4 Wild Ways Forskere anvender CRISPR

Der har været meget buzz om myg; specifikt den gensplejsede sort. I sommeren 2021 var et hold videnskabsmænd fra University of California, Santa Barbara og University of Washington banebrydende for en metode til at rode med myggesyn, hvilket gjorde det meget svært for dem at finde menneskelige mål.

Hvordan opnåede de sådan en bedrift? Brug af et genteknologisk værktøj kendt som CRISPR.

"CRISPR var oprindeligt en måde, som bakterier udviklede til at bekæmpe vira," sagde Raphael Ferreira, en genomikingeniør ved Harvard Medical School, da vi talte med ham i 2021. Ofte sammenlignet med en "molekylær saks" bruger CRISPR specialiserede proteiner kaldet Cas — en forkortelse for CRISPR-associerede enzymer at skære strenge af DNA eller RNA på et præcist, forudprogrammeret sted. Derefter kan systemet indsætte eller fjerne det ønskede gen på det sted, og viola :genredigeret organisme.

CRISPR åbner op for en verden af ​​muligheder, herunder mange - såsom blændende myg - inden for menneskers sundhed. Men det er ikke alt, den bliver brugt til. "Vi har så mange varianter af den teknologi, det har givet os mulighed for at udføre enhver form for genteknologi, som er muligt," sagde Ferreira.

Her er nogle af de vildeste måder, videnskabsmænd anvender CRISPR på i (og potentielt udenfor) laboratoriet.

1. Dyrkning af krydrede tomater og koffeinfri kaffebønner
2. Fremstilling af vin uden tømmermænd
3. All Bull, No Fight
4. Genoplivning af forsvundne arter

1. Dyrkning af krydrede tomater og koffeinfri kaffebønner

Forestil dig at bide i en vin-modnet tomat. Hvilke smage kommer til at tænke på? Sød? Syrlig, måske lidt krydret? Hvad med krydret?

Takket være et internationalt team af genetikere kan det være den ydmyge tomats fremtidige smagsprofil. Forskere i Brasilien og Irland har foreslået CRISPR et middel til at aktivere sovende capsaicinoide gener i tomatplanter, den samme genetiske sekvens, der giver chili deres kick. Ud over at skabe den perfekte bloody Mary lover planterne et økonomisk alternativ til traditionelle peberfrugter, som er notorisk vanskelige at dyrke.

CRISPR kan også give et boost til din daglige morgenmadsrutine - eller tage boostet væk. Det britiske firma Tropic Biosciences er i øjeblikket ved at udvikle en kaffebønne, der er udviklet til at dyrke koffeinfri. Det er en stor sag, for nutidens kaffebønner skal være kemisk koffeinfri, normalt ved at lægge dem i blød i ethylacetat eller methylenchlorid (også en ingrediens i malingsfjerner). Dette barske kemiske bad fjerner både bønnernes koffein og meget af deres smag. CRISPR-kaffe lover en kop Joe uden nervøsitet, med al den ristede godhed fra fuld café.

2. Fremstilling af vin uden tømmermænd

Hvis du nogensinde har ønsket dig, at du kunne få en aften i byen uden at lide af tømmermænd næste morgen, er du måske heldig. Et team af videnskabsmænd ved University of Illinois har brugt deres genetiske saks til at øge de sundhedsmæssige fordele ved en gærstamme, der bruges til at gære vin - og de har fjernet generne, der er ansvarlige for hovedpine næste dag.

Saccharomyces cerevisiae , den pågældende gær er en polyploid organisme, hvilket betyder, at den har mange kopier af hvert gen (i modsætning til de sædvanlige to). Denne funktion gør gæren både meget tilpasningsdygtig og ekstremt vanskelig at gensplejse ved hjælp af ældre metoder, som kun kunne målrette mod én kopi af et gen ad gangen.

Men CRISPR giver geningeniører mulighed for at skære på tværs af hver enkelt version af et gen på én gang. Sammenlignet med ældre teknologier er "kompleksiteten af, hvad du kan gøre med CRISPR, langt ud over," siger Ferreira, "Det handler om effektivitet."

Ved at bruge det var Illinois-teamet i stand til at øge mængden af ​​hjertesund resveratrol i deres vin, mens de efterlod tømmermændene på skærestuens gulv.

3. Alle Tyr, Ingen Kamp

Når det kommer til kvægavl, er horn normalt et no-go. På en fuldvoksen tyr udgør de fare for landmanden, det andet kvæg og af og til for dyret selv.

Traditionelt afhornes kvægopdrættet ved at udslette de hornproducerende celler på dyrets pande, placeret på to knoglefremspring kaldet hornknopper. Knopperne ødelægges af en af ​​flere forskellige smertefulde midler:med gode gammeldags knive, eller ved at påføre varme strygejern, elektricitet eller ætsende stoffer som natriumhydroxid. Disse fremgangsmåder kan nogle gange føre til ansigtsvansiring eller øjenskade. Men CRISPR tilbyder måske bare et mere etisk alternativ.

Ved hjælp af CRISPR har forskere konstrueret et gen for hornløshed hos kvæg, hvilket effektivt eliminerer behovet for hornfjernelsesprocedurer hos disse dyr. Endnu mere interessant er det, at nogle af disse genredigerede tyre har været i stand til at give egenskaben videre til deres afkom - hvilket er afgørende for at holde egenskaben i populationscirkulation. I videnskabelige kredse er dette blevet set som en potentielt enorm succeshistorie:så meget, at genetiker Alison L. Van Eenennaam fra University of California, Davis skrev et essay i Nature om det, og kaldte hornfjernelse for "en dyrevelfærdsmæssig bekymring af høj kvalitet" prioritet" og går ind for fortsat forskning.

Historisk set har den brede offentlighed haft mindre entusiasme for gen-tweakede afgrøder og husdyr, selvom nyere forskning tyder på, at disse holdninger kan ændre sig. Men hvad hvis CRISPR blev brugt til noget lidt mindre "Charlotte's Web" og lidt mere "Jurassic Park"?

4. Genoplive fortabte arter

Måske den mest fjerntliggende anvendelse af CRISPR i øjeblikket er dets potentiale til at bringe hele arter tilbage fra de døde. Og lige nu tales der seriøst om at genoplive én bestemt art:passagerduen.

Passagerduer plejede at strejfe rundt i skovene i Nordamerika i flere hundrede millioner stærke flokke, der formørkede himlen og tordnede gennem undergrunden i det, som naturbevarende Aldo Leopold beskrev som "en fjerklædt storm." Det begyndte dog at ændre sig i det 18. og 19. århundrede, da europæiske kolonister strålede ud over kontinentet.

Ud over at være allestedsnærværende, havde passagerduer den uheldige kvalitet at være lækre. De blev jaget i massevis af sultne euroamerikanere, både til mad og sport. Dette ville sandsynligvis ikke have været så ødelæggende for fuglenes samlede bestand, bortset fra at mennesker samtidig ødelagde meget af deres redepladser. Denne brutale kombination drev arten i stejl tilbagegang i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Den sidst kendte passagerdue, en fugl ved navn Martha, døde i fangenskab i 1914.

Nu ser forskere på CRISPR som en måde at bringe disse ikoniske fugle tilbage. Den californiske biotekorganisation Revive &Restore har et dedikeret Passenger Pigeon Project, som har til formål at genetablere arten ved at modificere genomet af den nært beslægtede båndhaledue. Hvis det lykkes, siger gruppen, kunne de bruge denne tilgang til at genoplive alle slags uddøde eller kritisk truede skabninger, fra den sortfodede ilder til den uldne mammut. Om de bør eller ej er selvfølgelig stadig et spørgsmål om debat, men der er ingen tvivl om, at CRISPR har gjort science fiction-stoffet muligt.

I 2020 blev Emmanuelle Charpentier og Jennifer Doudna tildelt Nobelprisen i kemi for banebrydende CRISPR-teknologi, hvilket gør dem til den sjette og syvende kvinde, der nogensinde har modtaget prisen.