CRISPR-genredigering og sykdom

Nå som gen-redigeringsgener er ute av flasken, hva vil du først ønske?

Babyer med "perfekte" øyne, over-the-top intelligens, og et snev av filmstjernekarisma?

AnnonseAvgift

Eller en verden fri for sykdom … ikke bare for familien din, men for hver familie i verden?

På grunnlag av nyere hendelser jobber mange forskere mot sistnevnte.

Tidligere i måneden brukte forskere fra Oregon Health & Science University et genredigeringsverktøy for å korrigere en sykdomsfremkallende mutasjon i et embryo.

Annonse

Teknikken, kjent som CRISPR-Cas9, fikserte mutasjonen i embryonens kjernefysiske DNA som forårsaker hypertrofisk kardiomyopati, en vanlig hjertesykdom som kan føre til hjertesvikt eller hjertedød.

Dette er første gangen dette genredigeringsverktøyet har blitt testet på menneskelige egg av klinisk kvalitet. Hadde et av disse embryoene blitt implantert i en kvinnes livmor og tillatt å utvikle seg fullt ut, ville babyen ha vært fri for den sykdomsfremkallende variasjonen av genet.

Denne typen gunstige forandringer ville også ha blitt sendt ned til fremtidige generasjoner.

Ingen av embryoer i denne studien ble implantert eller tillatt å utvikle seg. Men eksperimentets suksess gir et glimt på potensialet i CRISPR-Cas9.

Fortsatt, vil vi noen gang kunne gene-redigere vår verden fri for sykdom?

Hvordan genredigering fungerer

Ifølge Genetic Disease Foundation er det mer enn 6 000 menneskelige genetiske lidelser.

AnnonseAdvertise

Forskere kan teoretisk bruke CRISPR-Cas9 til å korrigere noen av disse sykdommene i et embryo.

For å gjøre dette, ville de trenge et passende stykke RNA for å målrette tilsvarende strekker av genetisk materiale.

Cas9-enzymet kutter DNA på det stedet, som tillater forskere å slette, reparere eller erstatte et bestemt gen.

Annonse

Noen genetiske sykdommer kan imidlertid være enklere å behandle med denne metoden enn andre.

"De fleste fokuserer i hvert fall på sykdommer der det egentlig bare er ett gen involvert - eller et begrenset antall gener - og de er veldig godt forstått," Megan Hochstrasser, PhD, vitenskapskommunikasjonssjef ved Innovative Genomics Institute i California, fortalte Healthline.

AnnonseAvgift

Sykdommer forårsaket av en mutasjon i et enkelt gen inkluderer seglcelle sykdom, cystisk fibrose og Tay-Sachs sykdom. Disse påvirker millioner av mennesker over hele verden.

Disse typer sykdommer er imidlertid langt overfor sykdommer som kardiovaskulær sykdom, diabetes og kreft, som dreper millioner mennesker over hele verden hvert år.

Genetikk - sammen med miljøfaktorer - bidrar også til fedme, psykisk sykdom og Alzheimers sykdom, selv om forskere fortsatt jobber med å forstå nøyaktig hvordan.

Annonse

For tiden fokuserer de fleste CRISPR-Cas9-forskning på enklere sykdommer.

"Det er mange ting som må utarbeides med teknologien for at den skal komme til stedet der vi noen gang kunne bruke den til en av de polygena sykdommene, hvor flere gener bidrar eller et gen har flere effekter, "Sa Hochstrasser.

ReklameAdvertisement

Behandling av voksne og barn, ikke embryoer

Selv om "designer babyer" får mye medieoppmerksomhet, er mye CRISPR-Cas9-forskning fokusert andre steder.

"De fleste som jobber med dette, virker ikke i menneskelige embryoer," sa Hochstrasser. "De prøver å finne ut hvordan vi kan utvikle behandlinger for personer som allerede har sykdommer. "

Disse typer behandlinger vil være til fordel for barn og voksne som allerede lever med en genetisk sykdom, samt personer som utvikler kreft.

Denne tilnærmingen kan også hjelpe de 25 millioner til 30 millioner amerikanerne som har en av de mer enn 6 800 sjeldne sykdommene.

"Gene redigering er et veldig kraftig alternativ for personer med sjeldne sykdommer," sa Hochstrasser. "Du kan teoretisk gjøre en klinisk fase I-fase med alle verdens mennesker som har en viss [sjeldne] tilstand og helbrede dem alle hvis det virket. "

Sjeldne sykdommer påvirker færre enn 200 000 mennesker i USA til enhver tid, noe som betyr at det er mindre insentiv for farmasøytiske bedrifter å utvikle behandlinger.

Disse mindre vanlige sykdommene inkluderer cystisk fibrose, Huntingtons sykdom, muskeldystrofi og visse typer kreft.

I fjor gjorde forskere ved University of California Berkeley fremgang med å utvikle en ex vivo terapi - hvor du tar celler ut av en person, endrer dem og legger dem tilbake i kroppen.

Denne behandlingen var for seglcelle sykdom. I denne tilstanden forårsaker en genetisk mutasjon at hemoglobinmolekyler holder seg sammen, som deformerer røde blodlegemer. Dette kan føre til blokkeringer i blodårene, anemi, smerte og organsvikt.

Forskere brukte CRISPR-Cas9 til å genetisk manipulere stamceller for å fikse sykdomscellemutasjonen. De injiserte deretter disse cellene i mus.

Stamcellerna migrert til beinmarg og utviklet seg til raske røde blodlegemer. Fire måneder senere, kunne disse cellene fremdeles bli funnet i musens blod.

Dette er ikke en kur for sykdommen, fordi kroppen vil fortsette å lage røde blodlegemer som har seglcelle sykdom mutasjon.

Men forskere tror at hvis nok sunne stamceller roter i beinmarg, kan det redusere alvorlighetsgraden av sykdomssymptomer.

Flere arbeid er nødvendig før forskere kan teste denne behandlingen hos mennesker.

En gruppe kinesiske forskere brukte en lignende teknikk i fjor for å behandle mennesker med en aggressiv form for lungekreft - den første kliniske prøven av sin type.

I denne studien endret forskere pasientens immunceller for å deaktivere et gen som er involvert i å stoppe cellens immunrespons.

Forskere håper at de genetisk redigerte immuncellene, når de injiseres i kroppen, vil montere et sterkere angrep mot kreftcellene.

Disse typer terapier kan også fungere for andre blodsykdommer, kreft eller immunforsvar.

Men visse sykdommer vil være mer utfordrende å behandle på denne måten.

"Hvis du har en hjernesykdom, kan du for eksempel ikke fjerne en persons hjerne, gjøre genredigering og deretter sette den inn igjen," sa Hochstrasser. "Så vi må finne ut hvordan man får disse reagensene til de stedene de trenger for å være i kroppen. "

Forebygging av menneskers sykdom indirekte

Ikke alle menneskers sykdommer er forårsaket av mutasjoner i vårt genom.

Vektorbårne sykdommer som malaria, gul feber, denguefeber og sovesyke dreper mer enn 1 million mennesker over hele verden hvert år.

Mange av disse sykdommene overføres av mygg, men også av flått, fluer, lopper og ferskvannsslakker.

Forskere jobber med måter å bruke genredigering på for å redusere tollen av disse sykdommene på helsen til mennesker rundt om i verden.

"Vi kan potensielt bli kvitt malaria ved å konstruere mygg som ikke kan overføre parasitten som forårsaker malaria," sa Hochstrasser. "Vi kunne gjøre dette ved hjelp av CRISPR-Cas9 teknikken for å presse denne egenskapen gjennom hele myggpopulasjonen veldig raskt. "

Forskere benytter også CRISPR-Cas9 for å lage" designer "matvarer.

DuPont har nylig brukt genredigering for å produsere et nytt utvalg voksvoks som inneholder høyere mengder stivelse, som har bruk i mat og industri.

Modifiserte avlinger kan også bidra til å redusere dødsfall på grunn av underernæring, som er ansvarlig for nesten halvparten av alle dødsfall over hele verden hos barn under 5 år.

Forskere kan potensielt bruke CRISPR-Cas9 for å skape nye varianter av mat som er skadedyrsbestandige, tørkebestandig, eller inneholde flere mikronæringsstoffer.

En fordel med CRISPR-Cas9, sammenlignet med tradisjonelle planteavlsmetoder, er at det tillater forskere å sette inn et enkelt gen fra en relatert vill plante til et husdyrhold uten andre uønskede egenskaper.

Genredigering i landbruket kan også bevege seg raskere enn forskning hos mennesker fordi det ikke er behov for mange laboratorie-, dyre- og menneskelige kliniske studier.

"Selv om plantene blir ganske sakte," sa Hochstrasser, "det er virkelig raskere å få [genetisk konstruerte planter] ut i verden enn å gjøre en klinisk prøve hos mennesker. "

Sikkerhet og etiske bekymringer

CRISPR-Cas9 er et kraftig verktøy, men det reiser også flere bekymringer.

"Det er mye diskusjon akkurat nå om hvordan man best kan oppdage såkalte" off-target-effekter ", sa Hochstrasser. "Dette er hva som skjer når [Cas9] -proteinet kutter et sted som ligner på hvor du vil at den skal kuttes. "

Off-target kutt kan føre til uventede genetiske problemer som fører til at et embryo dør.En redigering i feil gen kunne også skape en helt ny genetisk sykdom som ville bli overført til fremtidige generasjoner.

Selv ved å bruke CRISPR-Cas9 for å endre mygg og andre insekter, øker sikkerhetsproblemet - som det som skjer når du gjør store endringer i et økosystem eller et trekk i en befolkning som ikke er i kontroll.

Det er også mange etiske problemer som følger med å endre menneskelige embryoer.

Så vil CRISPR-Cas9 bidra til å kvitte seg med sykdomsverdenen?

Det er ingen tvil om at det vil gjøre en betydelig pute i mange sykdommer, men det er usannsynlig å kurere dem alle gang snart.

Vi har allerede verktøy for å unngå genetiske sykdommer - som tidlig genetisk screening av foster og embryoer - men disse er ikke universelt brukt.

"Vi unngår fortsatt ikke tonnevis av genetiske sykdommer, fordi mange mennesker ikke vet at de har mutasjoner som kan arves," sa Hochstrasser.

Noen genetiske mutasjoner skjer også spontant. Dette er tilfellet med mange kreftformer som skyldes miljøfaktorer som UV-stråler, tobakkrøyk og visse kjemikalier.

Folk gjør også valg som øker risikoen for hjertesykdom, stroke, fedme og diabetes.

Så hvis ikke forskere kan bruke CRISPR-Cas9 til å finne behandlinger for disse livssykdoms sykdommene - eller genetisk manipulere folk til å slutte å røyke og begynne å sykle til jobb - disse sykdommene kommer til å leve i det menneskelige samfunn.

"Slik vil det alltid bli behov for å bli behandlet," sa Hochstrasser. "Jeg tror ikke det er realistisk å tro at vi noen gang ville forhindre enhver sykdom som skjer i et menneske. “