Forskare Hitta genredigering med CRISPR svårt att motstå

Hacking av det mänskliga genomet har länge gjorts för en stor science fiction teater, eftersom det alltid har verkade fantastiskt omöjligt och det låter sig så lätt att oroliga plotlines.

Men eftersom forskare lyckades kartlägga det mänskliga genomet på 1990-talet verkar genetekniska personer mindre som fiktion och mer som den presumptiva slutpunkten för medicinsk forskning.

Vi är fortfarande rädda för att tinka med det mänskliga genomet på arvliga sätt, även om man använder genetisk teknik för att behandla människor som är sjuka börjar göra verkliga framsteg. Det är olagligt att redigera ärftligt DNA i många länder, men inte i USA. Men vi har lämnat diskussion om de etiska implikationerna och regleringarnas muttrar och bultar ska utarbetas när tekniken går in i räckhåll.

Men det som en gång verkade bara en framtida möjlighet blev ett omedelbart dilemma.

Det var då University of California molekylärbiolog Jennifer Doudna, Ph.D., och några kollegor skisserade en ny gentekniksteknik som heter CRISPR-Cas9 i ett papper i tidskriften Science. Kortfattat tillåter tekniken en forskare att skicka ut problematiska delar av DNA, ett förfarande med djup potential att bota förödande genetiska sjukdomar som Huntingtons.

annonsering

Tekniken är lätt att en biolog som kände sig så benägen kunde "redigera" den genetiska sminken av ett mänskligt embryo och implantera det till en kvinna som använder in vitro fertilization (IVF). Den förändringen skulle gå in i genpoolen en gång för alla.

Ett antal grupper har höjt larmet att det nu är dags. Det är inte längre science fiction. Dr George Daley, Harvard Medical Center

CRISPR-Cas9 kan också potentiellt omprogrammera de gener som orsakar genetiska sjukdomar som sicklecellanemi och Huntingtons sjukdom, och lovar en all-purpose botemedel.

advertisementAdvertisement

Forskare och tillsynsmyndigheter har krypterat för att komma ikapp.

"Eftersom problemen med att kunna modifiera ett genom, särskilt ett embryo, nu är mycket mer omedelbara och mer relaterade, det är därför som ett antal grupper har väckt larmet att det nu är dags. Det är inte längre science fiction ", säger doktor George Daley, Ph.D., en stamcellsbiolog vid Harvard Medical Center.

Men kritiker säger att processen leder till huruvida och hur vi kommer att förändra vårt mänskliga genetiska arv är slapdash, uteslutande och besviken av löftet om vinst för dem som kan dra nytta av botemedel mot cancer eller en genetisk sjukdom - eller från en fix för vissa subjektivt oönskade genetiska egenskaper.

Läs mer: Harvard, MIT Gör CRISPR-genredigeringsverktyget kraftigare »

En Eureka Moment

Tekniskt har det varit möjligt att redigera mänskligt DNA sedan mitten av 1970-talet, då Paul Berg, Ph.D., odlad human DNA i E. coli-bakterier i hans Stanford-lab. Men de tidiga metoderna var arbetsintensiva och opålitliga.

AnnonsAdvertisement

Doudna (uttalad DOWD-na) gick in i debatten om mänsklig teknik av misstag. En expert på RNA, hon hade blivit inbjuden att hjälpa några kollegor att undersöka hur bakterier slår av virus.

Det blev gradvis klart att bakterier identifierar och målar bitar av viralt DNA med hjälp av en process som heter CRISPR-Cas9. Första gången en bakterie möter ett virus lagras det lite av sitt DNA. Senare tjänar det DNA som en "mest efterfrågad" affisch. Om bakterien går in i samma virus igen, attackerar den den genom att snippa ut det välkända mönstret av DNA.

Doudna och hennes kollegor insåg snabbt att forskare kunde piggybacka på bakterieprocessen för att redigera DNA - vare sig det hörde till ett virus, en jordbruksväxt eller en människa.

Annons

"Jag trodde, wow, om detta skulle kunna fungera i djur- eller växtceller, kan detta vara ett mycket, mycket användbart och mycket kraftfullt verktyg. Ärligt talat förstod jag inte vid den tiden hur mäktigt, "Doudna berättade för NPR i en intervju från 2014. (Hon avbragade Healthlines begäran om en intervju med sitt professionella reseplan.)

Kraften i den nya metoden gick inte obemärkt.

AnnonsAdvertisement

I vår kinesiska forskare som använt CRISPR-Cas9-metoden på mänskliga embryon publicerades deras resultat i en amerikansk tidskrift.

Embryonerna var avvikande och tillvägagångssättet fungerade inte lika bra som förväntat, men rapporten skickade en våg av larm genom det vetenskapliga samfundet, vilket avslöjade hur stark frestelsen var att använda CRISPR för att modifiera ärftligt mänskligt DNA.

San Diego (UCSD) tillkännagav inom några dagar efter det att en lag vid University of California, framgångsrikt använt CRISPR på fruktflugor. De gjorde förändringar i generna av ett par parade flugor, vilket säkerställde att de egenskaper de hade satt in skulle överföras till alla avkommor. Denna typ av genteknik kallas "gen drive". "

Annons

UCSD-forskarna föreställde sig användningen av att göra bättre möss och fruktflugor för forskning, men konsekvenserna var tydliga: Vi kunde snabbt ändra en hel art, inklusive oss själva, med hjälp av CRISPR.

Förra veckan begärde brittiska forskare en licens från Storbritanniens Human Fertilization & Embryology Authority för att redigera genomerna av mänskliga embryon lagrade i fertilitetskliniker. De planerar att använda livskraftiga embryon men lovar att inte implantera dem efter att de har modifierats.

AnnonsAdvertisement

Läs mer: Ny teknik gör det möjligt för forskare att rikta HIV, cancerceller »

Titta på det förflutna att hantera futuristisk teknik

Samtidigt har Doudna och andra forskare, etikister och advokater börjat brottas med CRISPR: s etiska utmaningar.

I januari mötte Doudna och en liten grupp av U.S. Tanke ledare i Napa, Kalifornien, för att diskutera vad man skulle göra med den geni som de skulle släppa ut ur flaskan.Paul Berg, som var banbrytande genteknik med sin 1975 upptäckt av rekombinant DNA, var där.

Gruppen tog sitt bud från konferensen Berg organiserad 1975 på Asilomar Conference Grounds, precis utanför Monterey, Kalifornien, för att bestämma hur vetenskapen skulle gå vidare med genteknik. Det mötet är allmänt känt som bevis för att forskare säkert kan hantera kontroversiella och potentiellt destruktiva verktyg.

Under våren publicerade flera deltagare i Napa-mötet - däribland Doudna, Berg och Harvards Daley - en ståndpunkt som hävdade att CRISPR inte skulle användas på reproduktiv DNA eller kimceller. Men de sa att laboratorieforskningen borde fortsätta.

I slutet av detta år kommer en internationell vetenskaplig hjärnförtroende att konvergera på Washington, D. C., för att börja skissera en plan för möjliga gränser för CRISPR. Ansträngningen har skett framåt, vilket speglar hur brådskande frågan är.

Men som inbjudan-bara toppmötet, sponsrat av National Academy of Sciences, Engineering och Medicine och dess brittiska och kinesiska motsvarigheter, samlar kritiker att det är dömt att misslyckas eftersom det utesluter nyckelfrågor och möjligheten att offentlig kommentar.

De nationella akademierna säger att det kommer att finnas begränsade platser för allmänheten.

Om CRISPR representerar "ett tidvattenskifte i termer av hur vi tänker på oss själva som varelser", som Daley säger det, vad är det bästa sättet att bestämma ett sådant viktigt problem?

Sheila Jasanoff, Ph.D., en professor i vetenskap och teknik vid Harvards Kennedy School, anser att decembermötet redan hör till några av misslyckandena på Asilomar-konferensen.

Forskarna vid Asilomar tittade på produkterna av tidig genetisk teknik för att de skulle kunna användas för biovapen och oroade sig främst om riskerna med att de flydde från laboratoriet.

De förutspådde inte vad som har visat sig vara en uppvärmd och långvarig debatt om genetiskt modifierade organismer, vilket har haft stora konsekvenser för bönder, miljöaktivister och agribusiness tungvikt som Monsanto.

"I retrospekt kan man se den långa, ibland tragiska, kontroversen mot genetiskt modifierade grödor … som en återupptagning av globala medborgare av alla de dimensioner av genetisk teknik som Asilomar hade uteslutit" skrev Jasanoff i en upphandling som protesterade mot nästa generations toppmötet om genteknik.

Läs mer: Få fakta om genomik kontra genetik »

Kloning pengar?

Forskarna som samlade på Asilomar hade lite att göra med de kommersiella tillämpningarna av sin forskning. Men med Bayh-Dole Act från 1980 fick professorer och universitet ekonomiskt intresse för hur deras upptäckter blev kommersialiserade.

Deras kommersiella intressen kan ha påverkat deras val att inte överväga frågan om att använda CRISPR i jordbruksväxter och djur vid det internationella mötet, även när debatten om dem fortsätter att simma.

Doudna är involverad i tre av dussintals företag som redan har bildats i hopp om att kommersialisera CRISPR-genredigering.Ett företag, Caribou Bio, är uttryckligen intresserad av jordbruksapplikationer.

"Så länge du slutar få ett frö som fungerar, är du okej," sa Shanks.

Det skulle vara svårt att hitta någon i biotechvärlden som inte har något intresse eftersom alla huvudmän i denna konversation har det som ser ut som intressekonflikter. Marcy Darnovsky, Centrum för Genetik och Samhälle

Men Doudnas ekonomiska intressen i hennes upptäckt är mer regel än undantaget.

"Det skulle vara svårt att hitta någon i biotechvärlden som inte har något intresse eftersom alla huvudmän i denna konversation har det som ser ut som intressekonflikter", säger Marcy Darnovsky, Ph D., verkställande direktör för Centrum för Genetik och Samhälle. Darnovsky, som kommer att delta i Washington konferensen, vill se genetisk teknik begränsad till medicinska förfaranden på individer, inte ärftliga förändringar som kommer att gå in i genpoolen.

Michael Kalichman leder Centrum för etik och samhälle vid UCSD. Han beskriver Doudnas engagemang i affärssidan av hennes arbete helt enkelt som en del av hennes jobb som chef för ett forskningslaboratorium i en post-Bayh-Dole-värld.

"Ditt jobb är att försöka sälja det," sa han. "Doudna döljer inte hennes intressen i det. "

I en stor mängd forskare, läkare och universitetsjurister är alla åsikter färgade med pengar.

"Vi har bara personer som har ekonomiska intressen som inte bara gör beslut som ska tillämpas, men de kommer upp med de frågor som kommer att ställas," sa Darnovsky.

Kalichman, vars karriär har "bracketed" Bayh-Dole Act, säger att lagen har resulterat i en snabbare övergång från ren forskning till kliniska tillämpningar. Men det gör också utrymme för partiskhet.

"Frågan är" Gör systemet av ekonomiskt intresse en bias mot att se vissa saker? "och svaret verkar vara ja," sa han.

Läs mer: DNA-syntetiskt vaccin kan skydda mot MERS-viruset

Pitting Heartstrings Against Hard Science

I deras redaktionella på CRISPR-titeln "En försiktig väg framåt för genmodifiering och genmodifierad genmodifiering" - Doudna, Daley, Berg och andra säger att forskare borde undersöka hur CRISPR fungerar på mänskliga embryon - så länge ingen implantat de modifierade embryonerna.

"De argumenterar för att redigering av mänskliga bakterieceller (gameter och tidiga embryon) för forskningsändamål borde fortsätta omedelbart medan en dialog om de sociala och etiska konsekvenserna av att använda modifierade könsceller för att inleda en graviditet pågår", sade Darnovsky av redaktionen.

Ytterligare forskning, som argumentet förklarar, ger oss mer information om hur modifieringar av könsstycken fungerar - eller, som i den kinesiska studien, gör det inte.

"De kallar detta" en försiktig väg framåt ", sade Darnovsky. "Men det vore lätt att läsa det som" Om vår forskning visar att vi kan modifiera germline säkert och korrekt, kommer det att vara ett argument för att fortsätta att skapa GM-människor. ''

Det har varit bara ungefär ett decennium sedan vi först läste det mänskliga genomet. Vi bör ägna stor försiktighet innan vi börjar skriva om det. Eric Lander, Broad Institute

Doudna har beskrivit CRISPR som en metod för att redigera de typsnitt som vi får i naturens text. Hennes metafor är avsedd att göra en otroligt komplicerad process förståelig för nonscientists. Men det glansar också om riskerna med genredigering: Verkligheten är, att boken för mänsklig genetik är skrivet på ett språk vi knappt förstår.

"Det har varit bara ungefär ett decennium sedan vi först läste det mänskliga genomet. Vi bör ägna stor försiktighet innan vi börjar skriva om det, "Eric Lander, Ph.D., chef för Broad Institute, skrev i sin upphandling på CRISPR.

Det breda institutet har konkurrerat med Doudnas västkustlabb för framsteg i CRISPR och är engagerad i en rättegång mot vilka som innehar patent.

Lander håller med om att vi inte bör röra vid arv DNA, men han gör plats för ett "möjligt undantag för att korrigera svåra monogena sjukdomsgener, i de få fall där det inte finns något alternativ. "

Vad händer om forskningen Doudna förespråkar och brittiska forskare redan frågar att göra lovar en bot för en förödande genetisk sjukdom, som Huntington inte är från fall till fall utan genom att helt eliminera genmutationen? Allmänheten skulle sannolikt kräva tillgång till denna botemedel.

Men vad händer om vad som verkade som ett botemedel visade sig ha stora oavsiktliga genetiska biverkningar som inte visade sig fram till nästa generation?

"För att komma från en strålande observation till något som hjälper massorna är komplicerat," sa Jasanoff.