संकट काफी नहीं है। आनुवंशिक संपादन 2.0 के लिए तैयार हो जाओ

पाँच वर्षों से भी कम समय में, जीन एडिटिंग तकनीक जिसे क्रिस्प के नाम से जाना जाता है, ने आधुनिक जीव विज्ञान में क्रांति ला दी है। 2012 के बाद से, जब आनुवंशिक सामग्री को खोजने, हटाने और बदलने की क्षमता पहली बार दर्ज की गई थी, तो वैज्ञानिकों ने क्रिस्प का उल्लेख करते हुए 5,000 से अधिक कार्यों को प्रकाशित किया है। बायोमेडिसिन के क्षेत्र में शोधकर्ताओं ने विभिन्न रोगों को बेहतर ढंग से अनुकरण करने के लिए इसे मास्टर किया। और अनगिनत कंपनियों ने इस तकनीक के आधार पर नई दवाओं, उपचारों, भोजन, रसायन और सामग्री के साथ व्यावसायिक प्रयास करना शुरू कर दिया है।

आमतौर पर, जब हम क्रिस्प का उल्लेख करते हैं, तो हमारा मतलब है क्रिस्प / कैस 9 - एक राइबोपोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स जिसमें आरएनए की एक छोटी श्रृंखला और एक एंजाइम होता है जो डीएनए को काटता है। उन्होंने बायोलॉजी और मेडिसिन के लिए क्या किया, मॉडल टी ने उत्पादन और परिवहन के लिए क्या किया - इस प्रक्रिया में क्रांतिकारी तकनीक तक पहुँच को कम करके और यथास्थिति का उल्लंघन करते हुए (हम हेनरी फोर्ड की एक कार के बारे में बात कर रहे हैं, जिसे टिन लिज़ी के रूप में भी जाना जाता है - पहला दुनिया में, एक कार जो 1908 से 1927 तक मिलियन सीरीज़ में निर्मित हुई थी। यह एक प्रतीक बन गया कि कैसे फोर्ड ने "पहियों पर अमेरिका को रखा", एक यात्री कार को मध्यम वर्गीय अमेरिकी - लगभग एमके) के लिए अपेक्षाकृत सस्ती बना दिया।

कैंसर रोगियों की स्थिति में सुधार के लिए पहले से ही क्रिस्प का उपयोग किया जा रहा है, और अगले साल इसे सिकल सेल एनीमिया और बीटा-थैलेसीमिया जैसे आनुवंशिक रोगों के उपचार के लिए नैदानिक ​​परीक्षणों में भर्ती किया जा सकता है।

लेकिन, मॉडल टी की तरह, क्रिस्प क्लासिक कुछ अजीब, अविश्वसनीय और थोड़ा खतरनाक है। यह बस जीनोम के किसी भी स्थान पर नहीं बाँध सकता है। कभी-कभी यह गलत जगह सुधार कर देता है। और उसके पास स्विच नहीं है। यदि मॉडल टी को ओवरहीटिंग का खतरा था, तो क्रिस्पर क्लासिक को ओवरहीटिंग का खतरा है।

इन सीमाओं के साथ भी, क्रिस्प क्लासिक 2018 और उससे आगे विज्ञान के लिए वर्कहॉर्स रहेगा। लेकिन इस साल, नए, उज्जवल जीन संपादन उपकरण उत्पादन लाइन पर जारी किए जाने लगे, जो उनके पहले पीढ़ी के भाई को मात देने का वादा करते थे। इसलिए अगर आपने अभी क्रिस्प के बारे में सोचना शुरू किया - बकसुआ, क्योंकि आनुवंशिक संपादन 2.0 पहले से ही यहां है।

क्रिस्प की लक्षित काटने की क्रिया इसकी परिभाषित विशेषता है। लेकिन जब कैस 9 शरीर में डीएनए के दो किस्में काटता है, तो जोखिम का एक तत्व पेश किया जाता है - जब जीनोम को इस तरह की अचानक चोट बहाल हो जाती है, तो कोशिकाएं गलतियां करना शुरू कर सकती हैं। यही कारण है कि वैज्ञानिक सुरक्षित तरीके से समान परिणाम प्राप्त करने के तरीके विकसित कर रहे हैं।

एक दृष्टिकोण Cas9 एंजाइम का उत्परिवर्तन पैदा करना है - जैसे कि यह अभी भी डीएनए से जुड़ सकता है, लेकिन ताकि इसकी कैंची काम न करें। फिर अन्य प्रोटीन जो जीन अभिव्यक्ति को सक्रिय करते हैं, उन्हें इस Cas9 के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे वे डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीन को चालू और बंद (कभी-कभी प्रकाश या रासायनिक संकेतों का उपयोग करके) कर सकते हैं। इस तरह के "एपिजेनेटिक संपादन" का उपयोग आनुवांशिक कारकों के संयोजन से उत्पन्न होने वाली स्थितियों को हल करने के लिए किया जा सकता है, जैसा कि सरल एकल उल्लंघनों के विपरीत है जो क्रिस्प क्लासिक के लिए सबसे उपयुक्त हैं (इस महीने की शुरुआत में, साल्क संस्थान के शोधकर्ताओं ने चूहों में कई बीमारियों के इलाज के लिए इस तरह की एक प्रणाली का इस्तेमाल किया था, मधुमेह, तीव्र गुर्दे की विफलता, और मांसपेशियों की डिस्ट्रोफी सहित)।

हार्वर्ड और ब्रोडस्की इंस्टीट्यूट में अन्य वैज्ञानिक एक समरूप क्रिस्पर सेटअप पर काम कर रहे हैं: एक समय में एक व्यक्ति के आधार जोड़े का संपादन। ऐसा करने के लिए, उन्हें एक पूरी तरह से नया एंजाइम विकसित करना था - प्राकृतिक लोगों से नहीं लिया गया - जो रासायनिक रूप से जोड़े गए न्यूक्लियोटाइड यौगिक को जीसी में बदल सकते हैं। यह संभावित बड़े परिणामों के साथ एक छोटा बदलाव है। डेविड लियू, एक हार्वर्ड रसायनज्ञ, जिनकी प्रयोगशाला ने यह काम किया था, का अनुमान है कि मानव में 32,000 ज्ञात रोगजनक बिंदु उत्परिवर्तन में से लगभग आधे को इस एकल परिवर्तन से ठीक किया जा सकता है।

लियू कहते हैं, "मैं नहीं चाहता कि जनता इस गलत विचार के साथ आए कि हम डीएनए के किसी भी हिस्से को किसी भी व्यक्ति या किसी भी जानवर या किसी भी सेल में डीएनए के किसी भी हिस्से से बदल सकते हैं।" उन्होंने कहा, '' यहां तक ​​कि जहां हम अब एक बड़ी जिम्मेदारी हैं, उसे खोजना। बड़ा सवाल यह है कि यह दृष्टिकोण समय के साथ कितना अधिक प्रभावी होगा? और समाज के लाभ के लिए हम कितनी जल्दी इन तकनीकी विकासों का अनुवाद कर सकते हैं? ”

Crispr ने बैक्टीरिया को एक आदिम रक्षा तंत्र के रूप में विकसित किया है। उसका काम दुश्मन के वायरल डीएनए को ढूंढना और उसे तब तक काटना था, जब तक वह बना रहे। यह ब्रेक के बिना एक त्वरक है, और यह इसे खतरनाक बना सकता है, खासकर नैदानिक ​​अनुप्रयोगों के लिए। सेल में जितनी लंबी क्रिस्प रहती है, उतनी ही अधिक संभावना है कि वह अपने लक्ष्य जीन के समान कुछ पाएगी और एक चीरा लगाएगी।

इन "अनुचित" प्रभावों को कम करने के लिए, वैज्ञानिकों ने क्रिस्पर गतिविधि के सख्त नियंत्रण के लिए कई नए उपकरण विकसित किए हैं।

आज तक, शोधकर्ताओं ने प्राकृतिक क्रिस्प प्रोटीन के 21 अद्वितीय परिवारों की पहचान की है - छोटे अणु जो आनुवंशिक संपादक को अक्षम करते हैं। लेकिन वे जानते हैं कि उनमें से कुछ कैसे काम करते हैं: कुछ सीधे Cas9 से जुड़ते हैं, इसे डीएनए से जुड़ने की अनुमति नहीं देते हैं; अन्य में एंजाइम शामिल हैं जो जीनोम पर अंतरिक्ष के लिए Cas9 को विस्थापित करते हैं। बर्कले, यूसीएसएफ, हार्वर्ड, ब्रॉड और टोरंटो विश्वविद्यालय में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ता वर्तमान में कड़ी मेहनत कर रहे हैं कि कैसे इन प्राकृतिक "स्विच" को चालू किया जा सकता है जिन्हें प्रोग्राम किया जा सकता है।

चिकित्सा अनुप्रयोगों के अलावा, जीन ड्राइव के आगे विकास के लिए यह महत्वपूर्ण होगा - जीन संपादन तकनीक जो आबादी में वांछित संशोधन को जल्दी से फैला सकती है।

एक तरह से या किसी अन्य में विकास को आगे बढ़ाने की क्षमता कई समस्याओं से निपटने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन जाएगी - रोग से जलवायु परिवर्तन तक। इसे मलेरिया के मच्छरों के विनाश और अन्य हानिकारक प्रजातियों के विनाश के लिए एक उपकरण माना जाता है। लेकिन जारी किया गया, यह नियंत्रण से बाहर हो सकता है और संभवतः गंभीर परिणाम हो सकता है। अकेले इस वर्ष, डारपा ने सुरक्षित जीन ड्राइव की खोज के लिए $ 65 मिलियन का निवेश किया, जिसमें शामिल हैं "ब्रेकर" विरोधी कुरकुरा।

कई वर्षों की सफलता के बावजूद, वैज्ञानिकों को अभी भी इस बारे में ज्यादा समझ नहीं है कि डीएनए में गलतियां किसी व्यक्ति की बीमारी का कारण कैसे बन सकती हैं। वे जानते हैं कि सेलुलर "कार्रवाई के लिए दिशानिर्देश" में कौन से जीन शामिल हैं, लेकिन यह समझना मुश्किल है कि इन आदेशों को कहाँ वितरित किया जाता है और प्रक्रिया में उनका अनुवाद कैसे किया जाता है (गलत तरीके से)। यही कारण है कि हार्वर्ड और ब्रोड इंस्टीट्यूट में साथी क्रिस्प्रेंग फेंग झांग के नेतृत्व में समूह, कैस एंजाइमों के एक नए वर्ग के साथ काम कर रहे हैं जो डीएनए के बजाय आरएनए को लक्षित करते हैं।

क्योंकि वे निर्देश हैं कि कोशिका तंत्र प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग करते हैं, वे विशिष्ट रोगों के आनुवंशिक आधार के बारे में अधिक जानकारी रखते हैं। और जब से आरएनए आता है और चला जाता है, तब तक इसमें परिवर्तन करना तीव्र सूजन या घाव जैसी छोटी अवधि की समस्याओं के इलाज के लिए उपयोगी होगा। सिस्टम, जिसे वे मरम्मत कहते हैं (जो "आरएनए एडिटिंग फॉर प्रोग्रामेबल ए टू आई रिप्लेसमेंट" - "ए द्वारा आई के प्रोग्रामेबल रिप्लेसमेंट के लिए एडिटिंग") के लिए खड़ा है, अब तक केवल एक न्यूक्लियोटाइड परिवर्तित करने के लिए काम करता है। अगला चरण यह पता लगाना है कि शेष 11 संभावित संयोजनों को कैसे बनाया जाए।

वैज्ञानिक लगातार नए कैस एंजाइमों का पता लगा रहे हैं। ब्रोड्स्की इंस्टीट्यूट की टीमें cpf1 का वर्णन करने के लिए भी काम कर रही हैं, कैस का एक संस्करण जो डीएनए को काटते समय डीफॉस्फोराइलेटेड के बजाय चिपचिपा समाप्त होता है। फरवरी में, यूसी बर्कले की एक टीम ने CasY और CasX की खोज की, जो सबसे कॉम्पैक्ट क्रिस्प सिस्टम है। और शोधकर्ताओं को आने वाले महीनों और वर्षों में आने की उम्मीद है।

केवल समय ही बताएगा कि क्रिस्प्र-कैस 9 उनमें से सबसे अच्छा था, या केवल पहली पीढ़ी के वैज्ञानिकों के दिमाग पर कब्जा करने के लिए। "हम नहीं जानते कि विभिन्न अनुप्रयोगों में सबसे अच्छा क्या काम करेगा," मेगन होकेस्ट्रैसर कहती हैं, जिन्होंने क्रिस्पियन ओपनर लैब जेनिफर डुडना में पीएचडी उम्मीदवार बनाया और अब जेनोमिक्स इनोवेशन इंस्टीट्यूट में काम करती हैं। "तो फिलहाल, मुझे लगता है कि सभी को एक ही समय में इन सभी उपकरणों पर दांव लगाने की जरूरत है।"

जीन संपादकों की वर्तमान पीढ़ी को प्रयोगशाला से वास्तविक रोगियों, सब्जियों की लाइनों और बीमारियों को ले जाने वाले कीटों को स्थानांतरित करने में कई वर्षों का काम लगेगा।

यदि आनुवंशिक संपादन 3.0 उन्हें पहले अप्रचलित नहीं करता है।