让我们来聊聊CRISPR和遗传疾病的终结问题!

 有了CRISPR技术,我们修改基因不再是个梦想!

格雷女士

2019年7月,维多利亚·格雷(Victoria Gray)在纳什维尔萨拉·坎农研究所(Sarah CannonResearch Institute)的一间阳光明媚的浅绿色病房里醒来。她的床边解冻了一袋经过基因编辑的血细胞。格雷现年34岁,是四个孩子的母亲,来自福里斯特,是一位多发性硬化症患者,她即将成为一名医学开拓者。

01

从一个故事讲起!

当格雷3个月大的时候,她的祖母把这个扭动、啼哭的婴儿从浴缸里拎出来,急忙把她送到了急诊室。在那里,医生诊断格雷患有镰状细胞病(SCD),这是一种血液疾病,会损害主要器官,导致终身疾患。SCD是由HBB基因突变引起的,这个小故障打乱了指令,所以身体不是制造一种叫做球蛋白的蛋白质成分来运送氧气,而是制造一种不正常的叫做血红蛋白S的蛋白质。

SCD其实也是一种进化

结果就是红细胞变得粘稠,呈新月形,尖锐的尖刺会堵塞并撕裂血管内壁,可能导致心脏病发作和中风,甚至对儿童也是如此。医生警告格雷的母亲,她的女儿可能活不过6岁生日。格雷的病是从她父母那里遗传来的,它是通过父亲和母亲的隐性镰状细胞基因遗传下来的。如果两个人都携带有这种缺陷基因,但没有患上SCD,那么他们生下的孩子有25%的几率患上这种疾病。如果父母双方都患有SCD,他们所有的孩子也会如此。这种疾病主要侵袭祖先可以追溯到非洲的人,那里的镰状细胞基因被认为可以抵御严重的疟疾。

等待命运的转折

现在,格雷坐在她那纳什维尔的床上,她的头发梳成光滑的波波头,指甲修剪成粉红色。她准备永远地改变自己的命运。

02

用基因剪刀重新编辑!

几周前,格雷的医生,医学博士,Sarah Cannon研究所儿科血液学医学主任Haydar Frangoul提取了数十亿格雷的干细胞,并将它们送往欧洲的一个秘密实验室。在那里,科学家们用电脉冲暂时打开她细胞细胞膜上的气孔。然后,他们通过输入插入“分子剪刀”,试图解开她打乱的基因密码,重组后的细胞被冷冻后运回纳什维尔。

基因编辑

血细胞解冻后,Frangoul举起一支注射器,放在通向Gray胸部的中线上,推了推活塞。当注入的细胞在她的血管中流动时,格雷的脉搏加快了,她的眼睛涌出了血,开始产生一种更健康的血红蛋白。要知道格雷在30岁出头时,几乎每隔一个月就会住院一次。

开始

用于治疗导致格雷病的基因编码的剪接技术是CRISPR-Cas9,这是20世纪90年代出现的基因编辑技术的一个更简单、更便宜、更精确的版本,但还未达到预期的效果。CRISPR使科学家能够删除或重写DNA中的突变。它可以为根除一系列遗传疾病铺平道路,从囊性纤维化、唐氏综合症到失明和诵读困难。

机理

理论上,CRISPR也可以用于染色体的特定区域,甚至在胚胎中,来定制一个人的身体、精神和分子特征。例如,它可能最终可以允许选择胎儿的头发或眼睛的颜色,CRISPR可能会使控制智力水平或自闭症风险成为可能,这两者都是遗传和环境复杂相互作用的结果。但对格雷来说,CRISPR只是带来了希望,她一直在寻找骨髓移植——这是一种有风险的方法,也是迄今为止治疗SCD的唯一方法——但一直没有结果。然后Frangoul向她提出了一个建议:成为世界上第一批尝试这种实验性疗法的人之一。“,'我们不确定它是否有效,’”弗朗戈尔说。“她说,'给我报名吧。’”

CRISPR

大约十年前,詹妮弗·a·杜德纳(Jennifer a . Doudna)博士在研究培养皿中的细菌时,破译了细菌是如何战胜病毒的。具体来说,这位生物化学家发现,这些微生物和其他微生物通过记忆以前入侵者的DNA序列来抵御感染,这样当它们回来时,免疫系统就能精确地准备好击败它们。CRISPR是细菌免疫系统的一部分,它代表的是定期聚集的间隔短回文重复。“回文”指的是向前和向后读取相同的任何序列。为了制作基因快照,细菌窃取入侵者的基因密码片段,称为间隔子。然后,它们将它们缝进自己的DNA、间隔物中,并重复,然后开始复制,或称为RNA的单链分子。当发现匹配的病毒序列时,这些短链CRISPR RNA起到了引导的作用。CRISPR机制的另一部分,一种叫做Cas9的酶,然后剪切并摧毁病毒,使其无法复制。2012年,加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)教授杜德纳(Doudna)发表了一篇开创性的论文,描述了这一动作。这使得CRISPR成为一个广泛的医学词汇。早在1987年,科学家们就对CRISPR有所了解,当时日本研究人员在大肠杆菌中发现了一个“不寻常的重复DNA序列”。但是,是杜德纳破解了如何将CRISPR转化为生物黑客工具的密码,就像屏幕上的光标一样,可以轻松地纠正基因组中的“拼写错误”,就像纠正句子中的单词一样。

成为武器

德克萨斯大学的分子生物学家EricOlson博士正在开发基于crispr的肌肉萎缩治疗方法,他说:“它可以让你改变任何你想要的生物的生命蓝图。” “正如我们所知,你不能夸大这项技术对生活的潜在长期影响。” 2020年,杜德纳和现任柏林马克斯·普朗克病原体科学研究所(Max Planck Unit for the Scienceof Pathogens)主任的艾曼纽·夏鹏杰(Emmanuelle Charpentier)博士,因他们在“重写生命密码”方面的革命性工作,共同获得了诺贝尔化学奖。

2人同时获得诺贝尔奖

到目前为止,生物学家已经使用CRISPR技术培育出更胖、毛发更长的山羊,以产出更多的肉和羊毛; 保护用于制作奶酪和酸奶的细菌免受病毒感染; 敲除咖啡树中的咖啡因基因; 饲养“微型猪”作为宠物,体重约30磅,不比爱尔兰梗这样的中型狗大多少。

多姿多彩的运用

CRISPR是否有一天可以被用于编辑胚胎中的镰状细胞基因,从而确保孩子一出生就不会患有这种疾病? Frangoul这么认为。“作为一个社会,我们现在面临的问题是,你何时进行干预? 出生前还是出生前?” Frangoul说。“我把这个问题留给伦理学家去解决。”

仍有争议!

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