Forklart: Nobelprisen i kjemi for saks for å redigere gener

Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna deler prisen for kjemien til CRISPR, som lar forskere 'klippe-lime' inne i en genetisk sekvens. Dette har en rekke potensielle bruksområder, men reiser også etiske bekymringer.

Først lager forskere kunstig et guide-RNA, som hjelper til med å ta den genetiske saksen til stedet i genomet hvor kuttet skal gjøres. For å redigere et gen, designer de spesielt en liten DNA-mal. Når cellen reparerer kuttet, vil den bruke denne DNA-malen. Dette endrer koden i genomet. (Johan Jarnestad/Det Kongelige Svenske Vitenskapsakademi)

Dens enkelhet har ofte blitt sammenlignet med 'Cut-Copy-Paste'-mekanismen i en hvilken som helst tekstbehandler (eller sannsynligvis den like vanlige 'Finn-Erstatt'-mekanismen), mens bruken av den potensielt kan transformere mennesker og alle andre livsformer. Det kan potensielt eliminere genetiske og andre sykdommer, multiplisere landbruksproduksjonen, korrigere misdannelser og til og med åpne opp for de mer omstridte mulighetene for å produsere 'designerbabyer' og bringe kosmetisk perfeksjon. Faktisk kan alt som er knyttet til funksjonen til genene korrigeres, eller 'redigeres'.

CRISPR-teknologien (forkortelse for det ganske ulegant navngitte Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-teknologien for genredigering har utløst enorm spenning helt siden den ble utviklet i 2012, både på grunn av løftet om å forbedre livskvaliteten, og farene ved misbruk. Hundrevis av forskere og laboratorier har siden begynt å jobbe med teknologien for en rekke bruksområder. I de siste åtte årene har teknologien brakt en rekke priser og utmerkelser til utviklerne. Onsdag kulminerte det med Nobelprisen i kjemi til de to kvinnene som startet det hele, 52 år gamle Emmanuelle Charpentier fra Frankrike, og 56 år gamle amerikanske Jennifer Doudna.

Det er muligens den eneste gangen i Nobelprisens historie at to kvinner har blitt erklært som eneste vinnere.

Teknologien

Å redigere, eller modifisere, gensekvenser er ikke noe nytt. Det har skjedd i flere tiår nå, spesielt innen landbruk, hvor flere avlinger har blitt genmodifisert for å gi spesielle egenskaper.

Men det CRISPR har gjort er å gjøre genredigering veldig enkel og enkel, og samtidig ekstremt effektiv. Og mulighetene er nesten uendelige, sa Debojyoti Chakraborty som jobber med denne teknologien ved det New Delhi-baserte CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology.

I hovedsak fungerer teknologien på en enkel måte - den lokaliserer det spesifikke området i den genetiske sekvensen som har blitt diagnostisert å være årsaken til problemet, kutter det ut og erstatter det med en ny og riktig sekvens som ikke lenger forårsaker problem.

Teknologien gjenskaper en naturlig forsvarsmekanisme i noen bakterier som bruker en lignende metode for å beskytte seg mot virusangrep.

Et RNA-molekyl er programmert til å lokalisere den spesielle problematiske sekvensen på DNA-strengen, og et spesielt protein kalt Cas9, som nå ofte beskrives i populærlitteraturen som 'genetisk saks', brukes til å bryte og fjerne den problematiske sekvensen. En DNA-streng har, når den er brutt, en naturlig tendens til å reparere seg selv. Men autoreparasjonsmekanismen kan føre til at en problematisk sekvens gjenoppstår. Forskere griper inn under denne autoreparasjonsprosessen ved å gi den ønskede sekvensen av genetiske koder, som erstatter den opprinnelige sekvensen. Det er som å kutte en del av en lang glidelås et sted i mellom, og erstatte den delen med et nytt segment.

Express forklarter nå påTelegram. Klikk her for å bli med i kanalen vår (@ieexplained) og hold deg oppdatert med det siste

jemele hill lønn

Fordi hele prosessen er programmerbar, har den en bemerkelsesverdig effektivitet, og har allerede gitt nesten mirakuløse resultater. Det er en hel rekke sykdommer og lidelser, inkludert noen former for kreft, som er forårsaket av en uønsket genetisk mutasjon. Disse kan alle fikses med denne teknologien. Det er store applikasjoner andre steder også. Genetiske sekvenser av sykdomsfremkallende organismer kan endres for å gjøre dem ineffektive. Gener til planter kan redigeres for å få dem til å tåle skadedyr, eller forbedre deres toleranse for tørke eller temperatur.

Når det gjelder implikasjonene, er dette muligens den viktigste oppdagelsen innen biovitenskap etter oppdagelsen av dobbelthelixstrukturen til DNA-molekylet på 1950-tallet, sa Siddharth Tiwari fra Mohali-baserte National Agri-Food Biotechnology Institute som har vært ved å bruke CRISPR-teknologien på gener fra bananplanter.

Emmanuelle Charpentier og Jennifer Doudna, for å oppdage CRISPR/Cas9 genetiske sakser, som kan brukes til å endre DNA til levende ting.

Vinnerne

Charpentier og Doudna jobbet uavhengig da de snublet over forskjellige deler av informasjon som senere kom sammen for å bli utviklet til denne teknologien. Charpentier, en biolog som da jobbet ved et laboratorium i Sverige, trengte ekspertisen til en biokjemiker for å behandle den nye informasjonen hun hadde fått om de genetiske sekvensene i en bestemt bakterie hun hadde jobbet med kalt Streptococcus pyogenes.

Hun hadde hørt om Doudnas arbeid ved University of California, Berkeley, og de to møttes tilfeldigvis på en vitenskapelig konferanse i Puerto Rico i 2011, ifølge en beretning publisert på nettstedet til Nobelprisen. Chapentier foreslo et samarbeid, som Doudna gikk med på. Forskergruppene deres samarbeidet deretter over lang avstand i løpet av det neste året. I løpet av et år hadde de vært i stand til å komme ut med en revolusjonerende teknologi for genredigering.

Flere andre forskere og forskningsgrupper ga også viktige bidrag i utviklingen av denne teknologien. En som Virginijus Siksnys, en biokjemiker som jobber ved Vilnius-universitetet i Litauen, er allment anerkjent som en medoppfinner av denne teknologien. Faktisk delte Siksnys 2018 Kavli-prisen i nanovitenskap med Doudna og Chapentier for denne teknologien. Men det banebrytende bidraget til de to kvinnene er ubestridt. Prestasjonen deres har blitt anerkjent gjennom flere prestisjetunge priser de siste årene, inkludert Breakthrough Prize in Life Sciences i 2015 og Wolf Prize in Medicine tidligere i år.

Det har vært noen murring i det vitenskapelige miljøet om at Kjemi Nobel har gått til biologer. Men tilsynelatende er ikke dette et nytt fenomen. Kjemiens sentrale rolle i biovitenskap - på molekylært nivå er biologi i hovedsak kjemi - har sørget for at et økende antall Nobelpriser nylig har blitt delt ut for arbeid innen biokjemi. Faktisk har en forskningsartikkel publisert tidligere i år påpekt dette gradvise skiftet i kjemiprisens natur. I følge Chemistry World, et nyhetsmagasin utgitt av Royal Society of Chemistry, hadde 59 av de 189 forskerne tildelt Chemistry Nobel så langt jobbet innen biokjemi. Dette var mer enn noen annen gren av kjemi.

Les også | Nobelprisene for Fysikk og Medisin

Rick grimes nettoverdi

Etiske bekymringer

I november 2018 skapte en kinesisk forsker i Shenzen internasjonal sensasjon med sin påstand om at han hadde endret genene til et menneskelig embryo som til slutt resulterte i fødselen av tvillingbabyjenter. Dette var det første dokumenterte tilfellet av en 'designerbaby' som ble produsert ved hjelp av de nye genredigeringsverktøyene som CRISPR, og reiste akkurat den typen etiske bekymringer som forskere som Doudna har snakket om.

Når det gjelder de kinesiske tvillingene, ble genene redigert for å sikre at de ikke blir infisert med HIV, viruset som forårsaker AIDS. Denne spesielle egenskapen ville da også arves av deres påfølgende generasjoner. Bekymringene var ikke over årsaken til at teknologien ble brukt så mye som etikken ved å produsere babyer med spesielle genetiske egenskaper. Forskere påpekte at problemet i dette tilfellet, potensiell infeksjon av HIV-virus, allerede hadde andre alternative løsninger og behandlinger. Det som gjorde saken verre var at genredigeringen sannsynligvis ble gjort uten noen regulatorisk tillatelse eller tilsyn. Andre påpekte også at selv om CRISPR-teknologien var utrolig presis, var den ikke 100 prosent nøyaktig, og det er mulig at noen andre gener også kan bli endret ved en feiltakelse.

Doudna har selv drevet kampanje for utvikling av internasjonale regler og retningslinjer for bruk av CRISPR-teknologi, og har tatt til orde for en generell pause av denne typen applikasjoner inntil da.

Del Med Vennene Dine: