Генетична інженерія. CRISPR

Уявіть, що у 80-х роках вам сказали, що комп'ютери незабаром застосовуватимуться всюди: від покупок та побачень до фондового ринку.
Що мільярди людей будуть у чомусь на зразок мережі.
Що матимеш прилад завбільшки з долоню, більш потужний ніж суперкомп'ютер.
Це здавалося б нісенітницею, але все це справдилося.
Наукова фантастика стала реальністю, так що ми навіть не усвідомлюємо цього.
Наразі ми маємо такий самий стан в генній інженерії.
Тож давайте поговоримо про це.
Звідки вона взялася?
Що відбувається в ній зараз?
Та про нещодавні відкриття, що змінять наше життя і наше чуття норми назавжди.
1. Модифікація генів.
Люди модифікували життя тисячоріччями.
За допомогою штучного добору ми покращували корисні риси як рослин так і тварин.
Ми вдосконалювалися в цьому, але ніколи насправді не розуміли як це працює.
Поки ми не відкрили код життя: дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК, DNA), складну молекулу, що є путівником становлення та розвитку організмів, а також відтворення всього живого.
Інформацію закодовано в структурі молекули.
Чотири нуклеотиди у парах несуть код інструкцій.
Зміни інструкції - зміниш організм.
Як тільки ДНК було відкрито, люди почали цікаві досліди.
В 60-х науковці бомбардували рослини радіацією, аби створити випадкові зміни в генетичному коді.
Мета була спробувати випадково отримати корисні різновиди рослин.
До речі, іноді це навіть працювало!
В 70-х науковці заносили шматки ДНК в бактерії, рослини та тварин, аби дослідити та змінити їх для дослідів, медицини, рослинництва та на потіху.
Перша генномодифікована миша народилася в 1974.
Миші стали стандартною піддослідною твариною, що зберегло мільйони життів.
У 80-х генетика стала комерційною.
Перший патент було видано на мікроба, що був створений для всмоктування нафти.
Сьогодні виробляється маса хімікатів за допомогою штучно модифікованого життя, таких як згортувачі крові, гормони зросту та інсулін; до того всі ці речі збиралися з органів тварин.
Перша генномодифікована їжа з'явилася в продажу в 1994: трансгенний помідор, що має підвищений термін придатності завдяки додатковому гену, котрий пригнічує створення ензиму гниття.
Але ҐМО та протиріччя довколо нього заслуговує ретельнішої уваги та окремого відео.
В 90-х був невеличкий вступ до генної інженерії людини.
Було зцілено материнську безплідність штучним створенням людського плода, що ніс генетичну інформацію трьох людей, отримуючи першу людину, що має трьох генетичних батьків.
Сьогодні існують надм'язисті свині, сьомга, що швидко плодиться, безпір'ясті курчата та прозорі жаби.
На потіху ми можемо створити організми, що сяють у темряві.
Рибки-зебри, що сяють, доступні менше ніж за 10 баксів.
Все це вже вражало, хоча донедавна генна модифікація була дуже дорогою, складною та тривалою.
Але сьогодні з революційною технологією ми входимо в нову еру!
CRISPR (читається "криспер").
За одну ніч, вартість генної модифікації впала в 100 разів.
Замість року, це займе тепер кілька тижнів для завершення дослідів і власне будь-хто з лабораторією здатен це зробити.
Важко передати наскільки революційним є цей прорив з "криспером".
Він відкриває шлях до зміни людства назавжди!
Чому ця стрімка революція сталася і як криспер працює?
2. Найдавніша війна на Землі.
Бактерії та віруси воювали один з одним ще на зорі життя.
Так звані бакстеріофаґи (або просто фаґи) полювали на бактерій.
В океані фаґи вбивають 40% усіх бактерії щодня.
Фаґи це роблять за допомогою вбудовування власного генного коду в бактерію-жертву, та захоплює її, щоб використати її як фабрику.
Бактерія намагається чинити опір, але здебільшого не може, оскільки знаряддя захисту заслабкі.
Але іноді бактерія виживає.
Тільки якщо вони виживуть, активується їхня найефективніша антивірусна система.
Вони зберігають частину вірусного ДНК у власному генному коді - архів ДНК, під назвою "криспер".
Там він надійно зберігається поки не знадобиться знову.
Коли вірус атакує знову, бактерія швидко робить копію РНК з архіву ДНК та дістає свою секретну зброю - протеїн що зветься Кас9 (Cas9).
Протеїн сканує нутро бактерії щодо наявності вірусу, порівнюючи кожен знайдений нуклеотид ДНК з примірником з архіву.
Коли Cas9 знаходить 100% збіг, він активується і відрізає вірусний ДНК, нейтралізуючи його, тим самим захищає бактерію від вірусної атаки.
Цей Cas9 дуже точний наче ДНК-хірург.
Революція почалася, коли науковці збагнули, що криспер програмується.
Треба просто дати фрагмент ДНК, котрий треба змінити, та вживити в клітину.
Стара система генної модифікації була наче карта, криспер - неначе GPS-навігація.
Окрім того, що криспер точний, дешевий та простий, криспер надає можливість відредагувати живу клітину, змінивши гени, щоб досліджувати фрагменти ДНК.
Метод працює для всіх видів клітин: мікроорганізмів, рослин, тварин та людей.
Але незважаючи на революційність крисперу в науці, це все ще перша версія інструменту.
Більш точні засоби розробляються та використовуються прямо зараз.
3. Кінець хворобам?
В 2015 науковці за допомогою крисперу відділили ВІЛ від живих клітин пацієнтів в лабораторії, доводячи що це принципово можливо.
Тільки за рік вони розпочали значно масштабніший проект зі щурами, котрі мали ВІЛ власне в кожній клітині свого тіла.
Просто вколовши криспер в щурячий хвіст, вони спромоглися знищити понад половину всіх вірусів з клітин тіла.
За кілька десятиріч, криспер можливо буде здатний лікувати ВІЛ та інші ретровірусні хвороби.
Віруси, що приховуються в людському ДНК, такі як герпес, можуть бути знищені так само.
Криспер може знищити одного з найзапекліших наших ворогів: РАК!
Рак виникає, коли клітина відмовляється вмирати та продовжує ділитися, приховуючи себе від імунної системи.
Криспер надає нам засіб редагування наших імунних клітин, та вдосконалення здатності боротися з раком.
Боротьба з раком може невдовзі звестися до кількох уколів кількох тисяч ваших власних клітин, що були вдосконалені в лабораторії, щоб лікувати вас краще.
Перший клінічний дослід лікування раку людини криспером було схвалено на початку 2016 в США.
Менш ніж за місяць, китайські науковці анонсували намір лікувати рак легенів за допомогою імунних клітин, модифікованих криспером в серпні 2016.
Події хутко прискорюються.
А потім існують генетичні захворювання: їх тисячі і вони бувають від просто дратливих до таких, що наражають на довічні страждання.
З таким потужним засобом як криспер, ми можемо покласти їм край.
Понад 3000 захворювань спричинені однією помилковою літерою в ДНК.
Ми вже будуємо модифіковану версію Кас9 задля зміни однієї літери, що виправить хворобу клітини.
Через десять-двадцять років ми могли б вилікувати тисячі хвороб назавжди.
Але всіх ці застосунки крисперу мають одну спільну рису: вони поширюється на одну особу і вмирають з ним, аж поки не застосовуються на репродуктивні клітини або на ембріон ранніх стадій.
Але криспер може та напевно буде використано задля значно більшого: модифікації людей, дизайн немовлят та зрештою це означає поступові, але незворотні зміни гена людини.
4. Штучні діти.
Вже сьогодні існують засоби зміни геному людського ембріона за допомогою технологій, що допоки на ранніх стадіях розвитку.
Але вже було принаймні дві спроби: в 2015 та 2016 роках китайські вчені експериментували з ембріонами та мали частковий успіх з другої спроби.
Вони показали численні труднощі, які стоять перед нами до зміни генів ембріонів, але вчені над ними працюють також.
Це наче ком'ютер 70-х років: просто з'являться кращі комп'ютери.
Незалежно від вашого відношення до генетики вона торкнеться і вас.
Модифіковані люди можуть змінити шени всього людського роду, адже їхні модифіковані риси будуть передаватися нащадкам і поширюватися з поколіннями, повільно змінюючи генофонд людства.
Це почнеться повільно: перші штучні немовлята будуть цілком штучними, ймовірніше їх створять задля
знищення смертельних родових генетичних захворювань.
З розвитком та вдосконаленням технології все більше людей можуть наполягати, що невикористання ггенної модифікації неетично, оскільки засуджує дітей на необов'язкове страждання, та смерть, та відмову їм у лікуванні.
Але щойно перша штучна дитина народиться, відкриються двері, котрі вже не зачинити.
Спочатку поодинокі спроби звичайно будуть, але коли ггенна модифікація стане більш соціально прийнятною та наші знання генетичного коду розширюватимуться, спокуса зростатиме.
Якщо можна зробити свою дитину стійкою до хвороби Альцгеймера, чом би не надати їй поліпшений метаболізм?
Чом би не зробити її зір досконалим?
Як щодо висоти та м'язів?
Пишне волосся?
А може надати вашій дитині дар неймовірного розуму?
Великі зміни робляться як наслідок особистих рішень мільйонів людей, що накопичуються.
Це слизька поверхня.
Модифіковані люди могли б стати новим стандартом, але якщо ггенна модифікація стає нормою та наші знання набувають, ми могли б розв'язати найбільший смертельний ризиковий фактор: старіння.
100000 зі 150000 людей, що помруть сьогодні, помруть через старчі хвороби.
Наразі ми гадаємо, що старіння спричиняється накопиченням нанесеної шкоди, таким як спотворення ДНК та системи життєзабезпечення, що з часом зношується.
Але існують ще й гени старіння.
Комбінація ггенної інженерії та інших лікувальних підходів можуть зупинити, або уповільнити старіння, а може навіть повернути молодість.
Ми знаємо, в природі є тварини, імунні до старіння.
Можливо ми могли б запозичити кілька генів для нас.
Деякі вченні навіть вважають, що біологічне старіння може невдовзі бути здоланим.
Ми все одно рано чи пізно вмиратимемо, але замість перебування в лікарнях у свої 90, ми могли б прожити кілька тисячоріч зі своїми близькими.
Дослідження старості все ще у початковій стадії, та багато вчених дійсно мають сумніви щодо здолання старіння.
Труднощі величезні і ймовірно це зрештою неможливо.
Але є підстави вважати, що нинішнє покоління може стати першим, що матиме вигоду від лікування проти старості.
Все що потрібно - аби якийсь розумний мільярдер переконався, що це наступна проблема, яку він здатен вирішити.
А взагалі ми дійсно могли б розв'язати багато проблем, змінюючи населення.
Гени може бути змінено для перетравлювання висококалорійних продуктів, для зведення нанівець багатьох суспільних проблем, таких як ожиріння.
Маючи в модифікованій імунній системі бібліотеку потенційних загроз, ми можемо бути стійкими проти більшості хвороб, що загрожують нам сьогодні.
Пізніше ми могли б створювати спеціальних людей, більш пристосованих для тривалих космічних польотів на інші планети, що могло б сильно допомогти в життєзабезпечені нас в нашому ворожому всесвіті.
5. Несуттєві недоліки.
Кілька важких перешкод чекають на нас.
Деякі технологічні, деякі етичні.
Багатьом з нас незручно - ми боїмося, що ми створимо світ, де від недосконалих відмовляються, та йде відбір в залежності від рис та якостей, що базується на нашій ідеї, що здорово, а що ні.
Справа в тому, що ми це вже робимо!
Тест на багато генетичних хвороб та відхилень став стандартом для вагітних в більшій частині світу.
Часто, занадто підозріла генетична вада може стати підставою аборту.
Візьмемо наприклад Синдром Дауна: найпоширеніший генетичний дефект.
В Європі 92% всіх вагітностей з виявленим Синдромом Дауна переривається.
Рішення щодо аборту дуже дуже особисте, але важливо збагнути реальність - ми проводимо відбір людей
відповідно до медичних висновків.
Нема сенсу вважати, що це зміниться, тож ми маємо діяти акуратно та обачно з розвитком технології, та ми можемо робити все більше й більше відбору.
Але нічого з цього не станеться скоро: яким би могутнім не був криспер, він все ще не досліджений.
Неправильне редагування все ще трапляється так само як і невідомі помилки, що можуть мати місце будь-де в ДНК та залишаться непоміченими.
Генна модифікація може досягти результату, нівелюючи захворювання, але може випадково спровокувати небажані зміни.
Наших знань про складні залежності генів просто ще не достатньо для уникнення непрогнозованих наслідків.
Праця над точністю та ретельне спостереження є головною метою, щойно почнуться досліди над людьми.
Та хоча ми обговорювали можливі позитивні майбутні ефекти, існують і темні провидіння.
Уявіть, що може зробити така держава як КНДР, якщо вона заволодіє ггенною модифікацією.
Чи може вона зміцнити свій режим навіки, впровадивши ггенну модифікацію на підлеглих?
Що тоді зупинить тоталітаризм від створення армії штучних супервояків?
Це можливо в теорії.
Такі сценарії мають місце у вельмидалекому майбутньому, якщо взагалі це стане можливо.
Але підстава для подібної ггенної модифікації існує вже сьогодні.
Технологія дійсно дуже могутня.
Це може стати причиною спокуси заборонити ггенну модифікацію та подібні досліди, і це напевно було б помилкою.
Заборона ггенної модифікації людини просто перенесе цю науку до середи, де правила будуть для нас неприйнятні.
Тільки приймаючи участь, ми можемо пересвідчитися, що майбутні досліди проводитимуться з обережністю, розсудливістю, обачністю та прозорістю.
6. Висновки
Вам стало зручніше?
Більшість з нас відчуває - щось тут не так.
В тому майбутньому чи дозволили б нам взагалі існувати?
Ця технологія звичайно моторошна, але ми можемо отримати величезний зиск, до того ж генетика може
опинитися просто ще одним кроком природної еволюції розумних істот.
Ми можемо зупинити хворобу, ми могли б збільшити тривалість життя на віки і подорожувати до зірок.
В цій темі треба утриматися від дріб'язкових думок.
Яку б ви думку не мали стосовно генетики, майбутнє все одно прийде.
Те, що зараз здається скаженою фантастикою, незабаром стане нашою новою реальністю, реальністю повною можливостей та перешкод.

Субтитри від спільноти Amara.org