Οι ιοί βακτηριοφάγων μολύνουν βακτηριακά κύτταρα, βακτηριακοί ιοί. από το www.shutterstock.com

Σήμερα, η επιστημονική κοινότητα είναι εντυπωσιακή με την προοπτική της δημιουργίας γονιδίων «Σχεδιαστής» ανθρώπων. Η επεξεργασία γονιδίων μπορεί να έχει μεγαλύτερη συνέπεια από την κλιματική αλλαγή ή ακόμα και τις συνέπειες της απελευθέρωσης της ενέργειας του ατόμου.

CRISPR είναι ένα αρκτικόλεξο για το Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Αυτό είναι το ανοσοποιητικό σύστημα που αναπτύχθηκαν τα βακτήρια για να προστατευθούν από μολύνσεις από βακτηριοφάγους - την πιο πλούσια μορφή ζωής στον πλανήτη.

Μικρότερο από οποιαδήποτε γνωστή μορφή ζωής

Βακτηριοφάγοι ανακαλύφθηκαν στο Παρίσι από Felix d'Hérelle κατά τη Ινστιτούτο Pasteur το 1917. Μελετούσε ένα υποσύνολο ασθενών που αναρρώνουν αυθόρμητα από δυσεντερία. Ο D'Hérelle πρότεινε ότι ένα αντιμικροβιακό μικρότερο από οποιαδήποτε γνωστή μορφή ζωής είχε σκοτώσει τα βακτήρια σε μολυσμένους ασθενείς. Έδειξε οριστικά την ύπαρξη αυτής της νέας μορφής ζωής και τους ονόμασε βακτηριοφάγους: ιούς που επιτίθενται στα βακτήρια.

Ο βακτηριοφάγος έχει μελετηθεί έντονα: η ομορφιά του αποκαλύφθηκε με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και το γονιδίωμά του ήταν η πρώτη μορφή ζωής με αλληλουχία.

Ανταπόκριση σε επίθεση βακτηριοφάγου

Το 2007, ο Rodolphe Barrangou και ο Philippe Horvath της εταιρείας παραγωγής τροφίμων Danisco συνεργάστηκαν με τον Sylvain Moineau του Πανεπιστημίου Laval για να λύσουν ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στην παραγωγή γιαουρτιού. Ρώτησαν: Γιατί τα βακτήρια που ήταν απαραίτητα για την παραγωγή γιαουρτιού και τυριού είναι επιρρεπή σε προσβολή βακτηριοφάγου και πώς θα μπορούσε να αποφευχθεί αυτό;

Barrangou, Horvath και Moineau έφτιαξαν το εκπληκτική ανακάλυψη ότι τα βακτήρια είχαν πραγματικά ένα ανοσοποιητικό σύστημα.

CRISPR: Αποκτημένα βακτηριακά ανοσοποιητικά συστήματα.

{youtube}yW0yA3qoH9A{/youtube}

Μετά από μια αρχική επίθεση βακτηριοφάγου, ένας μικρός αριθμός επιζώντων βακτηρίων θα αναγνώριζε το DNA των πρόσφατα επιτιθέμενων βακτηριοφάγων. Τα επιζώντα βακτήρια στη συνέχεια θα προκαλούσαν ανοσοαπόκριση που θα οδηγούσε στο θάνατο των βακτηριοφάγων. Τα βακτήρια που επέζησαν από μια επίθεση φάγου θα ενσωματώσουν ένα κομμάτι DNA βακτηριοφάγου εντός του βακτηριακού γονιδιώματός τους για να χρησιμεύσουν ως «μνήμη» της μόλυνσης.

Στόχος και διακοπή

Τότε ο Μπαράγκου, ο Χόρβαθ και ο Μουάουου ανακάλυψαν πώς εξαλείφθηκαν οι εισβολείς βακτηριοφάγοι. Με την αναγνώριση του πρόσφατα εισβαλλόμενου βακτηριοφάγου, τα βακτήρια θα στοχεύσουν και θα διακόψουν το DNA του εισβολέα βακτηριοφάγου.

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

{youtube}Bz0aN5qEkyw{/youtube}

Οι βιολόγοι Jennifer Doudna και Emmanuelle Charpentier ανακάλυψαν περαιτέρω ότι «καθοδηγούν» είχε εξελιχθεί στο βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα. Οποιοσδήποτε βακτηριοφάγος του οποίου το DNA αντιστοιχούσε στο αποκτημένο κομμάτι μνήμης από προηγούμενη λοίμωξη θα αναγνωριζόταν και θα αποκόπηκε από ένα «καθοδηγούμενο» μηχάνημα εξάλειψης. Μαζί, το βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα που περιλαμβάνει θραύσματα μνήμης του DNA του βακτηριοφάγου και τα μηχανήματα βακτηριακής απόκρισης είναι γνωστά ως σύστημα CRISPR-Cas9.

Εμπορική εκμετάλλευση της ανακάλυψης που ακολούθησε. Ο Doudna, ο Charpentier και άλλοι αναγνώρισαν ότι αυτό το νέο βιολογικό σύστημα θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την επεξεργασία γονιδίων σε οποιαδήποτε μορφή ζωής.

 Bozeman Science: Τι είναι το CRISPR;

{youtube}MnYppmstxIs{/youtube}

Το σύστημα CRISPR-Cas9 δεν είναι το πρώτο σύστημα επεξεργασίας γονιδίων που ανακαλύφθηκε. Ο αείμνηστος βιοχημικός Μάικλ Σμιθ, ενώ ήταν στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, βραβεύτηκε με Νόμπελ το 1993 για την ανακάλυψη ενός χημικού μέσου επεξεργασίας γονιδίων με εφαρμογές που σχετίζονται με τον καρκίνο και άλλες ασθένειες.

UBC Science: The Legacy of Dr. Michael Smith.

{youtube}khYP1dN5nRg{/youtube}

Βακτηριοφάγοι ως πιθανή λύση

Ο D'Hérelle παρατήρησε ότι ο ίδιος βακτηριοφάγος που απομονώθηκε από ασθενείς που αναρρώνουν από δυσεντερία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προστασία των κουνελιών από μια κατά τα άλλα θανατηφόρα λοίμωξη. Πριν από την ανακάλυψη των αντιβιοτικών, η ανακάλυψη του d'Hérelle ενέπνευσε Sinclair Lewis για να χαρακτηρίσει τη θεραπεία βακτηριοφάγου του ανθρώπου στο δικό του Βραβευμένο με βραβείο Pulitzer μυθιστόρημα Arrowsmith.

Ένα από μεγαλύτερες συλλογές βακτηριοφάγων είναι παγκοσμίως στο Πανεπιστήμιο Laval. Ο Sylvain Moineau είναι επιμελητής και η συλλογή πήρε το όνομά του από τον Felix d'Hérelle.

Η ελπίδα τώρα είναι ότι η θεραπεία με βακτηριοφάγο μπορεί να θεωρηθεί πιθανή λύση αντοχή στα αντιβιοτικά. Ωστόσο, οποιεσδήποτε προσδοκίες θεραπείας φάγου επισκιάζονται από την τρέχουσα εκμετάλλευση του εμπορικά οφέλη του συστήματος CRISPR-Cas9.

Σήμερα, η συνέπειες του ανοίγματος ενός κουτιού της Πανδώρας είναι πάνω μας. Η εφαρμογή του συστήματος CRISPR-Cas9 για τη δημιουργία ανθρώπων σχεδιαστών μέσω της γονιδιακής επεξεργασίας γονιδιακών γονιδίων των συλλεχθέντων ανθρώπινων αυγών θα δημιουργούσε μόνιμες αλλαγές που συνεχίζονται διαδοχικές γενιές και οι φόβοι για αυτές τις ενέργειες μπορεί να είναι συγκρίσιμοι με τους συνέπειες του πυρηνικού πολέμου και της κλιματικής αλλαγής.

Υπάρχουν όμως και άλλες πιθανές εφαρμογές του «μη βλαστικού» CRISPR-Cas9, όπως η γονιδιακή επεξεργασία της νόσου. Αυτό επιτεύχθηκε πρόσφατα με επιτυχία μυϊκή δυστροφία σε σκύλους. Σύμφωνα με τον μύθο του Pandora's Box, η απαισιοδοξία για την «γονιδιακή γραμμή» μπορεί να αντισταθμιστεί από την ελπίδα για μελλοντικό όφελος για την ανθρωπότητα.

{youtube}lXmHA-XySmk{/youtube}

Σχετικά με το Συγγραφέας

John Bergeron, Ομότιμος Robert Reford Καθηγητής και Καθηγητής Ιατρικής στο McGill, Πανεπιστήμιο McGill. Ο John Bergeron αναγνωρίζει με ευγνωμοσύνη την Kathleen Dickson ως συν-συγγραφέα.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon