Ini mungkin terdengar seperti merek sereal tetapi CRISPR merupakan salah satu revolusi paling signifikan dalam genetika selama hidup kita. Dalam beberapa bulan terakhir, telah muncul cerita tentang para peneliti yang menggunakan protein CRISPR-Cas untuk secara efektif mengedit urutan genetik DNA, membunuh HIV, memakan Zika seperti Pac-man dan menyimpan GIF dalam DNA bakteri .
Namun, terlepas dari potensi CRISPR, ini adalah prosedur yang sangat kontroversial. Dibutuhkan untaian DNA untuk dipotong dan diubah sepenuhnya untuk mengubah susunan genetik seseorang, dan dua studi baru telah mengaitkan teknologi pengeditan gen tersebut dengan peningkatan kanker.
Makalah, satu per Novartis dan yang lainnya oleh Institut Karolinska , diterbitkan diPengobatan Alam, menyimpulkan bahwa teknik terapi gen dapat melemahkan kemampuan seseorang untuk melawan tumor, dan dapat menyebabkan kanker, meningkatkan kekhawatiran tentang keamanan terapi gen berbasis CRISPR.
Mari kita mundur sedikit.
Lihat terkait Apa itu sel punca dan bagaimana mereka dapat mengubah obat? Transplantasi kepala manusia: Prosedur kontroversial berhasil dilakukan pada mayat; prosedur langsung sudah dekat
Kedua makalah tersebut berfokus pada gen p53. Penelitian sebelumnya telah menemukan bahwa tumor manusia tertentu tidak dapat berkembang jika gen p53 bekerja sebagaimana mestinya. Hasilnya, p53 bertindak sebagai mekanisme pertahanan alami untuk melindungi genom dari jenis perubahan yang dibuat oleh CRISPR-Cas9. Ketika CRISPR-Cas9 digunakan untuk mengedit susunan genetik seseorang, gen p53 melompat ke pertahanannya dan secara efektif membunuh sel yang diedit dengan menyebabkannya menghancurkan diri sendiri. Faktanya, gen inilah yang telah menunda kemajuan dan keefektifan teknik CRISPR dalam sejumlah percobaan.
Namun, dalam kasus di mana CRISPR-Cas9 berhasil mengedit genom seseorang, hal itu menunjukkan bahwa gen p53 sel tertentu rusak atau tidak berfungsi. Ini, pada gilirannya, dapat dikaitkan dengan tubuh yang kurang mampu melawan kanker. Secara khusus, p53 yang salah dapat menyebabkansel tumbuh tak terkendali dan menjadi kanker, dan telah dikaitkan dengan kasuskanker ovarium, usus besar dan rektum.
Dengan memilih sel yang telah berhasil memperbaiki gen rusak yang ingin kami perbaiki, kami mungkin secara tidak sengaja juga memilih sel tanpa p53 fungsional, penulis studi Emma Haapaniemi dari Karolinska Institute menjelaskan . Jika ditransplantasikan ke pasien, seperti dalam terapi gen untuk penyakit bawaan, sel tersebut dapat menimbulkan kanker, meningkatkan kekhawatiran akan keamanan terapi gen berbasis CRISPR.
Akan tetapi, perlu dicatat bahwa memiliki kaitan dengan kanker tidak sama dengan menyebabkan kanker dan hasil dalam kedua penelitian ini disebut sebagai pendahuluan, yang berarti pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk memperkuat atau menolak temuan tersebut. Para peneliti bahkan dengan cepat menjauhkan diri dari mengatakan CRISPR berbahaya. Alih-alih, mereka mengangkat masalah yang valid dan menyarankan perusahaan dan ilmuwan untuk maju dengan uji klinis agar memperhatikan kaitannya.
Studi ini juga berfokus pada jenis teknik penyuntingan CRISPR yang sangat khusus - protein Cas-9 yang digunakan untuk mengoreksi DNA yang sakit dengan memasukkan DNA yang sehat dan telah diedit - dan pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk melihat apakah bentuk lain dari penyuntingan gen menimbulkan kekhawatiran serupa. Memang, dalam upaya untuk mengatasi kritik serupa sebelumnya, para peneliti dari Salk Institute baru-baru ini melaporkan solusi. Daripada mengedit gen, metode CRISPR mereka yang disebut epigenetik (atau di atas gen) akan melihat gen diaktifkan atau dinonaktifkan, daripada dipotong.
Dengan memodifikasi epigenom, para ilmuwan mampu mengontrol perilaku gen tanpa memodifikasi DNA apa pun secara langsung; modifikasi gen daripada pengeditan gen. Dalam uji coba pada tikus, para ilmuwan membalikkan gejala penyakit ginjal, diabetes tipe 1, dan bentuk distrofi otot. Itu juga memiliki potensi untuk memberantas Alzheimer.
Apa itu CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 adalah alat pengeditan genom yang mampu memotong DNA dengan cara yang ditargetkan, memungkinkan para ilmuwan untuk secara akurat mengedit blok bangunan kehidupan. Anda mungkin akan melihatnya disebutkan di samping duo CRISPR-Cas1 dan CRISPR-Cas2 yang sedikit kurang terkenal - keduanya memotong potongan DNA menjadi genom bakteri (lebih lanjut tentang itu nanti).
Cas9 sebenarnya pertama kali diamati pada 1980-an sebagai bagian dari mekanisme pertahanan bakteri bersel tunggal, yang memastikan bahwa sel-sel tersebut mampu menyingkirkan penyusup yang tidak diinginkan. Para ilmuwan telah menemukan bahwa, dengan mengadaptasi teknologi, mereka dapat menargetkan urutan genom dengan kecepatan, presisi, dan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Bayangkan CRISPR-Cas9 seperti pencarian temukan dan ganti di dokumen komputer, alih-alih kata-kata, Anda sedang mengedit urutan genetik.Memodifikasi DNA secara akurat adalah cawan suci ilmiah, dan potensinya sangat besar. Itu bisa digunakan untuk memberantas penyakit - bahkan penyakit keturunan seperti cystic fibrosis, anemia sel sabit, dan Huntington bisa menjadi bagian dari masa lalu.
Nama CRISPR adalah akronim untuk pengulangan palindromik pendek yang tidak terlalu menarik dan diselingi secara teratur. Bagian Cas mengacu pada CRISPR terkait.
CRISPR-Cas9: Bagaimana cara kerjanya?
CRISPR adalah bagian dari pertahanan alami bakteri tertentu. Ketika bakteri mendeteksi virus yang menyerang, ia mampu menyalin dan mencampurkan segmen DNA asing ke dalam genomnya sendiri di sekitar CRISPR. Cas9 melakukan pemotongan, sedangkan Cas1 dan Cas2 memasukkan DNA eksterior ke dalam genom sel.
apa yang kamu lihat ketika seseorang memblokirmu di facebook
Saat virus ditemukan lagi, CRISPR memiliki salinan persis dari urutan genom yang harus diwaspadai, di situlah protein Cas masuk: ia dapat memotong DNA, dan menonaktifkan gen yang tidak diinginkan dengan akurasi yang luar biasa.
Atau, seperti yang dijelaskan Carl Zimmer : Karena wilayah CRISPR dipenuhi dengan DNA virus, itu menjadi galeri molekuler yang paling dicari, mewakili musuh yang telah ditemui mikroba. Mikroba kemudian dapat menggunakan DNA virus ini untuk mengubah enzim Cas menjadi senjata yang dipandu dengan presisi. Mikroba menyalin materi genetik di setiap pengatur jarak menjadi molekul RNA. Enzim Cas kemudian mengambil salah satu molekul RNA dan menggendongnya. Bersama-sama, RNA virus dan enzim Cas mengalir melalui sel. Jika mereka menemukan materi genetik dari virus yang cocok dengan CRISPR RNA, RNA akan menempel erat. Enzim Cas kemudian memotong DNA menjadi dua, mencegah virus mereplikasi.
Pada tahun 2012, para ilmuwan dari University of California, Berkeley, menerbitkan a kertas terobosan menunjukkan bahwa mereka mampu memprogram ulang sistem kekebalan CRISPR-Cas untuk mengedit gen sesuka hati. CRISPR-Cas9 menggunakan protein Cas spesifik dan RNA hibrid yang dapat mengidentifikasi dan mengedit urutan gen apa pun. Kemungkinannya sangat besar.
Singkatnya, CRISPR mendaftar urutan DNA untuk ditargetkan, dan kemudian Cas9 melakukan pemotongan. Ilmuwan hanya perlu memprogram CRISPR dengan kode yang benar, dan Cas9 akan mengerjakan sisanya.
Ini juga dapat diterapkan pada gen yang salah - bagian yang saat ini menyebabkan masalah dapat dihilangkan dengan CRISPR-Cas9, dan kemudian diganti dengan kode genetik yang sehat, yang secara teoritis memecahkan masalah.
CRISPR-Cas9: Apakah sudah digunakan pada manusia?
Ya, di China . Menggunakan embrio manusia yang bersumber dari klinik kesuburan, para ilmuwan mencoba menggunakan CRISPR-Cas9 untuk mengedit gen yang menyebabkan talasemia beta di setiap sel. Perlu dicatat bahwa embrio donor yang digunakan tidak dapat hidup, dan tidak dapat menghasilkan kelahiran hidup.
Bagaimanapun, itu gagal, dan gagal cukup parah: 86 embrio disuntikkan, dan setelah 48 jam dan sekitar delapan sel tumbuh, 71 bertahan, dan 54 di antaranya diuji secara genetik. Hanya 28 yang berhasil disambung, dan sangat sedikit yang mengandung materi genetik yang diinginkan para peneliti.Jika Anda ingin melakukannya pada embrio normal, Anda harus mendekati 100%, ketua peneliti Jungiu Huang memberi tahuAlam . Itu sebabnya kami berhenti. Kami masih menganggapnya terlalu kekanak-kanakan.
Selain itu, kemungkinan besar lebih banyak kerusakan yang tidak berdokumen telah terjadi. Sebagai Waktu New York menjelaskan :Para peneliti China menunjukkan bahwa dalam eksperimen mereka penyuntingan gen hampir pasti menyebabkan kerusakan yang lebih luas daripada yang mereka dokumentasikan; mereka tidak memeriksa seluruh genom sel embrio.
Seperti yang bisa Anda bayangkan, hal itu menyebabkan kontroversi besar di komunitas ilmiah.
Pada November 2016 , sekelompok ilmuwan China lainnya menjadi yang pertama menggunakan CRISPR-Cas9 pada manusia dewasa, menyuntik penderita kanker paru-paru dengan sel kekebalan pasien yang dimodifikasi oleh CRISPR untuk menonaktifkan protein PD-1, secara teoritis membuat tubuh pasien melawan kanker. .
Kemudian, di a belajar diterbitkan pada 3 Agustus, para ilmuwan berhasil 'mengedit' embrio manusia, menghilangkan segmen DNA yang salah yang dapat menyebabkan penyakit jantung keturunan. Itu adalah pencapaian penting dan memberikan jalan untuk berpotensi mencegah sekitar 10.000 mutasi genetik kelainan genetik (yaitu penyakit yang disebabkan oleh satu gen yang salah) pada manusia di masa depan.
CRISPR-Cas9 dan etika
Meskipun para ilmuwan China menggunakan embrio yang tidak akan berkembang menjadi kehidupan, ada kekhawatiran etis yang nyata tentang eksperimen pada embrio manusia - memang, hanya sebulan sebelum penelitian China dipublikasikan, sekelompok ilmuwan Amerika mendesak dunia untuk tidak melakukannya .
Salah satu penyebabnya adalah betapa belum matangnya teknologi tersebut - ingatlah bahwa teknologi ini baru digunakan secara aktif sejak tahun 2012, dan akan mengherankan jika teknologi tersebut sepenuhnya matang pada saat ini. Para ilmuwan memperingatkan bahwa itu terlalu disalahpahami dan berbahaya untuk digunakan pada manusia pada saat ini, dan penelitian China jelas membuktikan kekhawatiran ini. Bahkan jika itu bekerja dengan sempurna, ada kekhawatiran bahwa konsekuensi yang tidak terduga dapat terjadi dari generasi ke generasi.
Tetapi, bahkan jika 100% aman dan berhasil, ada masalah etika lainnya: sementara tidak ada yang berpendapat bahwa kita harus menahan potensi pemusnahan penyakit genetik yang mematikan seperti Huntington dan fibrosis kistik, CRISPR-Cas9 berpotensi menawarkan kesempatan untuk berubah. apapun tentang seseorang. Selama urutan genetik diidentifikasi, secara teori dapat diedit.
Membasmi penyakit yang memengaruhi kehidupan sebelum lahir adalah satu hal - hal lain bagi orang tua untuk dapat merancang bayi mereka menjadi lebih kuat, lebih cepat, atau lebih tampan. Bahkan jika Anda menerima bahwa ini adalah sesuatu yang seharusnya diizinkan untuk dilakukan, kemungkinan besar hal ini akan dikomersialkan secara besar-besaran, memastikan hanya orang kaya yang mampu memperoleh semua keuntungan kehidupan ekstra yang dapat diberikannya, yang secara besar-besaran memengaruhi ketidaksetaraan.
CRISPR-Cas9: Apa yang telah dilakukan sejauh ini?
Tentu saja, pertanyaan-pertanyaan etis ini berjarak jutaan mil ketika satu-satunya eksperimen manusia embrionik yang tercatat menyebabkan kemunduran profil tinggi. Namun, CRISPR-Cas9 sekarang menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan dalam pengujian yang lebih kecil.
Contohnya termasuk Pencegahan infeksi HIV dalam sel manusia , menyembuhkan penyakit tikus genetik dan sepasang monyet yang lahir dengan mutasi yang ditargetkan .
CRISPR juga muncul sebagai cara yang efektif untuk menyimpan data di dalam DNA. Pada Maret 2017, sepasang peneliti di New York Genome Center menerbitkan laporan di Ilmu jurnal, merinci metode untuk menyimpan file terkompresi dalam molekul DNA. Dengan bantuan algoritme untuk menerjemahkan file ke dalam kode biner yang dapat dipetakan ke basis nukleotida DNA, para peneliti dapat menyandikan total enam file: makalah akademis tahun 1948, plakat Pioneer, sistem operasi, virus, film tahun 1895Kedatangan kereta di stasiun La Ciotat… Dan kartu hadiah Amazon $ 50.
Beberapa bulan kemudian, tim ilmuwan di Harvard Medical School menyandikan klip video perulangan ke dalam DNA sel bakteri E.Coli yang hidup . Tujuannya untuk mengembangkan sistem pembuatanperekam molekuler - DNA yang mampu merekam informasinya sendiri dari lingkungannya. Ini dapat digunakan dalam segala hal mulai dari memantau polusi tanah, hingga merevolusi pemahaman kita tentang aktivitas neurologis.
Sebagai bagian dari program Gen Aman DARPA, ketujuh tim tersebut mencakup atim yang dipimpin oleh Dr. Amit Choudhary dari Harvard Medical School sedang mengembangkan cara untuk mengendalikan nyamuk penyebar malaria, tim kedua dari Harvard Medical School yang ingin menggunakan CRISPR untuk mendeteksi dan membalikkan mutasi yang disebabkan oleh radiasi. Tim Universitas Negeri Carolina Utara yang dipimpin oleh Dr. John Godwin bertujuan untuk menargetkan sistem penggerak gen pada tikus untuk mengelola spesies invasif, sementara Universitas California, Berkeley ingin menggunakan CRISPR untuk menargetkan virus Zika dan Ebola. Daftar lengkap proyek dan detail tim tersedia dari situs web DARPA.
Baru-baru ini, ahli biologi struktural Osamu Nureki dari Universitas Tokyo berbagi rekaman luar biasa dari DNA pengeditan CRISPR secara real time yang merupakan bagian dari makalah terbaru timnya, yang diterbitkan di jurnal. Komunikasi Alam . Klip di bawah ini menunjukkan CRISPR mencari DNA sebelum melakukan pengeditan. Anda dapat melihat untaian DNA menjadi terputus.
Rekaman itu awalnya diperlihatkan kepada peserta CRISPR 2017 konferensi yang berlangsung pada bulan Juni. Makalah diserahkan setelah konferensi ini dan diterbitkan pada 10 November.
CRISPR-Cas9: Apakah akan hadir di Inggris?
Iya. Peneliti sel induk di Inggris meminta izin untuk memodifikasi embrio manusia dalam upaya untuk memahami perkembangan manusia awal, dan mengurangi kemungkinan keguguran. Pada bulan Februari 2016,Otoritas Fertilisasi dan Embriologi Manusia (HFEA) diberikan izin.
CRISPR-Cas9: Mengapa CRISPR buruk?
Seperti disebutkan sebelumnya, Cas9 hanya dapat mengenali urutan genetik dengan panjang sekitar 20 basis, artinya urutan yang lebih panjang tidak dapat ditargetkan.Lebih penting lagi, enzim terkadang masih memotong di tempat yang salah. Mencari tahu mengapa ini akan menjadi terobosan yang signifikan - memperbaikinya akan menjadi lebih besar.
Lalu, tentu saja, ada masalah bahwa CRISPR tidak bekerja terlalu baik dalam embrio manusia, dan kaitannya yang lebih baru dengan kanker.
CRISPR-Cas9: Siapa pemiliknya?
Itu bukanlah pertanyaan yang mudah untuk dijawab. Ini tunduk pada pertarungan paten yang sedang berlangsung - yang mengejutkan, mengingat CRISPR secara alami terjadi pada bakteri tertentu.
Review Teknologimenjelaskan bahwa, meskipun CRISPR-Cas9 pertama kali dijelaskan diIlmupada tahun 2012 oleh Jennifer Doudna dari UC Berkeley, Feng Zhang dari Broad Institute memenangkan paten atas teknik tersebut dengan mengirimkan buku catatan lab yang membuktikan bahwa ia yang pertama kali menemukannya.
Pertama untuk mengajukan hak paten berarti bahwa ini harus diberikan kepada Doudna, tetapi keputusan dapat diputuskan berdasarkan aturan yang pertama kali dibuat, yang akan menguntungkan Zhang. Pada akhirnya, kasus tersebut diselesaikan pada Februari 2017 , ketika Dewan Banding dan Percobaan Paten AS memutuskan bahwa UC Berkeley akan diberikan paten untuk penggunaan CRISPR-Cas9 di sel hidup mana pun, sementara Broad akan mendapatkannya di sel eukariotik apa pun - artinya sel pada tumbuhan dan hewan.
Gambar-gambar: Petra B Fritz , VeeDunn , NIH Image Gallery , dan Steve Jurvetson digunakan di bawah Creative Commons
