Bakteriofagvirus som infekterar bakterieceller, bakterievirus. från www.shutterstock.com

Idag är det vetenskapliga samhället förskräckt med utsikterna att genredigering skapar "Designer" människor. Genredigering kan ha större konsekvens än klimatförändringen, eller ens konsekvenserna av att frigöra atomens energi.

Crispr är en akronym för Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats. Detta är immunsystemet som bakterier utvecklades för att skydda sig mot infektioner av bakteriofager - den mest rikliga livsformen på planeten.

Mindre än något känt livsform

Bakteriofager upptäcktes i Paris av Felix d'Hérelle vid Pasteur-institutet i 1917. Han studerade en delmängd av patienter som spontant återhämtade sig från dysenteri. D'Hérelle föreslog att en antimikrobi mindre än vilken som helst känd livsform dödade bakterierna hos infekterade patienter. Han påvisade slutgiltigt förekomsten av denna nya livsform och namngav dem bakteriofager: virus som attackerar bakterier.

Bakteriofagen har studerats intensivt: dess skönhet avslöjades med elektronmikroskopet och dess genom var den första livsformen sekvenserad.

Att reagera på en bakteriofagattack

I 2007 samarbetade Rodolphe Barrangou och Philippe Horvath från livsmedelsproduktionen företaget Danisco med Sylvain Moineau av Laval University för att lösa ett långvarigt problem i yoghurtproduktionen. De frågade: Varför var bakterier som var nödvändiga för framställning av yoghurt och ost som var mottagliga för bakteriofagattacker, och hur kunde detta förhindras?

Barrangou, Horvath och Moineau gjorde förvånande upptäckt att bakterierna faktiskt hade ett immunsystem.

CRISPR: Förvärvade bakteriella immunsystem.

{youtube}yW0yA3qoH9A{/youtube}

Efter en initial bakteriofagattack skulle ett litet antal överlevande bakterier känna igen DNA hos de nyligen angripna bakteriofagen. De överlevande bakterierna skulle sedan montera ett immunsvar som leder till bakteriofagernas död. De bakterier som överlevde en fagattack skulle bädda in ett fragment av bakteriofag-DNA inom sitt bakteriegenom för att fungera som ett "minne" av infektionen.

Mål och avbryt

Barrangou, Horvath och Moineau då upptäckt hur de invaderande bakteriofagen eliminerades. Vid erkännande av den nyligen invaderande bakteriofagen skulle bakterierna rikta och avskilja DNA från den invaderande bakteriofagen.

Fond de recherche de Québec: CRISPR-Cas9: L'origine de la decouverte | Sylvain Moineau.

{youtube}Bz0aN5qEkyw{/youtube}

Biologer Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier upptäckte vidare att "guider" hade utvecklats i det bakteriella immunsystemet. Vilket bakteriofag vars DNA motsvarade det förvärvade minnesfragmentet från en tidigare infektion skulle igenkännas och avskiljas av en "styrd" elimineringsmaskin. Tillsammans är bakterieimmunsystemet som omfattar minnesfragment av bakteriofag-DNA och bakterie-responsmaskinen kända som CRISPR-Cas9-systemet.

Kommersiellt utnyttjande av upptäckten följde. Doudna, Charpentier och andra erkände att detta nya biologiska system skulle kunna utnyttjas för att redigera gener i vilken som helst livsform.

 Bozeman Science: Vad är CRISPR?

{youtube}MnYppmstxIs{/youtube}

CRISPR-Cas9-systemet är inte det första genredigeringssystemet som ska upptäckas. Den sena biokemisten Michael Smith, vid University of British Columbia, tilldelades en Nobelpris i 1993 för upptäckten av ett kemiskt medel för genredigering med applikationer som är relevanta för cancer och andra sjukdomar.

UBC Science: Legenden av Dr. Michael Smith.

{youtube}khYP1dN5nRg{/youtube}

Bakteriofager som en potentiell lösning

D'Hérelle observerade att samma bakteriofag isolerad från patienter som återhämtade sig från dysenteri skulle kunna användas för att skydda kaniner från en annars dödlig infektion. Kommer före upptäckten av antibiotika, inspirerade d'Hérelles upptäckt Sinclair Lewis att innehålla bakteriofagbehandling av människor i hans Pulitzer-prisvinnande roman Arrowsmith.

En av största samlingar av bakteriofager globalt är vid Laval University. Sylvain Moineau är kurator, och samlingen är uppkallad efter Felix d'Hérelle.

Förhoppningen är nu att bakteriofagterapi kan betraktas som en potentiell lösning på antibiotikaresistens. Emellertid förväntas alla förväntningar på fagterapi genom det aktuella utnyttjandet av kommersiella fördelar av CRISPR-Cas9-systemet.

Idag Konsekvenserna att öppna en Pandoras lådan är över oss. Applikationen av CRISPR-Cas9-systemet för att generera designmänniskor genom "germ-line" -generering av skördade mänskliga ägg skulle skapa permanenta förändringar som fortsätter genom successiva generationer och rädslan över dessa åtgärder kan vara jämförbar med konsekvenserna av kärnvapenskyddet och klimatförändringen.

Men det finns andra potentiella tillämpningar av "non-germline" CRISPR-Cas9, som genredigeringen av sjukdom. Detta har nyligen genomförts framgångsrikt för muskeldystrofi hos hundar. Akin till myten av Pandoras lådan, kan pessimismen om "germ-line" genredigering kompenseras av hoppet om framtida fördel för mänskligheten.

{youtube}lXmHA-XySmk{/youtube}

Om författaren

John Bergeron, emeritus Robert Reford professor och professor i medicin vid McGill, McGill University. John Bergeron erkänner tacksamt Kathleen Dickson som medförfattare.

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon