Inżynieria genetyczna przeciw rakowi, głodowi i śmierci

Inżynieria genetyczna przeciw rakowi, głodowi i śmierci

Naukowcy zajmujący się genetyką zbliżają się do przełomu: narzędzie do edycji genomu CRISPR pomaga im w rozwoju ludzkich narządów wewnątrz zwierząt, krzyżuje DNA zwierząt i drzew oraz znajduje sposoby na pokonanie raka. "Haytec" zebrał najnowsze narzędzia genetyczne i przyjrzał się problemom, które rozwiązały.

Jeśli bardzo proste, inżynieria genetyczna polega na zmianie cech makrocząsteczek DNA i RNA roślin, zwierząt lub innych obiektów. Naukowcy wydzielają gen pojedynczej rośliny lub zwierzęcia i mogą go dodać do innego: na przykład kawałek DNA z wątroby królika można wprowadzić do topoli, aby korzenie drzewa lepiej zwalczały zanieczyszczenie gleby.

Naukowcy mają teraz trzy główne narzędzia do pracy, zostały odkryte w badaniach bakterii i wirusy. Najnowszy z nich, CRISPR, opiera się na zdolności bakterii do ochrony przed wirusami, które dodają swój kod genetyczny ofiarom. Zachowane bakterie zatrzymują część DNA wirusa w archiwum. Białko CAS9 zajmuje się uzgadnianiem DNA z tym archiwum, więc jeśli zostanie znaleziony zbieg okoliczności, odetnij część DNA wirusa i unieczynń. To narzędzie zahamowało proces pracy naukowców i otworzyło nowe możliwości leczenia chorób i tworzenia nowych upraw. Na początku 2018 r. Naukowcy odkryli inne białko, NmeCas9, nadające się do zastosowania w inżynierii genetycznej, które umożliwia edycję nie tylko DNA, ale także RNA.

Narzędzie TALEN, lub Nukleazy z aktywatorem transkryptoropodobnym, również dostało się z bakterii, ale opiera się na ich zdolności do ataku. Bakteria z rodzaju Xanthomas szkodzi rolnictwu, uszkadzając pomidory, paprykę i ryż. Dodaje ono białka efektorowe (TALE) do cytoplazmy komórek roślinnych, które wiążą się z DNA i eliminują zdolność rośliny do ochrony przed nią. Naukowcy nauczyli się również programować ten proces przez dodanie pożądanego kodu DNA do komórki

Kolejne ważne narzędzie oparte jest na działaniu wirusa bakteriofagów Lambda. Fag atakuje bakterię, jest osadzony w jej DNA i pozostaje niezauważony w niej, mnożąc się z każdym podziałem komórki. W DNA wirusa znajduje się segment, który nie wpływa na jego rozwój. Naukowcy mogą zintegrować niezbędny kod w tym segmencie, a tym samym "zainfekować" nim komórkę, tak aby w podziale nadal przechowywać ten kod w nowych komórkach.

Wszystkie te narzędzia zapewniają możliwości rozwiązania najbardziej różnorodnych problemów, które istnieją obecnie na świecie.

]

Brak narządów dawcy

Problem

Każdego roku w samych Stanach Zjednoczonych ponad 8 000 osób umiera w oczekiwaniu na operację przeszczepu narządów, z czego ponad 3000 przeszczepów przeprowadza się rocznie w kraju serce i ponad 33 tysiące wszystkich przeszczepów. W Rosji liczba operacji wynosi odpowiednio 200 i 1703.

Często śmierć jednej osoby ratuje życie, na przykład, jeśli dawca umiera w wypadku samochodowym. W naszym kraju istnieje domniemanie zgody na pośmiertne darowizny, ale nie powoduje to anulowania tworzenia list oczekujących. Na przykład w 2014 r. Na listę transplantacji nerki zapisano ponad 4,6 tys. Osób, wykonano 1 026 operacji, a 56 osób zmarło nie czekając na przeszczepiony narząd.

Decyzja

In teoria, problem braku narządów dawcy można rozwiązać za pomocą ksenotransplantacji, czyli przeszczepów narządów międzygatunkowych. Ponad sto lat temu mężczyzna użył ekstraktu z gruczołów narządów płciowych zwierząt, aby wpłynąć na układ hormonalny, aw 1984 roku transplantolog Leonard Bailey próbował uratować maleństwo, dziewczynę o imieniu Baby Fei, poprzez przeszczepienie serca jej pawiana. Dziewczynka zmarła 21 dni później: wystąpiły powikłania pooperacyjne w przewodzie pokarmowym i nerkach. Przypadek wywołał gorące dyskusje w społeczeństwie na temat etyki przeszczepów międzygatunkowych

Świnie mogą stać się źródłem narządów. Ale narząd przeniesiony ze zwierzęcia do ludzkiego organizmu wraz z nim przyniesie wirusy, a nasz układ odpornościowy nie będzie zadowolony z takich "gości". Amerykański genetyk, inżynier molekularny i chemik George Church i jego firma eGenesis są coraz bliżej wykorzystywania organów świni do transplantacji dla ludzi. W 2015 roku ustanowił rekord: dokonał 62 zmian w komórkach świń, aby ich narządy były odpowiednie do przeszczepu ludzi. A dwa lata później sklonował świnie z wyłączonymi wirusami w ich genach, czyniąc ludzkość o krok bliżej do pozbycia się długiego oczekiwania narządy. Naukowcy wykorzystali narzędzie do edycji genomu CRISPR

Owce mogą również stać się dawcami dla ludzi. W 2018 r. Zespół biologów mówił o sukcesach w dziedzinie tworzenia chimer. Zarodki owcze zawierały około 10 tysięcy ludzkich komórek i rozwijały się przez 28 dni, ale eksperyment został przerwany z powodów etycznych.

Rak

Problem

Ostra białaczka limfoblastyczna jest jedną z chorób onkologicznych, która zapobiega tworzeniu się leukocytów i płytek krwi. Ciało ludzkie nie może się oprzeć infekcjom, a najdrobniejsza rana prowadzi do krwawienia, ponieważ krew nie krzepnie. Jest to najczęstszy rodzaj białaczki u dzieci. Dzisiaj to już nie jest zdanie, wskaźnik przeżycia w ciągu 5 lat po diagnozie jest w USA 85%, według danych za 2016 rok. Ale liczby wydają się obiecujące tylko tym, którzy nie stawili czoła temu horrorowi. Obecnie głównym narzędziem jest chemioterapia, która wpływa na całe ciało jako całość. Później może być konieczne przeszczepienie szpiku.

Jak tego uniknąć?

Rozwiązanie

Pacjent z ostrą białaczką limfoblastyczną, Leilą Richards, był rokiem, w którym zastosowano nową metodę leczenia jej, którą wcześniej testowano tylko na myszach. "Leila była chora, miała wielki ból, musieliśmy coś zrobić. Lekarze nie gwarantowali powodzenia leczenia, ale modliliśmy się o jego zbawienie – powiedzieli nam rodzice dziewczynki.

Jedno wstrzyknięcie dziewczynki wstrzyknięto do limfocytów T, które wykrywały krew, które rozpoznały i niszczyły obce komórki. Ale jedną z głównych trudności w walce z rakiem jest to, że organizm nie postrzega komórek nowotworowych jako obcych. Modyfikacja była konieczna do stworzenia komórek nowotworowych. Genetycznie zmodyfikowane limfocyty T nazwano UCART 19. Rok po operacji dziewczyna poczuła się dobrze. Uratowała życie zaledwie jednym strzałem

W dziedzinie modyfikacji komórek odpornościowych ciała, chińska firma GenScript kontynuuje pracę w walce z rakiem. Do 2020 roku powinien pojawić się nowy lek, aw niedalekiej przyszłości firma czeka na pozwolenie na badania kliniczne.

Kilka lat temu naukowcy odkryli przyczynę choroby – zmutowany gen ETV6. Sam w sobie nie prowadzi do rozwoju guzów nowotworowych, ale w przypadku innych mutacji lub nieprawidłowego funkcjonowania w zakresie odporności człowieka pojawia się ostra białaczka limfoblastyczna. W przyszłości, wraz z rozwojem technologii inżynierii genetycznej, możemy uzyskać narzędzia, które mogą poprawić takie mutacje lub nowe sposoby leczenia takich chorób. Co więcej, jesteśmy już w stanie zidentyfikować grupę ryzyka opartą na tym genie.

Hunger

Problem

Według Światowej Organizacji Zdrowia na rok 2017, 815 milionów ludzi na świecie cierpi głód – około 10% światowej populacji. Miliony dzieci są niedożywione i nie osiągają prawidłowego wzrostu i masy ciała.

Jedną z konsekwencji niedożywienia jest brak witaminy A. Około 250 milionów dzieci cierpi z tego powodu. Każdego roku do 500 tysięcy dzieci jest nieodwracalnie zaślepionych, a połowa z nich umiera w ciągu roku po utracie wzroku. Największe ryzyko dotyczy dzieci i kobiet w ciąży, a różne programy są wprowadzane w krajach rozwijających się w celu zwalczania niedoboru witaminy A.

Decyzja

Ponad połowa światowej populacji spożywa ryż. Mężczyzna nauczył się go uprawiać około 9 tysięcy lat temu, od tego czasu stał się jednym z najbardziej powszechnych składników diety i wszedł do kuchni w różnych krajach lub stał się jej podstawą – na przykład w Indiach i Chinach

Ryż ma wady. Po pierwsze, jest bardzo wymagający pod względem warunków, rośliny często giną, jeśli są pod wodą przez długi czas, do 40% upraw jest traconych każdego roku z powodu szkodników i chorób. Po drugie, nie ma w nim tak wielu witamin. Ale dzięki inżynierii genetycznej możliwe jest zwiększenie stabilności tej kultury i zawartości w niej witamin.

W latach 90. naukowcy odkryli genetyczne podstawy odporności niektórych gatunków ryżu na infekcje bakteryjne i mogli je wyizolować. Ten sam gen można dodać do kodu zwykłej odmiany ryżu, nadając mu odporność. W rezultacie na całym świecie wzrosła wydajność pracy rolników, z których część żyje tylko kosztem ryżu.

Ale 70 milionów rolników na świecie ma inny problem: kiedy rośliny są zalewane, uprawy giną. Ryż, oczywiście, kocha wilgoć, rośnie w stojącej wodzie, ale większość gatunków umiera, jeśli są pod wodą przez ponad trzy dni. Zmiany klimatyczne i śnieg padający w najbardziej nieoczekiwanych miejscach, ten problem tylko pogłębia. Naukowcy potrzebowali dziesięciu lat badań, aby wyizolować gen SUB1 z jednej ze starożytnych odmian ryżu i stworzyć nową, tolerancyjną dla długotrwałego pobytu pod wodą.

Teraz ryż mógł oprzeć się różnym chorobom i pozostawać pod wodą przez długi czas. Nadszedł czas na kolejny etap – krzyżowanie ryżu z mniszkiem. W ten sposób naukowcy próbują obecnie rozwiązać problem niedoboru witaminy A poprzez dodanie do ryżu prekursora tej witaminy – beta-karotenu. Według wielu badań, nowy produkt nie powoduje alergii, a karoten w nim jest skutecznie przetwarzany przez człowieka w witaminę A.

Naukowcy mogli rozwiązać niektóre z globalnych problemów związanych z demografią, żywnością i ekologią. Kompleks potężnych narzędzi może pomóc osobie w takich dziedzinach, jak zwiększenie czasu trwania i jakości życia, leczenie rzadkich chorób, tworzenie nowych upraw o zwiększonej tolerancji na czynniki zewnętrzne i lepsze właściwości odżywcze. Ale po drodze są inne przeszkody: ignorancja i bariery prawne.

Powiązane wiadomości