시리얼 브랜드처럼 들릴지 모르지만 CRISPR은 우리 생애 동안 유전학에서 가장 중요한 혁명 중 하나입니다. 최근 몇 달 동안 CRISPR-Cas 단백질을 사용하여 DNA의 유전자 서열을 효과적으로 편집하고 HIV를 죽이고 Pac-man과 같은 Zika를 먹고 박테리아의 DNA에 GIF 저장 .
그러나 CRISPR의 잠재력에도 불구하고 이것은 믿을 수 없을 정도로 논란이되는 절차입니다. 사람의 유전 적 구성을 바꾸기 위해서는 DNA 가닥을 잘라 내고 완전히 변경해야하며, 두 가지 새로운 연구가 이러한 유전자 편집 기술을 암의 증가와 연결 시켰습니다.
논문, 하나씩 노바티스 그리고 다른 하나는 카롤린스카 연구소 , 게시자연 의학, 유전자 치료 기술이 종양 퇴치 능력을 약화시키고 암을 유발하여 CRISPR 기반 유전자 치료의 안전성에 대한 우려를 제기 할 수 있다고 결론지었습니다.
그래도 조금 백업합시다.
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두 논문은 유전자 p53에 초점을 맞추 었습니다. 이전 연구에 따르면 p53 유전자가 정상적으로 작동하면 특정 인간 종양이 발생하지 않는 것으로 나타났습니다. 결과적으로 p53은 CRISPR-Cas9에 의해 발생하는 종류의 변화로부터 게놈을 보호하는 자연 방어 메커니즘 역할을합니다. CRISPR-Cas9를 사용하여 사람의 유전 적 구성을 편집하면 p53 유전자가 방어로 뛰어 들어 편집 된 세포를자가 파괴하여 효과적으로 죽입니다. 사실, 많은 실험에서 CRISPR 기술의 진행과 효과를 지연시킨 것은 바로이 유전자입니다.
그러나 CRISPR-Cas9가 사람의 게놈을 성공적으로 편집 한 경우 특정 세포의 p53 유전자에 결함이 있거나 기능 장애가 있음을 나타냅니다. 이것은 차례로 신체가 암과 싸울 수있는 능력이 떨어지는 것과 관련 될 수 있습니다. 특히, 결함이있는 p53은세포가 통제 할 수 없게 성장하고 암이되며난소 암, 결장암 및 직장암.
우리가 고치려고했던 손상된 유전자를 성공적으로 복구 한 세포를 선택함으로써 우리는 우연히 기능성 p53이없는 세포를 선택할 수도 있습니다. 연구 저자 인 Karolinska Institute의 Emma Haapaniemi 설명 . 유전 질환에 대한 유전자 치료와 같이 환자에게 이식되면 이러한 세포는 암을 유발할 수 있으며 CRISPR 기반 유전자 치료의 안전성에 대한 우려를 불러 일으킬 수 있습니다.
그러나 암과의 연관성을 갖는 것은 암을 유발하는 것과 같지 않으며,이 두 연구의 결과는 예비 연구로 알려진 것으로, 결과를 강화하거나 무시하려면 추가 작업이 필요합니다. 연구자들은 CRISPR이 위험하다는 말에서 거리를두기까지합니다. 대신, 그들은 유효한 문제를 제기하고 임상 시험을 앞두고있는 기업과 과학자들에게 연관성을 염두에 두도록 조언합니다.
이 연구는 또한 매우 특정한 유형의 CRISPR 편집 기술 (건강하고 편집 된 DNA를 삽입하여 질병에 걸린 DNA를 교정하는 데 사용되는 Cas-9 단백질)에 초점을 맞추고 있으며 다른 형태의 유전자 편집이 유사한 문제를 일으키는 지 확인하기 위해 추가 작업이 필요합니다. 실제로, 이전의 유사한 비판을 다루기 위해 Salk Institute의 연구원들은 최근 해결 방법을보고했습니다. 유전자를 편집하는 대신 소위 후성 유전 적 (또는 유전자 위에있는) CRISPR 방법은 유전자가 절단되는 것이 아니라 켜지거나 꺼지는 것을 볼 수 있습니다.
후성 유전체를 수정함으로써 과학자들은 DNA를 직접 수정하지 않고도 유전자의 행동을 제어 할 수있었습니다. 유전자 편집보다는 유전자 변형. 쥐에 대한 실험에서 과학자들은 신장 질환, 제 1 형 당뇨병 및 근육 이영양증의 증상을 역전 시켰습니다. 또한 알츠하이머를 박멸 할 가능성이 있습니다.
CRISPR-Cas9는 무엇입니까?
CRISPR-Cas9는 목표 한 방식으로 DNA를 절단 할 수있는 게놈 편집 도구로 과학자들이 생명의 구성 요소를 정확하게 편집 할 수 있도록합니다. 약간 덜 유명한 CRISPR-Cas1 및 CRISPR-Cas2 듀오와 함께 언급 될 것입니다. 둘 다 DNA 조각을 박테리아의 고유 게놈으로 절단합니다 (자세한 내용은 나중에 설명).
Cas9는 실제로 1980 년대에 단세포 박테리아의 방어 메커니즘의 일부로 처음 관찰되었으며, 이는 세포가 원치 않는 침입자를 제거 할 수 있도록합니다. 과학자들은이 기술을 적용함으로써 전례없는 속도, 정밀도 및 정확성으로 게놈 서열을 표적으로 삼을 수 있음을 발견했습니다.
CRISPR-Cas9를 컴퓨터 문서에서 찾기 및 바꾸기 검색처럼 상상해보십시오. 단어 대신 유전 서열을 편집하는 것입니다.DNA를 정확하게 수정하는 것은 과학적 성배이며 그 잠재력은 엄청납니다. 질병을 근절하는 데 사용할 수 있습니다. 낭포 성 섬유증, 겸상 적혈구 빈혈, 헌팅턴병과 같은 유전성 질병조차도 과거의 일이 될 수 있습니다.
CRISPR이라는 이름은 덜 눈에 띄는 클러스터 된 규칙적으로 간격을두고 짧은 회문 반복의 약어입니다. Cas 부분은 관련된 CRISPR을 나타냅니다.
CRISPR-Cas9 : 어떻게 작동합니까?
CRISPR은 특정 박테리아가 자연적으로 발생하는 방어의 일부입니다. 박테리아가 침입 바이러스를 감지하면 외래 DNA의 일부를 CRISPR 주변의 자체 게놈으로 복사하고 혼합 할 수 있습니다. Cas9는 절단을 수행하고 Cas1과 Cas2는 세포의 게놈에 외부 DNA를 삽입합니다.
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다음에 바이러스가 발견되면 CRISPR은 Cas 단백질이 들어오는 곳인 게놈 서열의 정확한 사본을 가지고 있습니다. DNA를 잘라 내고 원치 않는 유전자를 믿을 수 없을 정도로 정확하게 비활성화 할 수 있습니다.
또는, Carl Zimmer가 설명했듯이 : CRISPR 영역이 바이러스 DNA로 채워짐에 따라 미생물이 만난 적을 대표하는 분자 최우수 갤러리가됩니다. 미생물은이 바이러스 DNA를 사용하여 Cas 효소를 정밀 유도 무기로 바꿀 수 있습니다. 미생물은 각 스페이서의 유전 물질을 RNA 분자로 복사합니다. 그런 다음 Cas 효소는 RNA 분자 중 하나를 차지하고이를 거치게됩니다. 함께, 바이러스 RNA와 Cas 효소는 세포를 통해 표류합니다. CRISPR RNA와 일치하는 바이러스의 유전 물질을 만나면 RNA가 단단히 고정됩니다. 그런 다음 Cas 효소는 DNA를 두 개로 자르고 바이러스 복제를 방지합니다.
2012 년에 버클리 캘리포니아 대학의 과학자들은 획기적인 종이 CRISPR-Cas 면역 체계를 재 프로그래밍하여 마음대로 유전자를 편집 할 수 있음을 보여줍니다. CRISPR-Cas9는 특정 Cas 단백질과 모든 유전자 서열을 식별하고 편집 할 수있는 하이브리드 RNA를 사용합니다. 가능성은 엄청납니다.
요컨대 CRISPR은 표적화 할 DNA 서열을 나열한 다음 Cas9가 절단을 수행합니다. 과학자들은 올바른 코드로 CRISPR을 프로그래밍하기 만하면되고 Cas9가 나머지 작업을 수행합니다.
이는 결함이있는 유전자에도 적용될 수 있습니다. 현재 문제를 일으키는 부분은 CRISPR-Cas9로 제거 된 다음 건강한 유전자 코드로 대체되어 이론적으로 문제를 해결할 수 있습니다.
CRISPR-Cas9 : 인간에게 사용 되었습니까?
예, 중국에서 . 불임 클리닉에서 얻은 인간 배아를 사용하여 과학자들은 CRISPR-Cas9를 사용하여 모든 세포에서 베타 지중해 빈혈을 유발하는 유전자를 편집하려고했습니다. 사용 된 기증자 배아는 생존 할 수 없었으며 산출을 초래할 수 없다는 점에 유의해야합니다.
어쨌든, 그것은 실패했고 아주 심하게 실패했습니다. 86 개의 배아가 주입되었고 48 시간 후에 약 8 개의 세포가 성장했고 71 개가 살아 남았고 그중 54 개가 유전자 검사를 받았습니다. 단지 28 개만 성공적으로 접합되었으며 연구자들이 의도 한 유전 물질을 포함하는 것은 거의 없습니다.정상적인 배아에서하고 싶다면 100 %에 가까워 야합니다. Jungiu Huang은 말했다자연 . 그것이 우리가 멈춘 이유입니다. 아직 너무 미성숙하다고 생각합니다.
또한 문서화되지 않은 손상이 더 많이 발생했을 가능성이 큽니다. 로 뉴욕 타임즈 설명하다 :중국 연구자들은 그들의 실험에서 유전자 편집이 그들이 문서화 한 것보다 더 많은 피해를 입 혔음을 거의 확실하게 지적했다. 그들은 배아 세포의 전체 게놈을 조사하지 않았습니다.
상상할 수 있듯이 그것은 과학계에서 엄청난 양의 논쟁을 불러 일으켰습니다.
2016 년 11 월 , 또 다른 중국 과학자 그룹은 성인 인간에게 CRISPR-Cas9를 처음으로 사용하여 폐암 환자에게 CRISPR에 의해 변형 된 환자의 면역 세포를 주입하여 PD-1 단백질을 비활성화함으로써 이론적으로 환자의 신체가 암에 맞서 싸 웁니다. .
그런 다음 연구 8 월 3 일에 발표 된 과학자들은 인간 배아를 성공적으로 '편집'하여 유전성 심장병으로 이어질 수있는 잘못된 DNA 부분을 제거했습니다. 이는 획기적인 성과였으며 미래의 인간에서 약 10,000 개의 단일 돌연변이 유전 질환 (즉, 단일 결함 유전자로 인한 질병)을 잠재적으로 예방할 수있는 길을 제공했습니다.
CRISPR-Cas9 및 윤리
중국 과학자들은 생명으로 발전하지 않을 배아를 사용했지만 인간 배아 실험에 대한 실질적인 윤리적 우려가 있습니다. 실제로 중국 연구가 발표되기 한 달 전에 미국 과학자 그룹은 세계에 그렇게하지 말라고 촉구했습니다. .
이 중 일부는 기술이 얼마나 미성숙한지에 달려 있습니다. 2012 년 이후로만 활발하게 사용되었으며이 시점에서 완전히 성숙했다면 놀라 울 것입니다. 과학자들은이 시점에서 인간에게 사용하는 것이 너무 오해되고 위험하다고 경고했으며, 중국 연구는 확실히 이러한 우려를 입증합니다. 완벽하게 작동하더라도 세대에 걸쳐 예기치 않은 결과가 발생할 수 있다는 우려가 있습니다.
그러나 100 % 안전하고 성공적이더라도 다른 윤리적 우려가 있습니다. 헌팅턴 및 낭포 성 섬유증과 같은 살인 성 유전 질환을 제거 할 가능성을 억제해야한다고 주장하는 사람은 아무도 없지만 CRISPR-Cas9는 잠재적으로 변화의 기회를 제공합니다. 사람에 관한 모든 것. 유전 적 서열이 확인되는 한 이론적으로 편집이 가능합니다.
태어나 기 전에 생명에 영향을 미치는 질병을 제거하는 것은 한 가지입니다. 부모가 아기를 더 강하고 빠르거나 더보기 좋게 디자인 할 수 있다는 것은 완전히 다른 일입니다. 이것이 사람들이 할 수있는 일이라는 것을 받아들이더라도, 이것이 크게 상업화되어 부자들만이 이것이 줄 수있는 모든 추가 생명 혜택을 감당할 수 있고 불평등에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다.
CRISPR-Cas9 : 지금까지 무슨 일이 있었나요?
물론, 이러한 윤리적 질문은 기록 된 유일한 배아 인간 실험이 그러한 중요한 좌절을 야기했을 때 수백만 마일 떨어져 있습니다. 그러나 CRISPR-Cas9는 이제 소규모 테스트에서 매우 유망한 결과를 보여줍니다.
예는 다음과 같습니다. 인간 세포의 HIV 감염 예방 , 유전자 마우스 질병 치료 과 표적 돌연변이를 가지고 태어난 한 쌍의 원숭이 .
CRISPR은 또한 DNA 내에 데이터를 저장하는 효과적인 수단으로 부상하고 있습니다. 2017 년 3 월 New York Genome Center의 한 쌍의 연구원은 과학 저널, 압축 파일을 DNA 분자에 저장하는 방법을 자세히 설명합니다. 파일을 DNA의 뉴클레오티드 염기에 매핑 할 수있는 이진 코드로 변환하는 알고리즘의 도움으로 연구원은 총 6 개의 파일을 인코딩 할 수있었습니다. 1948 년 학술 논문, 파이오니어 플라크, 운영 체제, 바이러스, 1895 년 영화La Ciotat 역에 기차 도착… 그리고 $ 50 아마존 기프트 카드.
몇 달 후 하버드 의과 대학의 과학자 팀이 루핑 비디오 클립을 살아있는 E.Coli 박테리아 세포의 DNA로 인코딩 . 목표는 만들기위한 시스템을 개발하는 것입니다.분자 기록기 – 주변에서 자신의 정보를 기록 할 수있는 DNA. 이것은 토양 오염 모니터링부터 신경 활동에 대한 우리의 이해를 혁신하는 것까지 모든 것에 사용될 수 있습니다.
DARPA의 Safe Genes 프로그램의 일환으로 7 개 팀에는Harvard Medical School의 Amit Choudhary 박사가 이끄는 팀은 CRISPR을 사용하여 방사선으로 인한 돌연변이를 감지하고 역전시키려는 두 번째 하버드 의과 대학 팀인 말라리아 확산 모기를 제어하는 방법을 개발하고 있습니다. 존 고드윈 박사가 이끄는 노스 캐롤라이나 주립대 학교 팀은 침입 종을 관리하기 위해 쥐의 유전자 구동 시스템을 표적으로 삼는 것을 목표로하고 있으며, 캘리포니아 대학교 버클리는 CRISPR을 사용하여 지 카와 에볼라 바이러스를 표적으로 삼고 자합니다. 전체 프로젝트 목록과 팀 세부 정보는 DARPA 웹 사이트에서 확인할 수 있습니다.
최근에는 도쿄 대학의 구조 생물 학자 오사무 누레 키 (Osamu Nureki)가 저널에 실린 그의 팀의 최근 논문의 일부를 구성한 실시간으로 CRISPR DNA 편집의 놀라운 영상을 공유했습니다. 네이처 커뮤니케이션 . 아래 클립은 편집하기 전에 DNA를 검색하는 CRISPR을 보여줍니다. DNA 가닥이 분리되는 것을 볼 수 있습니다.
영상은 원래 참석자들에게 보여졌습니다. CRISPR 2017 6 월에 열린 회의. 이 논문은이 회의 이후 제출되었으며 11 월 10 일에 발표되었습니다.
CRISPR-Cas9 : 영국에 출시 될까요?
예. 줄기 세포 연구자 영국에서 허가를 구했다 초기 인간 발달을 이해하고 유산 가능성을 줄이기 위해 인간 배아를 수정합니다. 2016 년 2 월HFEA (Human Fertilization and Embryology Authority)가 허가를 받았습니다.
CRISPR-Cas9 : CRISPR이 나쁜 이유는 무엇입니까?
앞서 언급했듯이 Cas9는 약 20 염기 길이의 유전자 서열 만 인식 할 수 있으므로 더 긴 서열은 표적화 할 수 없습니다.더 중요한 것은 효소가 여전히 때때로 잘못된 위치에서 절단된다는 것입니다. 이것이 그 자체로 중요한 돌파구가 될 이유를 알아내는 것 – 그것을 고치는 것은 훨씬 더 클 것입니다.
그리고 물론 CRISPR이 인간 배아에서 끔찍하게 잘 작동하지 않는다는 문제와 최근에 암과 관련이 있다는 문제가 있습니다.
CRISPR-Cas9 : 누가 소유합니까?
대답하기 쉬운 질문이 아닙니다. CRISPR이 특정 박테리아에서 자연적으로 발생한다는 점을 감안하면 놀랍게도 특허 분쟁이 계속되고 있습니다.
기술 검토설명하다 CRISPR-Cas9가 처음에 설명되었지만과학2012 년 UC Berkeley의 Jennifer Doudna에 의해 Broad Institute의 Feng Zhang은 자신이 먼저 발명했음을 증명하는 랩 노트를 제출하여이 기술에 대한 특허를 획득했습니다.
먼저 특허권을 출원한다는 것은 Doudna에게이를 부여해야한다는 것을 의미하지만, Zhang에게 유리한 규칙을 먼저 발명 한 것에 기초하여 결정을 내릴 수있었습니다. 결국 사건은 2017 년 2 월에 해결되었습니다. , 미국 특허 재판 및 항소위원회가 UC Berkeley는 모든 살아있는 세포에서 CRISPR-Cas9 사용에 대한 특허를 부여하고 Broad는 모든 진핵 세포 (즉, 식물과 동물의 세포)에서 특허를받을 것이라고 결정했습니다.
이미지 : 페트라 B 프리츠 , VeeDunn , NIH 이미지 갤러리 , 및 스티브 저 벳슨 크리에이티브 커먼즈에서 사용
