Tür | Ribonükleoprotein , protein |
---|---|
Parçası | CRISPR ile ilişkili endonükleaz Cas9 , HNH nükleaz alanı, protein ailesi ( d ) , CRISPR ile ilişkili endonükleaz Cas9, köprü sarmalı, protein ailesi ( d ) , CRISPR ile ilişkili endonükleaz Cas9, PAM etkileşim alanı, protein ailesi ( d ) , Cas9- tip HNH alanı, protein ailesi ( d ) , CRISPR ile ilişkili endonükleaz Cas9, REC lobu, protein ailesi ( d ) |
Cas9 ( CRISPR ile ilişkili protein 9 ) anti-viral özelliklere sahip bakteri kaynaklı bir proteindir . DNA'yı belirli diziler düzeyinde kesme yeteneği , onu geniş kullanım potansiyeline sahip bir moleküler biyoloji aracı haline getirdi .
Bu, RNA güdümlü bir DNA endonükleazıdır , yani çift sarmalın her bir ipliği için bir tane olmak üzere iki aktif kesme alanı ile DNA'yı kesmek için özelleşmiş bir enzimdir .
Cas9 proteininin adaptif tip II bağışıklık sistemi ile ilişkili olan dızı CRISPR'nın ( Kümelenmiş düzenli aralıklı bırakılmış Kısa yineleyen tekrarlar ). Bu enzim, hayvan ve bitki hücrelerinin genomunu kolay ve hızlı bir şekilde değiştirmek için genetik mühendisliğinde kullanılabilir . Genomu düzenleme araçları 1970'lerden beri mevcuttu ancak Cas9'dan çok daha az verimli, daha karmaşık ve çok daha pahalıydı. “Moleküler makas” olarak bilinen bu Crispr-Cas9 tekniği, genetik hastalıkları iyileştirme umutları ve etik sapma riskleri arasında çok konuşuluyor. Genetik modifikasyonla ilgili bu sorular doğrudan, 13. maddesi insan genomu üzerindeki müdahalelere ayrılmış olan 1997 İnsan Hakları ve Biyotıp Sözleşmesine atıfta bulunmaktadır. “İnsan genomunu değiştirmeye yönelik bir müdahale, ancak önleyici, tanısal veya tedavi edici nedenlerle ve ancak yavrunun genomunda bir değişiklik getirmeyi amaçlamıyorsa yapılabilir. . "
Cas9 proteini, keşfinden bu yana , hedeflenen DNA çift sarmalında kırılmalar üretmek için bir genom mühendisliği aracı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır . Bu kırılmalar, genlerin inaktivasyonuna veya homolog olmayan uçların birleşmesiyle veya birçok organizmada homolog rekombinasyon yoluyla heterolog genlerin girmesine yol açabilir . İle birlikte çinko parmak nükleazlara ve TALEN proteinleri , Cas9 alanında önde gelen bir araç haline gelmiştir genomik . Cas9, DNA'yı, kılavuz RNA'sını tamamlayan herhangi bir yerde hassas bir şekilde kesme yeteneği nedeniyle popülerlik kazandı. TALEN ve Zinc Finger yöntemlerinden farklı olarak, Cas9 ile DNA hedeflemesi basittir ve proteinin modifikasyonunu değil, sadece kılavuz RNA'nın modifikasyonunu gerektirir. Cas9 proteininin DNA'yı bağlayan ancak kesmeyen modifiye edilmiş versiyonları ayrıca , belirli genlerin transkripsiyonunun aktivasyonunu ve inaktivasyonunu kontrol etmek için spesifik DNA dizilerinin transkripsiyonunun aktivatörlerini veya baskılayıcılarını bulmak için kullanılabilir . Özellikle, benzersiz kimerik RNA'nın oluşturulması sayesinde Cas9 hedeflemesi basitleştirilmiştir. Bilim adamları, Cas9 teknolojisinin tüm organizma popülasyonlarının genomlarını değiştirme potansiyeline sahip olduğunu öne sürdüler. In 2015 , bilim adamları Çin'de ilk kez insan embriyo genomunu değiştirmeye Cas9 kullandı. 2015'ten beri ve hala Çin'de, özellikle kanser hastaları CRISPR-Cas9 ile tedavi edilmektedir.
Ekim 2020'de kimyada Nobel Ödülü , bir genom düzenleme yönteminin, bu durumda CRISPR-Cas9 düzenleme sisteminin geliştirilmesi için Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna'ya verildi .
Cases9, diğer bakterilerin yanı sıra immünite adaptif Streptococcus pyogenes'te CRISPR ( crisrr veya "kısa palindromik tekrarlar havuzlanmış ve düzenli aralıklarla yerleştirilmiş" ) sekansları ile ilişkilidir .
Streptococcus pyogenes , bakteriyofajlardan veya plazmit DNA'dan DNA istilası gibi yabancı DNA'yı tespit etmek ve yenmek için Cas9 aracını kullanır. Cas9 bu saptamayı, yabancı DNA'yı çözerek vekılavuz RNA'nın yaklaşık yirmi baz çiftinin uzun aralıklı bölgesiyle tamamlayıcılığı kontrol ederek gerçekleştirir. Bir DNA dizisi kılavuz RNA ile ilgiliyse, Cas9 istilacı DNA'yı keser. Bu anlamda, CRISPR yer / Cas9 aracı mekanizmasıyla benzerlikleri vardır RNA etkileşimi de ökaryotlar .
CRISPR-Cas9 genom düzenleme tekniği Fransız araştırmacı ekibi tarafından keşfedildi Emmanuelle Charpentier'de Amerikan yardımıyla Jennifer Doudna at Berkeley California Üniversitesi . Bu sonradan moleküler biyolog dahil olmak üzere birçok araştırmacı tarafından 2012 yılından itibaren geliştirilen Feng Zhang arasında Broad Enstitüsü (in) (ilişkili Harvard ve MIT ). Berkeley meydan okuyor patent bu keşfi için geniş Enstitüsü'ne verilen bir önce Birleşik Devletleri Patent ve Marka Ofisi itiraz kurulu . 15 Şubat 2017, Amerika Birleşik Devletleri Patent ve Ticari Marka Ofisi, ökaryotik hücreler durumunda CRISPR / Cas9 kullanımına ilişkin Broad Institute tarafından sunulan patentleri geçerli olarak değerlendirdi. Ancak, Berkeley Üniversitesi'nin ( Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier'in patent başvurularının kaynağında ) CRISPR/Cas9'un her tür genetik materyalde (ökaryotik hücreler dahil) kullanımına ilişkin iddiaları reddedilmedi.
Bağışıklıktaki bakteri kaynaklı işlevinin yanı sıra Cas9 proteini, DNA'da çift iplik kopmalarını indüklemek için bir genetik mühendisliği aracı olarak kullanılır . Bu kırılmalar, genin inaktivasyonuna veya iki tip onarım yoluyla heterolog genlerin girmesine yol açabilir : birçok laboratuvar modeli organizmasında homolog olmayan uçların birleşimi ve homolog rekombinasyon.
Bu tür bir araç, Transkripsiyon aktivatör benzeri efektör nükleazlar ( TALEN ) ve çinko parmak nükleazları ile zaten mevcuttu ancak Cas9, etkinliği, hızı ve düşük maliyeti sayesinde gen tedavisi alanında lider bir araç haline geldi .
CRISPR/Cas9 aracının anlaşılması, 2010'larda ilerlemiştir, çünkü kılavuz RNA'nın tüm tamamlayıcı dizilerini pratik olarak kesebilmektedir . Cas9 hedefinin, proteinin kendisinin modifikasyonlarından değil ( TALEN ve çinko parmak nükleazları gibi ) kılavuz RNA ve DNA tamamlayıcılığından gelen özgünlüğü sayesinde, Cas9 aracı yeni DNA'yı oldukça kolay bir şekilde hedefleyebilir. Tasarımın esnekliği, ilgili DNA'yı bağlayan ancak kesmeyen Cas9 versiyonlarıyla birleştiğinde , spesifik DNA dizilerinin aktivatörünü veya baskılayıcılarını bularak genlerin düzeltilmesi ve deaktivasyonu için de potansiyele sahiptir . RNA-CRISPR ve RNA transaktivasyonu ile ilişkili iki farklı RNA'dan oluşan orijinal kılavuz RNA yerine tek bir kimerik kılavuz RNA'nın yaratılmasını temsil eden 2012'de çığır açan bir çalışmada daha fazla basitleştirme sağlandı. Bilim adamları, Cas9'un arkasındaki genlerin okuyucularının tüm organizma popülasyonlarının genomlarını düzenleyebileceğini öne sürüyorlar . 1970'lerde kısıtlama enzimlerinin keşfine eşlik eden moleküler biyolojideki devrim gibi, "Cas9 araç takımı" da büyük bir potansiyele sahiptir.
İlk uygulamalar hayvanlar ve özellikle primatlar üzerinde yapılmıştır. Crispr-Cas9 ve azaltılmış geliştirme maliyeti sayesinde, bilim adamları zaten boynuzsuz inekler yarattılar (yaralanmalarını önlemek için). Diğerleri , örneğin mamut gibi soyu tükenmiş türleri canlandırmayı planlıyor .
Bayer'in bir yan kuruluşu olan üretici Monsanto , 2016 sonunda Crispr-Cas9'un işletme haklarını satın aldı.
18 Nisan 2015, Kanton'daki araştırmacılar Protein & Cell (in) reklamında bir makale yayınladılar, insan embriyolarını genetik olarak değiştirmek için CRISPR / case.9 tekniğini kullandılar. Bu araştırmayı yöneten Junjiu Huang'a göre, bu makale, bu tür araştırmaların ortaya çıkardığı etik sorunlar nedeniyle Science and Nature tarafından reddedildi . Makale, bu aşamada gen tedavisinde kullanılacak tekniğin yetersiz duyarlılığına ve özgüllüğüne dikkat çekiyor.
Aralık 2015'te, çoklu güvenlik ve etik meseleler göz önüne alındığında, Amerikan Bilimler ve Tıp Akademisi , Çin Bilimler Akademisi ve Londra Kraliyet Cemiyeti tarafından düzenlenen bir toplantıda bir moratoryum tavsiye edildi . Buna rağmen, öjeni suçlamalarını reddeden birçok biyoetikçi ve bilim adamı, belirli genlerdeki anormallikler ölümcül ve zayıflatıcı koşullara neden oluyorsa, bir embriyoda düzeltilebilirse, o zaman düzeltilmesi gerektiğini savundu.
Ocak 2016'da İngiltere , Londra'daki Francis Crick Enstitüsü'nde insan embriyoları üzerinde genetik manipülasyona izin verdi . Bu, embriyonun gelişiminin başlangıcını incelemeyi ve tüp bebek uygulamasının başarısına veya başarısızlığına neyin neden olduğunu belirlemeyi mümkün kılacaktır , ancak yine de bu tür çalışmaların etiği ve amacı hakkındaki tartışmaları yeniden canlandırmaktadır.
Stockholm'deki Karolinska Enstitüsü'nden İsveçli bilim adamı Fredrik Lanner, kısırlık ve düşükler için yeni tedaviler bulmak için bu enzimi kullanıyor. Bu enzim, embriyolardaki CRISPR-cas9 genlerini erken gelişimlerindeki rollerini gözlemlemek için devre dışı bırakır.
Temmuz 2017'de, Portland, Oregon'dan bir araştırma ekibi, insan embriyolarını başarıyla değiştirdiklerini açıkladı. Araştırmacılar, kalıtsal hastalıkların kökenindeki kusurlu genleri etkili bir şekilde düzeltmiş olacaklardı. Birkaç günden fazla hiçbir embriyonun gelişmesine izin verilmemiştir (insan embriyosu üzerinde yapılan araştırmalara 14 günlük sınır getirilmiştir). "Germline mühendisliği" adı verilen süreç, çocukların kendi gametleri aracılığıyla sonraki nesillere aktarılabilecek DNA kodunu değiştirir . Özellikle, araştırmacılar, 2017'de nihayet geri çekilen başka bir çalışma tarafından belirtilen “hedef dışı” etkiler nedeniyle hatalardan kaçınmanın mümkün olduğunu ikna edici bir şekilde gösterebilirdi. Bu sonuçların akla yatkınlığı tartışılıyor, ancak 2018'de yazarlar çalışmalarını desteklemek için yeni kanıtlar yayınladılar.
Kasım 2018'de Çinli bir araştırmacı olan He Jiankui , YouTube'da yayınlanan bir videoda , genetiği değiştirilmiş ilk ikiz bebeklerin doğumunu duyurdu . Babaları HIV pozitif olan embriyoları HIV enfeksiyonundan korumak için ( IVF tarafından tasarlanan ) embriyolar üzerinde CRISPR-Cas9 tekniğini kullandığını iddia ediyor . Onun üniversite, Bilim ve Teknoloji Southern University (tr) arasında Shenzhen , Çin sağlık Milli Komitesinin talebi üzerine, sağlık otoriteleri, öğretmeni kendisini ayrışmış ve Guangdong Eyaleti soruşturma açtı. Olmadan akran inceleme ile videoda ek olarak, basit bir basın için serbest bırakma Associated Press , bioethically sorunlu , bu çalışma bir uyandırıyor haykırış içinde bilimsel topluluk ve Jiankui O hiç 28 Kasım'da açıkladı İnsan Genom Düzenleme 2. Uluslararası Zirve ait Hong Kong , çalışmalarını askıya aldığını duyurdu.
CRISPR-Cas9 sayesinde bir Amerikan ekibi, bir sivrisineği sıtmaya karşı dirençli hale getirmeyi başardı ve bu direnç genini tüm türe iletmek için onu doğaya salmayı ve böylece bu hastalığa bağlı yıllık 500.000 insan kurbanının önüne geçmeyi planlıyor.
CRISPR-Cas9 ayrıca kanser , kistik fibroz , hemofili veya Alzheimer tedavisi gibi birçok gen terapisi çözümünün yolunu açar . Kısacası, "insanları daha dirençli hale getirin" ve yaşam süremizi uzatın. Mayıs 2017'de fareler üzerinde yapılan ilk AIDS testleri kesin sonuç verdi.
Çinli araştırmacılar, Ağustos 2016'da akciğer kanserli hastalarda Crispr-Cas9'u kullandılar . Bu, Crispr'in yetişkin insanlarda ilk kez kullanılmasıdır. Çin Sichuan Üniversitesi'nde onkolog olan Lu You, Crispr'li hastalarda T hücrelerini değiştirmeye çalışıyor . Kanserde T hücreleri, tümör hücrelerine saldırmaz çünkü onları sağlıklı hücrelerden ayırt edemezler. Çinli araştırmacılar hastadan T lenfositleri çıkaracak, ardından PD-1 adı verilen spesifik bir geni "kesmek" için Crispr-Cas9'u kullanmayı deneyecek . Genetiği değiştirilmiş hücre in vitro olarak çoğaltılır ve tamamı hastaya yeniden enjekte edilir (ayrıca bkz. Kimerik antijen reseptörü ve Evlatlık hücre transferi ).
Amerika Birleşik Devletleri'nde, benzer bir dava, Amerikan sağlık "polisi" olan FDA'dan izin bekliyor. Yetkilendirme yıl sonuna kadar gelebilir.
Crispr konusunda uzmanlaşmış ve Bill Gates tarafından finanse edilen genç bir Amerikan şirketi de gözleri etkileyen nadir bir hastalığın üstesinden gelmek için bir insan üzerinde ilk denemelerini yapmak istiyor.
2017, CRISPR-Cas9 teknolojisi aynı zamanda önemli ilerlemeler etkin adoptif hücre transferi tedavilerinde de immünoloji ilk tedavi başarılarla immün hücrelerin yeniden programlanmasının kolaylaştırarak.
Yayınlanan bir yazıda Doğada içinde 2017 , bilim adamları Pittsburgh Üniversitesi doğrudan virüs vasıtasıyla kanser hücrelerinin DNA'sını değiştirmeye CRISPR-case.9 kullandı. Farelerde yapılan testler, sağlıklı hücrelere zarar vermeden tümörlerde bir azalma olduğunu göstermiştir. Çalışmanın sonunda, tüm farelerin öldüğü kontrol grubunun aksine, tedavi edilen tüm fareler hala hayattaydı.
2019'da, aksine, kanserden ( sarkom veya multipl miyelom ) muzdarip hastaların T lenfositlerinin DNA'sı, CRISPR-Cas9 sayesinde modifiye edildi. Operasyon, kanser hücrelerinin bağışıklık sistemini bloke etmek için aktive ettiği bir reseptör ve kanser hücrelerinin hedeflenmesini engelleyebilecek başka bir reseptör için genlerin kapatılmasını içeriyordu.
Bitki çeşitlerinin oluşturulması ve geliştirilmesi için birçok uygulama yapılmaktadır .
Çeşit seçimi için CRISPR / Cas9 sisteminin kullanılması, yeni çeşitlerin yaratıcıları tarafından halihazırda kullanılan yöntemlerin hızlandırılmasını ve önemli ölçüde iyileştirilmesini mümkün kılmaktadır.
Buğday , pirinç ve salatalıkta hastalık toleransları zaten mevcuttur. Olgunlaşma içinde domates geliştirilebilir. Gelecekte, abiyotik streslere (kuraklık, tuzluluk, sıcaklık, vb.), iyileştirilmiş kalite faktörlerine (besin bileşikleri) vb. toleranslar gibi birçok başka uygulama gelişebilir .
Aralık 2015'te Jennifer Doudna korkularını dile getirdi.
Columbia Üniversitesi'ndeki ( Amerika Birleşik Devletleri ) araştırmacılar , iki farede gözlemlenen sonuçlar hakkında uyarıyorlar . CRISPR Cas9 kullanılarak genetik körlük için başarılı bir şekilde tedavi edilen iki kemirgen , tedaviden sonra , planlanan müdahale alanlarının dışında genomları boyunca 1.500 beklenmedik mutasyon sergiledi . Daha da endişe verici bir şekilde, CRISPR-Cas9, DNA dizilerinin 100 eklenmesine veya silinmesine neden olurdu. Genomlarının düzenlenmesinin ardından, fareler belirli patolojilerden muzdarip görünmüyordu, ancak bu mutasyonlar potansiyel olarak tehlikelidir ve kansere veya diğer genetik hastalıklara neden olabilir. Ancak, çalışmanın yayınlanmasını takip eden hafta içinde bilim adamları, çalışmadaki hataların, aslında doğal farklılıklardan kaynaklanan hataların mutasyonu olarak tanımlanması, çalışılan hayvan sayısının azlığı ve genlerin tanımlanmasındaki hatalar dahil olmak üzere çalışmadaki hatalara dikkat çekti. Intellia Therapeutics ve Editas Medicine'den bilim adamları sonuçları kınıyorlar ve yayının geri çekilmesini istiyorlar: "Yazarların CRISPR Cas9, genom dizileme veya temel genetik konusunda uzman olmadığı açıktır. "Beklenmeyen mutasyonları" tanımlamaları, bu konudaki bilimsel kavrayıştan yoksun olduklarını açıkça göstermektedir. "
Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Enstitüsü, Etik Komitesinin Şubat 2016 tarihli bir notunda, genom düzenleme teknolojileri hakkındaki görüşünü geliştiriyor. 5 numaralı noktada Inserm, genom düzenleme ile tıbbın daha felsefi bir soruya değindiğini hatırlıyor. Gerçekten de, genom düzenleme, canlıların plastisitesini ve biyolojik olarak değişmez bir insan doğası fikrini gerginleştirecektir. Bu nedenle, soru üzerine bir yansıma oluşturmak istiyor.
Uluslararası Biyoetik Komitesi (IBC) UNESCO "öjenik geri getireceğini bireylerin kalıtsal özelliklerinin,” etik olmayan "DNA değişikliği önlemek için insan üreme hücrelerinin teknikleri düzenleme" konulu bir moratoryum çağrısı yaptı. Unesco ayrıca 2015 raporunda (öneri 105) genel bir ihtiyat ilkesi önermektedir.
14 Şubat 2017'de, "Amerikan Bilimler Akademisi ve Amerikan Tıp Akademisi tarafından hazırlanan ortak bir rapor, bu aracın insan embriyosunun genetik materyalini değiştirmek için kullanılmasını onaylayarak" bu dezavantajlarla ilgili bir tabuyu kaldırdı. bu, bu değişikliklerin gelecekteki torunlarına iletildiği anlamına gelir ”.
Hatta “CRISPR kitleri” internette 150 dolara bile satılıyor. Bir CIA raporu, CRISPR-Cas9'u potansiyel bir "kitle imha silahı" olarak sınıflandırdı. Josiah Zayner gibi bir biyohacker , bu tür kitleri pazarlamak için 2016 yılında Kaliforniya'da bir şirket kurdu ve bu da yasal bir savaşa neden oluyor.
Aralık 2020'de 150'den fazla uluslararası STK "gen sürücüde moratoryum" çağrısında bulunuyor.