Ostatnio było dużo szumu na temat komarów ; w szczególności odmiana genetycznie modyfikowana. Tego lata zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowali pionierską metodę manipulowania wzrokiem komarów, co bardzo utrudnia im znalezienie ludzkich celów .
Jak dokonali takiego wyczynu? Korzystanie z narzędzia inżynierii genetycznej znanego jako CRISPR .
„CRISPR był pierwotnie sposobem, w jaki bakterie rozwinęły się do zwalczania wirusów”, mówi Raphael Ferreira, inżynier genomiki w Harvard Medical School. Często porównywany do pary „molekularnych nożyczek”, CRISPR wykorzystuje wyspecjalizowane białka zwane Cas – skrót od enzymów związanych z CRISPR do cięcia nici DNA lub RNA w precyzyjnym, zaprogramowanym miejscu. Następnie system może wstawić lub usunąć żądany gen w tym miejscu i viola : organizm edytowany w genie.
CRISPR otwiera świat możliwości, w tym wiele — takich jak oślepiające komary — w dziedzinie zdrowia ludzkiego. Ale to nie wszystko, do czego jest używany. „Mamy tak wiele wariantów tej technologii, że pozwoliło nam to na każdy możliwy rodzaj inżynierii genetycznej” – mówi Ferreira.
Oto niektóre z najdzikszych sposobów, w jakie naukowcy stosują CRISPR w laboratorium (i potencjalnie poza nim).
1. Uprawa pikantnych pomidorów i ziaren kawy bezkofeinowej
Wyobraź sobie wgryzanie się w dojrzałego pomidora. Jakie smaki przychodzą mi do głowy? Słodki? Kwaśny, może trochę pikantny? A może pikantny?
Dzięki międzynarodowemu zespołowi genetyków, taki może być przyszły profil smakowy skromnego pomidora. Naukowcy z Brazylii i Irlandii zaproponowali CRISPR jako sposób na aktywację uśpionych genów kapsaicynoidów w pomidorach, tej samej sekwencji genetycznej, która daje chili. Oprócz stworzenia idealnej krwawej Mary, rośliny obiecują ekonomiczną alternatywę dla tradycyjnych papryczek , które są bardzo trudne w uprawie.
CRISPR może również wzmocnić codzienną rutynę śniadaniową — lub ją zniwelować. Brytyjska firma Tropic Biosciences opracowuje obecnie ziarna kawy zaprojektowane do uprawy bezkofeinowej. To wielka sprawa, bo dzisiejsze ziarna kawy muszą być chemicznie odkofeinowane, zwykle poprzez namoczenie ich w octanie etylu lub chlorku metylenu (również składnik zmywacza do farb). Ta twarda kąpiel chemiczna usuwa zarówno kofeinę z ziaren, jak i większość ich smaku. Kawa CRISPR obiecuje filiżankę Joe bez drgawek, z całą paloną dobrocią pełnej kawy.
2. Robienie wina bez kaca
Jeśli kiedykolwiek marzyłeś, żeby następnego ranka spędzić noc w mieście bez rozdzierającego głowę kaca, możesz mieć szczęście. Zespół naukowców z University of Illinois użył swoich genetycznych nożyczek, aby zwiększyć korzyści zdrowotne szczepu drożdży wykorzystywanych do fermentacji wina — i wycięli geny odpowiedzialne za bóle głowy następnego dnia.
Drożdże Saccharomyces cerevisiae , o których mowa, są organizmem poliploidalnym, co oznacza, że mają wiele kopii każdego genu (w przeciwieństwie do zwykłych dwóch). Ta cecha sprawia, że drożdże są zarówno wysoce przystosowalne, jak i niezwykle trudne do inżynierii genetycznej przy użyciu starszych metod, które mogą celować tylko w jedną kopię genu na raz.
Ale CRISPR pozwala inżynierom genetycznym przeciąć każdą wersję genu za jednym razem. W porównaniu ze starszymi technologiami „złożoność tego, co można zrobić za pomocą CRISPR, jest znacznie większa”, mówi Ferreira, „Wszystko sprowadza się do wydajności”.
Używając go, zespół z Illinois był w stanie zwiększyć ilość zdrowego dla serca resweratrolu w swoim winie, pozostawiając kaca na podłodze krojowni.
3. Cały byk, bez walki
Jeśli chodzi o hodowlę bydła, rogi są zwykle nie do przyjęcia. U dorosłego byka stanowią zagrożenie dla rolnika, innego bydła, a czasami dla samego zwierzęcia.
Tradycyjnie, bydło hodowane na farmie jest usuwane z rogów poprzez anihilację komórek wytwarzających rogi na czole zwierzęcia, znajdujących się na dwóch kostnych wypukłościach zwanych pąkami rogowymi. Pąki są niszczone na kilka różnych bolesnych sposobów: za pomocą starych, dobrych noży, przy użyciu gorącego żelazka, elektryczności lub substancji żrących, takich jak wodorotlenek sodu. Praktyki te mogą czasami prowadzić do oszpecenia twarzy lub uszkodzenia oczu. Ale CRISPR może po prostu zaoferować bardziej etyczną alternatywę.
Korzystając z CRISPR, naukowcy opracowali gen braku rogów u bydła , skutecznie eliminując potrzebę zabiegów usuwania rogów u tych zwierząt. Co ciekawsze, niektóre z tych byków z edytowanymi genami były w stanie przekazać tę cechę swojemu potomstwu – co jest kluczowe dla utrzymania tej cechy w obiegu populacji. W kręgach naukowych było to postrzegane jako potencjalnie ogromny sukces: do tego stopnia, że genetyk Alison L. Van Eenennaam z Uniwersytetu Kalifornijskiego, Davis napisał o tym esej w Nature, nazywając usuwanie rogów „problemem o wysokim poziomie dobrostanu zwierząt priorytet” i opowiadanie się za kontynuowaniem badań .
Historycznie rzecz biorąc, opinia publiczna miała mniejszy entuzjazm dla upraw modyfikowanych genetycznie i inwentarza żywego, chociaż ostatnie badania sugerują, że te postawy mogą się zmieniać . Ale co by było, gdyby CRISPR był używany do czegoś mniej „Sieci Charlotte” i trochę bardziej „Parku Jurajskiego”?
4. Wskrzeszenie utraconych gatunków
Być może obecnie najdalej idącym zastosowaniem CRISPR jest jego potencjał do sprowadzania z martwych całych gatunków. A teraz mówi się poważnie o wskrzeszeniu jednego konkretnego gatunku: gołębia wędrownego .
Gołębie wędrowne przemierzały lasy Ameryki Północnej w stadach liczących setki milionów ludzi, zaciemniając niebo i przedzierając się przez podziemia w tym, co ekolog Aldo Leopold określił jako „burzę pierzastą”. Jednak zaczęło się to zmieniać w XVIII i XIX wieku, gdy europejscy koloniści promieniowali po całym kontynencie.
Oprócz tego, że były wszechobecne, gołębie wędrowne miały niefortunną cechę, że były pyszne. Polowali na nie masowo głodni Euro-Amerykanie, zarówno dla jedzenia, jak i dla sportu. To prawdopodobnie nie byłoby tak dewastujące dla całej populacji ptaków, z wyjątkiem tego, że ludzie jednocześnie zniszczyli większość ich terenów lęgowych. Ta brutalna kombinacja doprowadziła gatunek do gwałtownego upadku na początku XX wieku. Ostatni znany gołąb wędrowny, ptak o imieniu Martha , zmarł w niewoli w 1914 roku.
Teraz naukowcy szukają CRISPR jako sposobu na przywrócenie tych kultowych ptaków. Kalifornijska organizacja biotechnologiczna Revive & Restore ma dedykowany projekt gołębia pasażerskiego , którego celem jest odtworzenie gatunku poprzez modyfikację genomu blisko spokrewnionego gołębia pręgowanego. Jeśli się powiedzie, grupa mówi, mogliby korzystać z tego podejścia wskrzesić wszystkich rodzajów wymarłych lub krytycznie zagrożonych stworzeń, od tchórz czarnołapy do włochatego mamuta . To, czy powinni , czy nie, jest oczywiście nadal przedmiotem dyskusji, ale nie można zaprzeczyć, że CRISPR umożliwił powstanie science fiction.
Teraz to interesujące:
W 2020 roku Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna otrzymały nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pionierską technologię CRISPR, co czyni je szóstą i siódmą kobietą, która kiedykolwiek otrzymała tę nagrodę.
