CRISPR-genredigering och sjukdom

När gengenereringsgenen är ute av flaskan, vad vill du först?

Bebisar med "perfekta" ögon, över-the-top intelligens och en touch av filmstjärna karisma?

AnnonsAdvertisement

Eller en värld fri från sjukdom … inte bara för din familj, utan för alla familjer i världen?

På grund av de senaste händelserna arbetar många forskare mot den senare.

Tidigare denna månad använde forskare från Oregon Health & Science University ett genredigeringsverktyg för att rätta till en sjukdomsframkallande mutation i ett embryo.

Annons

Tekniken, känd som CRISPR-Cas9, fixerade mutationen i embryonernas kärn-DNA som orsakar hypertrofisk kardiomyopati, ett vanligt hjärtsjukdom som kan leda till hjärtsvikt eller hjärtdöd.

Det här är första gången det här genredigeringsverktyget har testats på mänskliga ägg av klinisk kvalitet.

Om någon av dessa embryon hade implanterats i en kvinnas livmoder och fick utvecklas fullt ut skulle barnet ha varit fri från den sjukdomsframkallande variationen i genen.

Denna typ av fördelaktig förändring skulle också ha gått ner till kommande generationer.

Inga embryon i denna studie implanterades eller fick utvecklas. Men experimentets framgång ger en glimt mot potentialen i CRISPR-Cas9.

Fortfarande kommer vi någonsin att kunna gen-redigera vår värld fri från sjukdom?

Hur genredigering fungerar

Enligt Genetic Disease Foundation finns det över 6 000 mänskliga genetiska störningar.

AnnonsAdvertisement

Forskare kan teoretiskt använda CRISPR-Cas9 för att korrigera någon av dessa sjukdomar i ett embryo.

För att göra detta skulle de behöva en lämplig bit RNA för att rikta motsvarande sträckor av genetiskt material.

Cas9-enzymet skär DNA på den platsen, vilket gör det möjligt för forskare att radera, reparera eller ersätta en specifik gen.

Annons

Vissa genetiska sjukdomar kan dock vara enklare att behandla med denna metod än andra.

"De flesta fokuserar, åtminstone initialt, på sjukdomar där det bara finns en enda gen - eller ett begränsat antal gener - och de är mycket väl förståda", säger Megan Hochstrasser, doktor, vetenskapskommunikationschef vid Innovative Genomics Institute i Kalifornien, berättade Healthline. Sjukdomar orsakade av en mutation i en enda gen innefattar sicklecellsjukdom, cystisk fibros och Tay-Sachs-sjukdom. Dessa påverkar miljontals människor över hela världen.

Dessa typer av sjukdomar ligger dock överlägset av sjukdomar som hjärt- och kärlsjukdomar, diabetes och cancer som dödar miljontals människor över hela världen varje år.

Genetik - tillsammans med miljöfaktorer - bidrar också till fetma, psykisk sjukdom och Alzheimers sjukdom, även om forskare fortfarande arbetar med att förstå exakt hur.

Annons

Just nu fokuserar de flesta CRISPR-Cas9-forskning på enklare sjukdomar.

"Det finns många saker som måste utarbetas med tekniken för att den ska komma till den plats där vi någonsin skulle kunna tillämpa den på en av dessa polygena sjukdomar, där flera gener bidrar eller en gen har flera effekter, Säger Hochstrasser.

AnnonsAdvertisement

Behandling av vuxna och barn, inte embryon

Även om "designerbebisar" får stor medieuppmärksamhet är mycket CRISPR-Cas9-forskning inriktad på andra ställen.

"De flesta som arbetar med detta arbetar inte i mänskliga embryon", säger Hochstrasser. "De försöker lista ut hur vi kan utveckla behandlingar för personer som redan har sjukdomar. "

Dessa typer av behandlingar skulle gynna barn och vuxna som redan lever med en genetisk sjukdom, liksom människor som utvecklar cancer.

Detta tillvägagångssätt kan också hjälpa de 25 miljoner till 30 miljoner amerikanerna som har en av de mer än 6 800 sällsynta sjukdomarna.

"Genredigering är ett riktigt kraftfullt alternativ för personer med sällsynt sjukdom", säger Hochstrasser. "Du kan teoretiskt göra en klinisk fas I-studie med alla människor i världen som har ett visst sällsynt tillstånd och bota dem alla om det fungerade. "

Sällsynta sjukdomar drabbar färre än 200 000 personer i USA vid varje tillfälle, vilket innebär att det finns mindre incitament för läkemedelsföretag att utveckla behandlingar.

Dessa mindre vanliga sjukdomar innefattar cystisk fibros, Huntingtons sjukdom, muskeldystrofi och vissa typer av cancer.

Förra året gjorde forskare vid University of California Berkeley framsteg när det gäller att utveckla en ex vivo-behandling - där du tar celler ur en person, modifierar dem och lägger dem tillbaka i kroppen.

Denna behandling var för sicklecellsjukdom. I detta tillstånd orsakar en genetisk mutation hemoglobinmolekyler att hålla ihop, vilket deformerar röda blodkroppar. Detta kan leda till blockeringar i blodkärlen, anemi, smärta och organsvikt.

Forskare använde CRISPR-Cas9 för att genetiskt manipulera stamceller för att fixa sicklecellssjuka mutationen. De injicerade sedan dessa celler i möss.

Stamcellerna migrerade till benmärgen och utvecklats till friska röda blodkroppar. Fyra månader senare kunde dessa celler fortfarande hittas i mössens blod.

Detta är inte ett botemedel mot sjukdomen, eftersom kroppen fortsätter att göra röda blodkroppar som har sicklecellssjukdomsmutation.

Men forskare tror att om tillräckligt friska stamceller rot i benmärgen, kan det minska svårighetsgraden av sjukdomssymptom.

Mer arbete behövs innan forskare kan testa denna behandling hos människor.

En grupp kinesiska forskare använde en liknande teknik förra året för att behandla människor med en aggressiv form av lungcancer - den första kliniska prövningen av sitt slag.

I denna studie modifierade forskare patienters immunceller för att inaktivera en gen som är involverad i att stoppa cellens immunsvar.

Forskare hoppas att de genetiskt redigerade immuncellerna, när de injiceras i kroppen, kommer att montera en starkare attack mot cancercellerna.

Dessa typer av terapier kan också fungera för andra blodsjukdomar, cancerformer eller immunförsvar.

Men vissa sjukdomar kommer att bli mer utmanande att behandla på detta sätt.

"Om du har en hjärtsjukdom, kan du till exempel inte ta bort någons hjärna, göra genredigering och sedan lägga tillbaka det," sa Hochstrasser. "Så vi måste ta reda på hur man får dessa reagenser till de platser de behöver vara i kroppen. "

Förhindra indirekt mänsklig sjukdom

Inte varje mänsklig sjukdom orsakas av mutationer i vårt genom.

Vektorburna sjukdomar som malaria, gul feber, denguefeber och sömnsjukdom dödar mer än 1 miljon människor världen över varje år.

Många av dessa sjukdomar överförs av myggor, men också av fästingar, flugor, loppor och sötvatten sniglar.

Forskare arbetar med sätt att använda genredigering för att minska vägtullarna för dessa sjukdomar på hälsan hos människor runt om i världen.

"Vi kan eventuellt bli av med malaria genom att konstruera myggor som inte kan överföra parasiten som orsakar malaria," sade Hochstrasser. "Vi kunde göra detta med CRISPR-Cas9-tekniken för att driva denna egenskap snabbt genom hela myggpopulationen. "

Forskare använder också CRISPR-Cas9 för att skapa" designer "-matar.

DuPont har nyligen använt genredigering för att producera en ny mängd vaxartad majs som innehåller högre mängder stärkelse, som har användning i mat och industri.

Modifierade grödor kan också bidra till att minska dödsfall på grund av undernäring, vilket står för nästan hälften av alla dödsfall över hela världen hos barn under 5 år.

Forskare kan potentiellt använda CRISPR-Cas9 för att skapa nya sorter av mat som är skadedjur, torktålig, eller innehåller mer mikronäringsämnen.

En fördel med CRISPR-Cas9, jämfört med traditionella växtförädlingsmetoder, är att det gör det möjligt för forskare att infoga en enda gen från en relaterad vild växt till en tämjd sort, utan andra oönskade egenskaper.

Genredigering inom jordbruket kan också röra sig snabbare än forskning på människor eftersom det inte finns några år med laboratorieundersökningar på djur, djur och människor.

"Även om växter växer ganska långsamt, säger Hochstrasser," det är verkligen snabbare att få [genetiskt konstruerade växter] ut i världen än att göra en klinisk prövning hos människor. "

Säkerhet och etiska problem

CRISPR-Cas9 är ett kraftfullt verktyg, men det väcker också flera bekymmer.

"Det är mycket diskussion just nu om hur man bäst kan upptäcka så kallade" off-target-effekter ", säger Hochstrasser. "Detta är vad som händer när [Cas9] -proteinet skär någonstans som du vill ha det att klippa. "

Off-target nedskärningar kan leda till oväntade genetiska problem som leder till att ett embryo dör.En ändring i felgenen kan också skapa en helt ny genetisk sjukdom som skulle gå vidare till kommande generationer.

Även om man använder CRISPR-Cas9 för att modifiera myggor och andra insekter höjs säkerhetsproblemet - som vad som händer när man gör storskaliga förändringar i ett ekosystem eller en egenskap hos en befolkning som inte är i kontroll.

Det finns också många etiska problem som kommer med modifiering av mänskliga embryon.

Så kommer CRISPR-Cas9 hjälpa till att rensa sjukdomsvärlden?

Det är ingen tvekan om att det kommer att göra en stor dugg i många sjukdomar, men det är osannolikt att bota alla dem helst snart.

Vi har redan verktyg för att undvika genetiska sjukdomar - som tidig genetisk screening av foster och embryon - men dessa används inte universellt.

"Vi undviker fortfarande massor av genetiska sjukdomar, eftersom många människor inte vet att de har mutationer som kan vara ärftliga", säger Hochstrasser.

Vissa genetiska mutationer sker också spontant. Det här är fallet med många cancerformer som härrör från miljöfaktorer som UV-strålar, tobaksrök och vissa kemikalier.

Människor gör också val som ökar risken för hjärtsjukdomar, stroke, fetma och diabetes.

Så om inte forskare kan använda CRISPR-Cas9 för att hitta behandlingar för dessa livsstilssjukdomar - eller genetiskt manipulera människor att sluta röka och börja cykla till jobbet - dessa sjukdomar kommer att dröja i det mänskliga samhället.

"Sådana saker kommer alltid att behöva behandlas", sa Hochstrasser. "Jag tror inte att det är realistiskt att tro att vi någonsin skulle förhindra att varje sjukdom händer i en människa. ”