Η εμπιστοσύνη της Doudna στο ερευνητικό δυναμικό της CRISPR είναι φωτεινή

Κανείς δεν χρειάζεται να υπενθυμίσει στην Jennifer Doudna τη δύναμη του CRISPR, της τεχνολογίας επεξεργασίας γονιδιώματος ακριβείας που ανέπτυξε η ίδια. Το CRISPR «μας δίνει έναν τρόπο να ελέγξουμε τελικά την εξέλιξη οποιουδήποτε οργανισμού — συμπεριλαμβανομένου του εαυτού μας. Είναι ένα βαθύ πράγμα. Τα ανθρώπινα όντα έχουν πλέον μάθει αρκετά για τον δικό μας γενετικό κώδικα που μπορούμε να τον αλλάξουμε κατά βούληση», είπε. "Είναι κάπως τρελό να το σκέφτεσαι."

Γι' αυτό, όταν εμφανίστηκαν αναφορές τον περασμένο Νοέμβριο ότι ο επιστήμονας He Jiankui του Νότιου Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας στο Shenzhen της Κίνας, είχε χρησιμοποιήσει το CRISPR για να αλλάξει το DNA δίδυμων κοριτσιών - ξεπερνώντας μια γραμμή που οι γενετικοί μηχανικοί σέβονταν για δεκαετίες και επιβεβαίωσαν 2015 — Η Ντούντα έσπευσε να μιλήσει. Περιγράφοντας τον εαυτό της στα μέσα ενημέρωσης ως «τρομοκρατημένη και έκπληκτη», επέκρινε τις ενέργειές του ως επικίνδυνες, πρόωρες και περιττές, δεδομένης της απουσίας επείγουσας ιατρικής ανάγκης τα παιδιά να τροποποιηθούν πειραματικά. Ενθάρρυνε τη διεθνή επιστημονική κοινότητα να αναπτύξει καλύτερες οδηγίες για την επιτρεπόμενη επεξεργασία γονιδιώματος στον άνθρωπο.

Η τεχνολογία CRISPR κάνει την επεξεργασία του γονιδιώματος δελεαστικά απλή, επειδή επιτρέπει στους επιστήμονες να κόβουν και να επεξεργάζονται αλληλουχίες DNA σε οποιοδήποτε είδος, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, κατά βούληση. Εμπνεύστηκε από έναν παραμελημένο αμυντικό μηχανισμό με τον οποίο πολλά βακτήρια αποκρούουν τους ιούς:Με την εισαγωγή θραυσμάτων ιικού DNA σε εξειδικευμένες δομές στο δικό τους γονιδίωμα (οι «συγκεντρωμένες τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις» που δίνουν το όνομά του στο CRISPR), τα βακτήρια παρέχουν τα θυγατρικά τους κύτταρα με έναν τρόπο να αναγνωρίζουν και να αποκρούουν γρήγορα μελλοντικές εισβολές παρόμοιων ιών. Η Doudna και η Emmanuelle Charpentier του Max Planck Institute for Infection Biology στο Βερολίνο έδειξαν το 2012 ότι το βακτηριακό σύστημα θα μπορούσε να προσαρμοστεί ως εργαλείο επεξεργασίας. (Αρκετοί άλλοι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του Feng Zhang του Broad Institute και του Virginijus Šikšnys του Πανεπιστημίου του Βίλνιους πιστώνεται επίσης ότι συνέβαλαν στην ανάπτυξη του CRISPR, και πολλαπλές αγωγές διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας περιβάλλουν την ιδιοκτησία της πνευματικής ιδιοκτησίας.)

Όμως, παρόλο που η Doudna υποστηρίζει την προσοχή όταν εξετάζει αλλαγές που θα μπορούσαν να περάσουν για γενιές, παραμένει σθεναρή υποστηρικτής των δυνατοτήτων του CRISPR στη βασική έρευνα, καθώς και στις ιατρικές και βιοτεχνολογικές εφαρμογές του. «Νομίζω ότι όταν καταλαβαίνεις πώς λειτουργούν τα πράγματα, μπορείς να τα εφαρμόσεις πιο αποτελεσματικά. Και μόλις τα εφαρμόσετε, αποκαλύπτετε πάντα πράγματα που δεν καταλάβατε σχετικά με τη θεμελιώδη βιολογία αυτού του συστήματος», είπε η Doudna. "Μου αρέσει αυτό το είδος αλληλεπίδρασης."

Περιοδικό Quanta  κάθισε με την Doudna, μια καθηγήτρια χημείας και μοριακής και κυτταρικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, για να συζητήσει πώς το CRISPR προωθεί τη βασική έρευνα στη βιολογία. Αυτή η συνέντευξη και οι επόμενες ανταλλαγές έχουν συμπυκνωθεί και υποβληθεί σε επεξεργασία για λόγους σαφήνειας.

Όταν το CRISPR συζητείται στο κοινό, συχνά αφορά τον τρόπο με τον οποίο θα χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία και τη θεραπεία ασθενειών. Πώς πιστεύετε ότι το CRISPR έχει και θα συνεχίσει τη βασική έρευνα στη βιολογία;

Θα σας δώσω δύο παραδείγματα που πιστεύω ότι είναι διασκεδαστικά επειδή απεικονίζουν μερικά από τα δημιουργικά πράγματα που κάνουν οι άνθρωποι τώρα, τα οποία δεν ήταν δυνατά στο παρελθόν. Ένα από αυτά είναι ένα έργο για τη διερεύνηση της προέλευσης του διποδισμού. Αυτό το έργο περιλαμβάνει τη σύγκριση της γενετικής δύο τύπων τρωκτικών — ενός τυπικού τετράποδου ποντικιού και ενός τρωκτικού που ονομάζεται jerboa που πηδάει στα πίσω πόδια του, επομένως είναι δίποδα.

Τι θα συμβεί αν αρχίσω να βάζω γονίδια από το δίποδο τρωκτικό στο άλλο τρωκτικό; Μπορώ τελικά να φτιάξω ένα δίποδο ποντίκι; Αυτό είναι το είδος του έργου που είναι δυνατό τώρα με το CRISPR.

Το άλλο πείραμα CRISPR που θέλω να επισημάνω διερευνά το περιεχόμενο του γονιδιώματος του Νεάντερταλ. Πολλοί από εμάς γνωρίζουμε τώρα ότι έχουμε λίγο DNA του Νεάντερταλ στο υπόβαθρό μας, αλλά ποιες ήταν οι πραγματικές διαφορές μεταξύ των σύγχρονων ανθρώπων και των Νεάντερταλ; Γιατί εξαφανίστηκαν οι Νεάντερταλ και τι μπορεί να μας πει αυτό για τη δική μας εξέλιξη;

Πώς το εξερευνάτε αυτό;

Ένα πείραμα που βρίσκεται τώρα σε εξέλιξη παίρνει γονίδια από το γονιδίωμα του Νεάντερταλ και τα τοποθετεί σε ανθρώπινα κύτταρα που καλλιεργούνται στο εργαστήριο με τη μορφή εγκεφαλικών οργανοειδών. Τα οργανοειδή είναι μπάλες ιστού που σχηματίζουν οργανικές δομές σε ένα εργαστηριακό πιάτο. Δεν θέλω να πω ότι είναι σαν μικρά εγκεφαλικά, αλλά αυτά τα οργανοειδή έχουν κάποιες ιδιότητες συλλογών νευρώνων που βρίσκονται στον εγκέφαλο.

Το ερώτημα λοιπόν είναι να αναρωτηθούμε, εάν αρχίσετε να εισάγετε συγκεκριμένα γονίδια του Νεάντερταλ σε αυτά τα οργανοειδή του ανθρώπινου εγκεφάλου, τι συμβαίνει; Τι είδους αλλαγές βλέπουμε φυσιολογικά σε αυτά τα κύτταρα και σε αυτές τις μπάλες ιστού; Μπορούμε να μάθουμε κάτι για τη γενετική της νευρωνικής ανάπτυξης στους Νεάντερταλ που μπορεί να είναι διαφορετικό από αυτό που συμβαίνει στους ανθρώπους;

Είναι οι πρώτες μέρες αυτής της έρευνας και ένα οργανοειδές δεν είναι το ίδιο πράγμα με τον εγκέφαλο, επομένως θα πρέπει να υπάρχουν κάποιες ερμηνείες για το τι σημαίνουν τα δεδομένα, αλλά νομίζω ότι αυτό είναι το είδος του πειράματος που δεν θα μπορούσε να γίνει πριν.

Γιατί όχι;

Ως επί το πλείστον, δεν είχαμε τρόπο να εισάγουμε αλλαγές στα γονιδιώματα με ακρίβεια. Ο τρόπος με τον οποίο έγινε αρχικά η γονιδιακή θεραπεία ήταν η χρήση ιών που ενσωματώνονται στο ανθρώπινο DNA, αλλά οι ιοί ενσωματώνονται εκεί που θέλουν να πάνε, όχι απαραίτητα εκεί που θέλετε να κάνετε μια αλλαγή στο DNA.

Οι προηγούμενες τεχνολογίες για την επεξεργασία γονιδίων ήταν επίσης πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθούν σε πολλά περιβάλλοντα. Απαιτούσαν πολλή δουλειά στα πόδια για να αναπτυχθούν, όπως η μηχανική συγκεκριμένων πρωτεϊνών για κάθε επιθυμητή αλλαγή σε ένα γονιδίωμα. Σίγουρα, ήταν δύσκολο με αυτές τις τεχνολογίες να γίνουν περισσότερες από μία αλλαγές ταυτόχρονα. Με το CRISPR, οι πειραματιστές μπορούν να αλλάξουν πολλά γονίδια σε ένα γονιδίωμα σε μία λήψη.

Πιστεύετε ότι οι ιατρικές εφαρμογές του CRISPR από μόνες τους μπορούν να ενημερώσουν τη βασική επιστήμη;

Σίγουρα. Η τεχνολογία CRISPR έχει υιοθετηθεί ευρέως από κάθε είδους επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένων ανθρώπων σαν εμένα. Δεν έκανα ποτέ τίποτα με την επεξεργασία γονιδιώματος πριν εμφανιστεί το CRISPR.

Στο εργαστήριό μου είχαμε ένα έργο τα τελευταία χρόνια που δουλεύαμε πάνω στη χορεία του Χάντινγκτον, μια εκφυλιστική νευρολογική ασθένεια. Η μετάλλαξη που προκαλεί την ασθένεια είναι ένα μόνο κωδικόνιο - τρία ζεύγη βάσεων στο DNA - που επαναλαμβάνεται πολλές φορές. Εάν το κωδικόνιο επαναληφθεί πάρα πολλές φορές, οδηγεί σε μια ελαττωματική πρωτεΐνη που προκαλεί αυτή την ασθένεια. Αυτό ήταν γνωστό εδώ και πολύ καιρό, αλλά η πρόκληση ήταν, πώς το διορθώνεις;

Εργαζόμαστε για έναν τρόπο να παραδώσουμε το CRISPR σε νευρωνικά κύτταρα ποντικιού για να κάνουμε τις απαραίτητες αλλαγές. Αλλά ένα από τα περίεργα πράγματα που προέκυψε από αυτή τη γραμμή εργασίας είναι ότι ανακαλύψαμε ότι μόνο τα νευρωνικά κύτταρα στον εγκέφαλο του ποντικιού επεξεργάζονταν, όχι τα [υποστηρικτικά νευρογλοιακά] κύτταρα που ονομάζονται αστροκύτταρα.

Αυτά τα κύτταρα είναι πολύ μικρότερα, επομένως μπορεί να μην έχουν αρκετή επιφάνεια για να απορροφήσουν αποτελεσματικά την πρωτεΐνη CRISPR. Ή ίσως δεν ανταποκρίνονται στην κοπή και την επεξεργασία του DNA με τον ίδιο τρόπο όπως άλλα κύτταρα.

Επομένως, δεν ανταποκρίνονται όλα τα κύτταρα στον εγκέφαλο στη θεραπεία CRISPR με τον ίδιο τρόπο.

Βρήκαμε επίσης ότι, όταν εγχύουμε μόρια CRISPR σε ένα σημείο στον εγκέφαλο του ποντικιού, βλέπουμε ότι τα κύτταρα που βρίσκονται σε αρκετή απόσταση από το σημείο της ένεσης επίσης υποβάλλονται σε επεξεργασία. Αυτό ήταν μια έκπληξη γιατί υποδηλώνει ότι υπάρχει κάποιος τρόπος διακίνησης μορίων μέσω του εγκεφάλου σε περιοχές που δεν βρίσκονται ακριβώς δίπλα στο σημείο όπου μπαίνει η βελόνα.

Υπάρχει κάποιος μηχανισμός μοριακής διακίνησης στον εγκέφαλο που δεν έχει εκτιμηθεί; Αυτό είναι ένα πολύ θεμελιώδες ερώτημα στη βιολογία. Αυτό μας φέρνει πίσω στο να ρωτάμε, "Γεε, πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος;" Τώρα διερευνούμε απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις.

Πρέπει να πω ότι αυτό το παράδειγμα από το εργαστήριό μου είναι εμβληματικό του τι συμβαίνει σε διάφορα εργαστήρια. Το CRISPR ενεργοποιεί πολύ εφαρμοσμένα πειράματα, αλλά αυτά τα πειράματα εγείρουν πολύ θεμελιώδη ερωτήματα που πρέπει να επιστρέψετε και να τα αντιμετωπίσετε.

Πόσο διάχυτη πιστεύετε ότι θα γίνει η χρήση του CRISPR στη βιολογία; Φαίνεται ήδη να είναι παντού στα βιοϊατρικά εργαστήρια. Πιστεύετε ότι μπορεί να υπάρχουν εφαρμογές σε τομείς όπως η οικολογία, για παράδειγμα;

Απολύτως. Εξαρτάται από τον ορισμό σας για την οικολογία, αλλά μερικοί από τους πρώτους που υιοθέτησαν την τεχνολογία CRISPR ήταν άνθρωποι που προσπαθούσαν να κατανοήσουν τη γενετική της ανάπτυξης των πεταλούδων. Έχοντας ένα εργαλείο που επέτρεπε τον χειρισμό γονιδίων σε μη-μοντέλους οργανισμούς -οργανισμούς που οι επιστήμονες δεν εργάζονταν για δεκαετίες στο εργαστήριο αλλά αντ' αυτού έχουν συλλεχθεί στη φύση- ανοίγει την πιθανότητα πραγματικού πειραματισμού με τρόπο που προηγουμένως δεν ήταν δυνατό.

Ουσιαστικά οποιοσδήποτε οργανισμός γίνεται πρότυπος οργανισμός — ένα γενετικά έλκιμο σύστημα για πειράματα. Αστειευόμαστε στο εργαστήριο ότι μετατρέπουμε τους ανθρώπους σε μαγιά:Στο παρελθόν, έπρεπε να κάνετε πειράματα σε μαγιά ή μύγες φρούτων και στη συνέχεια να συμπεράνουμε τι σήμαιναν αυτά τα δεδομένα για τα ανθρώπινα κύτταρα. Δεν θα μπορούσατε εύκολα να χειριστείτε τα ανθρώπινα κύτταρα γενετικά για να κατανοήσετε τη γενετική λειτουργία. Τώρα, με το CRISPR, μπορείτε.

Το CRISPR ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ως αμυντικός μηχανισμός που χρησιμοποιούν τα βακτήρια έναντι των ιών. Πιστεύετε ότι άλλα νέα ερευνητικά εργαλεία μπορεί να προέρχονται από άλλες ανακαλύψεις σχετικά με τα βακτήρια;

Υποψιάζομαι ότι ναι. Αν κοιτάξετε τις τεχνολογίες που έχουν εμφανιστεί τις τελευταίες δεκαετίες - αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης για ενίσχυση του DNA, μοριακή κλωνοποίηση - προέκυψαν όλες από τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα μικρόβια καταπολεμούν τους ιούς ή αντιδρούν σε ερεθίσματα.

Γνωρίζουμε επίσης πολύ λίγα για τον βακτηριακό κόσμο αυτή τη στιγμή. Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός οργανισμών που δεν έχουν εντοπιστεί ποτέ από επιστήμονες ή δεν έχουν καλλιεργηθεί στο εργαστήριο, και σίγουρα έχουν ενδιαφέρουσα βιολογία που σχετίζεται με τον τρόπο ζωής τους. Καθώς περισσότεροι από αυτούς τους οργανισμούς μελετώνται και προσδιορίζονται, δεν έχω καμία αμφιβολία ότι θα βρούμε πράγματα που θα προσφέρονται για νέες τεχνολογίες.

Υπάρχουν κάποια συγκεκριμένα αινίγματα στα βακτήρια που πιστεύετε ότι μπορεί να οδηγήσουν σε κάποιο είδος ερευνητικού εργαλείου;

Αυτό είναι πάντα δύσκολο να προβλεφθεί. Τούτου λεχθέντος, θα σας δώσω ένα παράδειγμα ενός ενδιαφέροντος φαινομένου:την ανακάλυψη αυτής της νέας κατηγορίας βακτηρίων που είναι απίστευτα μικρά. Είναι μια εντελώς νέα φυλή οργανισμών - προς το παρόν ονομάζονται τα υποψήφια βακτήρια ακτινοβολίας φυλής (CPR). Σχεδόν αμφισβητούν την έννοια του τι είναι κύτταρο και τι είναι ιός.

Πολλοί από αυτούς τους οργανισμούς πιθανότατα αναπτύσσονται συμβιωτικά με άλλα σφάλματα, μοιράζοντας σημαντικά μόρια, ίσως ακόμη και τα δομικά στοιχεία του DNA, του RNA και των πρωτεϊνών. Πώς όμως εισάγουν μόρια; Πώς ελέγχουν το περιβάλλον τους, ώστε άλλα είδη βακτηρίων να μην υπεραναπτυχθούν και να μην τα παραγκωνίσουν;

Όλα αυτά είναι αναπάντητα ερωτήματα. Δεν καταλαβαίνουμε τίποτα για τη θεμελιώδη βιολογία τους με μοριακή έννοια. Οι απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα θα οδηγήσουν σε μια νέα τεχνολογία; Δεν ξέρω, αλλά σίγουρα θα οδηγήσει σε ενδιαφέρουσα βιολογία.

Λοιπόν, το μέρος για να αναζητήσετε νέα ερευνητικά εργαλεία μπορεί να είναι οργανισμοί που είναι άτυποι, ας πούμε έτσι;

Αλλά πώς ορίζεις το άτυπο; Υπάρχει αυτό το παλιό τραγούδι του Steve Forbert:"Συχνά λέγεται ότι η ζωή είναι παράξενη ... αλλά σε σύγκριση με τι;"

Αυτά τα μικροσκοπικά βακτήρια CPR είναι εκείνα στα οποία εσείς και η Jillian Banfield του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ βρήκατε πρόσφατα νέα ένζυμα Cas [για την κοπή κλώνων DNA] που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν με την τεχνολογία CRISPR, έτσι δεν είναι; Τι κάνει αυτά τα ένζυμα Cas δυνητικά τόσο ενδιαφέροντα και χρήσιμα;

Ένα από τα νέα ένζυμα που εντοπίσαμε ονομάζεται «CasX». Είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον γιατί φαίνεται να λειτουργεί πολύ διαφορετικά από το ξάδελφό του Cas9, το ένζυμο που χρησιμοποιούν πολλά συμβατικά βακτήρια στην άμυνά τους CRISPR και που χρησιμοποιείται συνήθως στην τεχνολογία CRISPR. Αλλά μερικά βασικά συστατικά είναι τα ίδια. Αυτό μας δίνει μια εικόνα για τη βασική συνταγή για τις πρωτεΐνες κοπής CRISPR. Όσο περισσότερο κατανοούμε αυτές τις πρωτεΐνες, τόσο καλύτερα μπορούμε να τις επεξεργαστούμε. Το CasX είναι επίσης ελκυστικό επειδή είναι πολύ μικρότερο από το Cas9, κάτι που μπορεί να διευκολύνει την ολίσθηση σε κύτταρα για θεραπευτική επεξεργασία γονιδιώματος.

Υπήρξαν επίσης άλλες νέες τεχνολογίες spinoff που αναπτύχθηκαν από το CRISPR-Cas9, όπως το CRISPR-GO, η απεικόνιση DNA και το anti-CRISPR. Πώς μπορούν να βοηθήσουν τη βασική βιολογία;

Ας τα περάσουμε λοιπόν. Το CRISPR-GO είναι αυτός ο έξυπνος τρόπος χρήσης των ενζύμων CRISPR για να φέρει συγκεκριμένα μέρη του γονιδιώματος σε φυσική εγγύτητα. Υπάρχουν ενδείξεις ότι όταν τα γονίδια εκφράζονται μαζί στα κύτταρα, συχνά συγκεντρώνονται φυσικά στην ίδια θέση στα κύτταρα και αυτό μπορεί να επηρεάσει θεμελιωδώς τα επίπεδα πρωτεϊνών που παράγονται από ορισμένα γονίδια. Αυτό που κάνει το CRISPR-GO είναι να παρέχει μια τεχνολογία για την πραγματοποίηση αυτού του είδους φυσικής πρόσδεσης, με τη διαφορά ότι τώρα οι επιστήμονες μπορούν να το ελέγχουν αντί να το ελέγχουν το κύτταρο. Νομίζω ότι αυτό δημιουργεί μια ευκαιρία να ξεκινήσει η ανατομή της σχέσης μεταξύ της τρισδιάστατης αρχιτεκτονικής του γονιδιώματος και της επικοινωνίας μεταξύ των γονιδίων, και των προκυπτόντων επιπέδων πρωτεϊνών ή μορίων RNA που παράγονται από αυτά τα γονίδια. Αυτό λοιπόν είναι συναρπαστικό. Είναι κάτι που, και πάλι, πραγματικά δεν ήταν δυνατό πριν, να ελέγξουμε την τρισδιάστατη αρχιτεκτονική των χρωμοσωμάτων και να ρωτήσουμε πώς αυτό επηρεάζει την έξοδο από το γονιδίωμα.

Αναφέρατε την απεικόνιση DNA. Η ιδέα εκεί είναι αυτό που αναφέρεται ως «χρωμοσωμική ζωγραφική», όπου μπορείτε να προγραμματίσετε την πρωτεΐνη CRISPR-Cas9 να δεσμεύεται και βασικά να κάθεται για παρατεταμένες χρονικές περιόδους σε ορισμένα σημεία στο DNA. Μπορείτε να διακοσμήσετε την πρωτεΐνη CRISPR-Cas9 με διαφορετικά χρώματα χρωστικών για να φωτίσετε ένα συγκεκριμένο γονίδιο ή τμήμα ενός γονιδιώματος, ακόμη και ένα ολόκληρο χρωμόσωμα, απλώς στρώνοντάς το με αυτά τα μικρά σύμπλοκα RNA-πρωτεΐνης. Είναι λοιπόν μια μέθοδος απεικόνισης.

Στην περίπτωση του anti-CRISPR, αυτές είναι μικρές μικροσκοπικές φυσικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση των συστημάτων CRISPR. Μπορείτε να φανταστείτε ότι στα βακτήρια που μολύνονται από ιούς, με την πάροδο του χρόνου οι ιοί έχουν εξελίξει τρόπους αποφυγής της απομάκρυνσης από τα CRISPR, και ένας από τους τρόπους που το κάνουν αυτό είναι η χρήση αυτών των μικρών αναστολέων που ονομάζονται αντι-CRISPR. Υπάρχει ενδιαφέρον για αυτά λόγω της δυνατότητας ελέγχου των αποτελεσμάτων γονιδιακής επεξεργασίας - χρησιμοποιώντας αυτά τα είδη πρωτεϊνών για να απενεργοποιήσετε τις πρωτεΐνες γονιδιακής επεξεργασίας στα κύτταρα για να προστατεύσετε το γονιδίωμα από την τροποποίηση με ακούσιους τρόπους. Υπάρχει μια ολόκληρη σειρά έρευνας τώρα που έχει ξεκινήσει για να εξετάσει τους φυσικούς ρυθμιστές και αναστολείς των μονοπατιών CRISPR και να ρωτήσει εάν μπορούν να αξιοποιηθούν για τεχνολογικούς σκοπούς.

Θα μπορούσε η ανάπτυξη του anti-CRISPR να καταπνίξει τους φόβους σχετικά με την επεξεργασία γονιδιώματος σε ανθρώπους ή άλλους οργανισμούς, εάν είχαμε έναν διακόπτη απενεργοποίησης για να πετάξουμε εάν το CRISPR-Cas9 δεν λειτουργούσε όπως έπρεπε;

Αυτό ακριβώς σκέφτεται ο κόσμος. Στην πραγματικότητα, υπάρχει ένα ολόκληρο πρόγραμμα που χρηματοδοτείται από την DARPA (την Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Έργων για την Άμυνα των ΗΠΑ), που έχει τον τίτλο «Ασφαλή Γονίδια», που αφορά ασφαλείς τρόπους χειρισμού γονιδίων και γονιδιωμάτων. Και μία από τις στρατηγικές που χρησιμοποιούν οι ομάδες για να το κάνουν αυτό είναι η χρήση αυτών των αντι-CRISPR.

Πιστεύετε ότι το CRISPR μας βοηθά να έρθουμε πιο κοντά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο όλα τα κομμάτια στα κελιά λειτουργούν μαζί και όχι μόνο ξεχωριστά;

Νομίζω ότι θα παίζει όλο και περισσότερο τέτοιο ρόλο στο μέλλον.

Ας επιστρέψουμε στη νευροεπιστήμη, γιατί υπάρχει μια περίπτωση όπου το CRISPR έχει έρθει στο προσκήνιο σε μελέτες για την ανάπτυξη του εγκεφάλου. Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να καταλάβουν πόσοι διαφορετικοί τύποι κυττάρων υπάρχουν στον εγκέφαλο. Δεν γνωρίζουμε επίσης πώς αναπτύσσεται ο εγκέφαλος με την έννοια της τρισδιάστατης αρχιτεκτονικής του. Εάν ξεκινήσετε με ένα βλαστοκύτταρο ή μερικά βλαστοκύτταρα, πώς εξελίσσεται σε έναν ολόκληρο εγκέφαλο και ποιος είναι ο χάρτης του εγκεφάλου;

Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον αυτή τη στιγμή για τη χρήση του CRISPR για να κάνουμε αυτό που ονομάζεται χαρτογράφηση γενεαλογίας. Εάν έχετε έναν πληθυσμό κυττάρων που αναπτύσσονται από ένα μεμονωμένο κύτταρο ή μια μικρή συλλογή κυττάρων, μπορείτε να παρακολουθήσετε πώς τα κύτταρα από αυτόν τον αρχικό πληθυσμό δημιουργούν τους απογόνους τους, εισάγοντας μια μικρή τροποποίηση στο DNA τους για να τα επισημάνετε.

Πολλές ερευνητικές ομάδες χρησιμοποιούν το CRISPR με αυτόν τον τρόπο για να καταλάβουν πού καταλήγουν αυτά τα θυγατρικά κύτταρα στον εγκέφαλο και ακόμη και τι είδους κύτταρα γίνονται. Νομίζω ότι αυτού του είδους τα πειράματα θα οδηγήσουν σε μια πιο θεμελιώδη κατανόηση της ανάπτυξης των ιστών —ιδίως στον εγκέφαλο— που δεν ήταν δυνατό στο παρελθόν.

Ακούγεται πολλά υποσχόμενο.

Θα σας δώσω άλλο ένα παράδειγμα. Υπάρχουν ενδιαφέρουσες περιπτώσεις - και βρίσκουμε όλο και περισσότερες από αυτές καθώς οι άνθρωποι παίρνουν την αλληλουχία του DNA τους - οικογενειών στις οποίες όλοι έχουν ένα συγκεκριμένο αλληλόμορφο, μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA ενός γονιδίου, αλλά μόνο μερικές από αυτές έχουν μια ασθένεια που σχετίζεται με αυτό το αλληλόμορφο. Οι άλλοι όχι. Ξέρετε λοιπόν ότι υπάρχει κάτι στο DNA των ανθρώπων που δεν επηρεάζονται που καταστέλλει μια αρνητική επίδραση αυτού του γονιδίου και τους κάνει να μην είναι ευαίσθητοι στον καρκίνο ή σε οποιαδήποτε άλλη ασθένεια στην οποία διαφορετικά θα υπέκυπταν. Ποιοι είναι αυτοί οι καταστολείς;

Νομίζω ότι η κατανόηση αυτών των ειδών γενετικών αλληλεπιδράσεων θα είναι απίστευτα ισχυρή στο μέλλον. Μέχρι τώρα, δεν είχαμε πραγματικά έναν τρόπο να το κάνουμε γιατί, πρώτα απ 'όλα, οι άνθρωποι δεν γυρνούσαν ευρέως για να καθορίσουν την αλληλουχία του γονιδιώματός τους. Αυτό αρχίζει να συμβαίνει όλο και περισσότερο, με τις εταιρείες που το προσφέρουν και το κόστος να μειώνεται. Έπειτα, υπάρχει επίσης μια τεχνολογία που επιτρέπει γενετικό χειρισμό κυττάρων που προέρχονται από ασθενείς. Έτσι, εάν έχετε κάποιον που έρχεται σε μια κλινική και έχει μια ασθένεια που διαγιγνώσκεται, μπορείτε να πάρετε κύτταρα από αυτό το άτομο και μπορείτε να τα καλλιεργήσετε στο εργαστήριο. Αυτό ήταν δυνατό για λίγο, αλλά αυτό που δεν ήταν δυνατό στο παρελθόν ήταν να γίνει γενετική σε αυτά τα κύτταρα. Τώρα μπορούμε, σε ζωντανά κύτταρα που σχετίζονται με έναν πραγματικό ασθενή.

Ακούγεται σαν ένα απροσδόκητο πλεονέκτημα της τεχνολογίας αλληλουχίας.

Πάντα μου αρέσει να επισημαίνω ότι υπάρχει μια ορισμένη γαλήνη στην επιστήμη. Είναι υπέροχο, αλλά σημαίνει επίσης ότι δεν μπορείτε να προβλέψετε τα αποτελέσματα. Η τεχνολογία CRISPR είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα αυτού. Αν μου είχατε πει πριν από 10 χρόνια ότι τα βακτήρια είχαν αναπτύξει πρωτεΐνες που θα μπορούσαν να προγραμματιστούν για να βρουν και να κόψουν οποιαδήποτε αλληλουχία DNA, θα είχα γελάσει. Θα έλεγα, "Ναι, αυτό είναι σίγουρα επιστημονική φαντασία."

Νομίζω ότι είναι σημαντικό για τους ανθρώπους να εκτιμήσουν ότι έτσι συμβαίνει πολλή επιστήμη.