아무도 제니퍼 Doudna에게 CRISPR의 힘에 대해 상기시켜 줄 필요는 없습니다. CRISPR은“우리 자신을 포함한 모든 유기체의 진화를 궁극적으로 통제 할 수있는 방법을 제공합니다. 그것은 심오한 것입니다. 인간은 이제 우리 자신의 유전자 규범에 대해 충분히 배웠을 것입니다.”라고 그녀는 말했습니다. "생각하는 것은 미친 짓입니다."
그렇기 때문에 지난 11 월 중국 심천에있는 남부 과학 기술 대학의 과학자 지안 쿠이 (Jiankui)가 CRISPR을 사용하여 쌍둥이 베이비 걸스의 DNA를 바꾸어 유전자 엔지니어들이 수십 년 동안 존중했고 2015 년에 재확인 한 선을 건너 었다는 보고서가 나타 났을 때, Doudna는 빠르게 발언했다. 그녀는 자신을“끔찍하고 기절”이라고 언론에 묘사하면서, 아이들이 실험적으로 수정 해야하는 의학적 필요가 없다는 점을 감안할 때 자신의 행동을 위험하고 조기 및 불필요한 것으로 비판했다. 그녀는 국제 과학계가 인간의 허용 게놈 편집에 대한 더 나은 지침을 개발하도록 권장했습니다.
CRISPR 기술은 과학자들이 인간을 포함한 모든 종에서 DNA 시퀀스를 자르고 편집 할 수 있기 때문에 게놈 편집을 유혹적으로 간단하게 만듭니다. 그것은 많은 박테리아가 바이러스를 막는 오랜 방어 메커니즘에서 영감을 얻었습니다. 바이러스 DNA 조각을 자신의 게놈에 특수 구조물에 삽입함으로써 (“Crispr의 이름을 부여하는 클러스터링 된 짧은 팔린 드롬 반복”, 박테리아는 딸 세포에 유사한 유사한 침습을 인식하고 미래의 침습을 신속하게 인식 할 수있는 방법을 제공합니다. 베를린에서 Max Planck Infection Biology의 Doudna와 Emmanuelle Charpentier는 2012 년에 박테리아 시스템이 편집 도구로 적응할 수 있다고 보여주었습니다. (Broad Institute의 Feng Zhang과 Vilnius University의 Virginijus Šikšnys를 포함한 몇몇 다른 과학자들은 CRISPR의 개발에 기여한 것으로 인정 받고 있으며, 여러 특허 소송이 지적 재산의 소유권을 둘러싸고 있습니다.)
.그러나 Doudna는 세대를 위해 전달 될 수있는 변화를 고려할 때주의를 기울여야한다고 주장하지만, 그녀는 의료 및 생명 공학 응용 프로그램뿐만 아니라 기본 연구에서 CRISPR의 잠재력에 대한 강력한 옹호자로 남아 있습니다. “일이 어떻게 작동하는지 이해하면 더 효과적으로 적용 할 수 있다고 생각합니다. 그리고 일단 당신이 그것들을 적용하면, 당신은 그 시스템의 기본 생물학에 대해 이해하지 못하는 것들을 항상 밝혀냅니다.”라고 Doudna는 말했습니다. "나는 그런 종류의 상호 작용을 좋아합니다."
Quanta Magazine 버클리 캘리포니아 대학교의 화학 및 분자 및 세포 생물학 교수 인 Doudna와 함께 CRISPR이 기본 생물학 연구를 발전시키는 방법에 대해 논의했습니다. 해당 인터뷰와 후속 교환은 명확성을 위해 압축되고 편집되었습니다.
CRISPR이 대중에서 논의 될 때, 종종 질병을 치료하고 치료하는 데 어떻게 사용되는지와 관련이 있습니다. CRISPR은 어떻게 기본 생물학 연구를 가지고 있다고 생각하십니까?
과거에는 불가능했던 사람들이 지금하고있는 창의적인 일들을 설명하기 때문에 재미 있다고 생각하는 두 가지 예를 들려 드리겠습니다. 그들 중 하나는 이중주의의 기원을 조사하는 프로젝트입니다. 이 프로젝트는 두 가지 유형의 설치류의 유전학을 비교하는 것이 포함됩니다. 표준 4 배의 마우스와 뒷다리를 뛸 수있는 예르 보아 (jerboa)라는 설치류를 비교합니다.
이중 설치류에서 유전자를 다른 설치류에 넣기 시작하면 어떻게됩니까? 결국 이중 현장 마우스를 만들 수 있습니까? 이것은 Crispr에서 가능한 프로젝트의 종류입니다.
다른 CRISPR 실험은 네안데르탈 인 게놈의 내용을 탐구합니다. 우리 중 많은 사람들이 이제 우리 배경에 네안데르탈 인 DNA가 약간 있다는 것을 알고 있지만, 현대 인간과 네안데르탈 인의 실제 차이점은 무엇입니까? 네안데르탈 인은 왜 멸종되었고, 우리 자신의 진화에 대해 우리에게 무엇을 말할 수 있습니까?
어떻게 그것을 탐색합니까?
현재 진행중인 실험은 네안데르탈 인 게놈에서 유전자를 가져 와서 실험실에서 뇌 오가 노이드 형태로 배양 된 인간 세포에 넣는 것입니다. 오가 노이드는 실험실 접시에서 장기 구조를 형성하는 조직의 공입니다. 나는 그들이 작은 두뇌와 같다고 말하고 싶지 않지만,이 오가 노이드에는 뇌에서 발견되는 뉴런의 수집 특성이 있습니다.
문제는 네안데르탈 인 특정 유전자를 이러한 인간 뇌 오가 노이드에 소개하기 시작하면 어떻게됩니까? 우리는 그 세포와 조직의 공에서 어떤 종류의 변화를 보입니까? 우리는 네안데르탈 인의 신경 발달 유전학에 대해 인간에게서 일어나는 일과 다른 것을 배울 수 있습니까?
이 연구의 초기 시절이고 오가 노이드는 뇌와 같은 것이 아니므로 데이터의 의미에 대한 해석이 필요하지만 이전에는 할 수 없었던 실험의 종류라고 생각합니다.
.왜 그렇지 않습니까?
대부분의 경우, 우리는 게놈의 변화를 정확하게 도입 할 방법이 없었습니다. 유전자 요법이 원래 수행 한 방식은 인간 DNA에 통합되는 바이러스를 사용하는 것이었지만 바이러스는 가고 싶은 곳을 통합합니다. 반드시 DNA를 변화시키고 싶은 곳은 아닙니다.
유전자 편집을위한 초기 기술도 많은 환경에서 사용하기가 매우 어려웠습니다. 그들은 게놈으로 원하는 각각의 원하는 변화에 대해 특정 단백질을 공학하는 것처럼 많은 레그 워크가 필요했습니다. 확실히, 그 기술은 한 번에 하나 이상의 변화를 만드는 것이 어려웠습니다. CRISPR을 사용하면 실험자는 한 번의 게놈에서 여러 유전자를 변화시킬 수 있습니다.
CRISPR의 의료 응용 분야가 기초 과학을 알릴 수 있다고 생각하십니까?
확실히. CRISPR 기술은 나와 같은 사람들을 포함한 모든 종류의 과학자들에 의해 널리 채택되었습니다. 나는 CRISPR이 오기 전에 게놈 편집으로 아무것도하지 않았다.
실험실에서 우리는 지난 몇 년 동안 퇴행성 신경계 질환 인 헌팅턴 코레아 (Huntington 's Chorea)에 대한 프로젝트를 진행했습니다. 질병을 일으키는 돌연변이는 단일 코돈 (DNA의 3 개의 염기 쌍)으로 여러 번 반복됩니다. 코돈이 너무 많이 반복되면이 질병을 유발하는 결함이있는 단백질로 이어집니다. 그것은 오랫동안 알려져 있었지만 도전은 어떻게 고치는가?
우리는 CRISPR을 마우스 뉴런 세포로 전달하여 필요한 편집을하기 위해 노력하고 있습니다. 그러나 그 작업 라인에서 나오는 호기심 많은 것들 중 하나는 우리가 마우스 뇌의 뉴런 세포만이 천체 세포라고 불리는지지 신사 세포가 아니라 편집되고 있다는 것을 발견했습니다.
이 세포는 훨씬 작기 때문에 CRISPR 단백질을 효율적으로 섭취하기에 충분한 표면적이 없을 수도 있습니다. 아니면 다른 세포와 같은 방식으로 DNA 절단 및 편집에 응답하지 않을 수도 있습니다.
따라서 뇌의 모든 세포가 CRISPR 처리에 같은 방식으로 반응하는 것은 아닙니다.
.우리는 또한 CRISPR 분자를 마우스 뇌의 한 곳에 주입 할 때 주사 부위에서 공정한 거리 인 세포도 편집된다는 것을 발견했습니다. 그것은 뇌를 통해 바늘이 어디로 들어가는 지 바로 옆에 있지 않은 영역으로 뇌를 통해 분자를 트래 피킹하는 방법이 있음을 시사하기 때문에 놀랍습니다.
.뇌의 분자 트래 피킹에 대한 메커니즘이 인식되지 않은 몇 가지 메커니즘이 있습니까? 그것은 생물학에서 매우 근본적인 질문입니다. 그것은 우리에게“뇌가 어떻게 작동합니까?”라고 물어 보는 것으로 돌아갑니다. 이제 우리는이 질문에 대한 답을 모색하고 있습니다.
실험실 의이 예는 다양한 실험실에서 무슨 일이 일어나고 있는지 상징적이라고 말해야합니다. CRISPR은 매우 적용된 실험을 가능하게하지만 이러한 실험은 돌아가서 해결해야 할 매우 근본적인 질문을 제기합니다.
CRISPR의 사용이 생물학에 얼마나 광범위하게 될 것이라고 생각하십니까? 그것은 이미 생물 의학 실험실의 모든 곳에있는 것 같습니다. 예를 들어 생태와 같은 분야에 응용 프로그램이있을 수 있다고 생각하십니까?
전적으로. 그것은 당신의 생태학 정의에 달려 있지만, CRISPR 기술의 얼리 어답터 중 일부는 나비 발달의 유전학을 이해하려는 사람들이었습니다. 비 모델 유기체에서 유전자를 조작 할 수있는 도구 (과학자들이 실험실에서 수십 년 동안 작업하지 않고 야생에서 수집 한 유기체)는 이전에는 불가능했던 방식으로 실제 실험의 가능성을 열어줍니다.
.효과적으로 모든 유기체는 모델 유기체, 즉 실험을 수행하기위한 유 전적으로 다루기 쉬운 시스템이됩니다. 우리는 실험실에서 우리가 인간을 효모로 바꾸고 있다고 농담합니다. 과거에는 효모 나 과일 파리에서 실험을 한 다음 그 데이터가 인간 세포에 대한 의미를 추론해야했습니다. 유전자 기능을 이해하기 위해 유전자 세포를 쉽게 조작 할 수 없었습니다. 이제 CRISPR과 함께 할 수 있습니다.
CRISPR은 박테리아가 바이러스에 대해 사용하는 방어 메커니즘으로 처음 발견되었습니다. 다른 새로운 연구 도구가 박테리아에 대한 다른 발견에서 나올 수 있다고 생각하십니까?
나는 그렇게 의심됩니다. 지난 수십 년 동안 발생한 기술을 살펴보면 DNA를 증폭시키기위한 폴리머 라제 연쇄 반응, 분자 클로닝 - 그들은 모두 미생물이 바이러스와 싸우거나 자극에 반응하는 방법을 연구하는 것에서 나왔습니다.
우리는 또한 현재 박테리아 세계에 대해 거의 알지 못합니다. 과학자들에 의해 식별되지 않았거나 실험실에서 경작 된 수많은 유기체가 있으며, 그들의 생활 방식과 관련된 흥미로운 생물학이 있습니다. 더 많은 유기체가 연구되고 확인됨에 따라, 나는 우리가 새로운 기술에 적합한 것들을 찾을 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.
박테리아에 특정 수수께끼가 있습니까?
항상 예측하기가 어렵습니다. 즉, 나는 당신에게 흥미로운 현상의 예를 보여줄 것입니다 :엄청나게 작은이 새로운 범주의 박테리아의 발견. 그것은 완전히 새로운 유기체입니다. 현재 후보 Phyla Radiation (CPR) 박테리아라고합니다. 그들은 세포와 바이러스의 개념에 거의 도전합니다.
이러한 유기체의 많은 부분은 아마도 다른 벌레와 공생적으로 자라며 중요한 분자, 심지어 DNA, RNA 및 단백질의 빌딩 블록도 공유 할 수 있습니다. 그러나 그들은 어떻게 분자를 수입합니까? 그들은 다른 종류의 박테리아가 과잉 성장하고 밀어 내지 않도록 그들의 환경을 어떻게 제어합니까?
이것들은 모두 대답하지 않은 질문입니다. 우리는 분자 적 의미에서 그들의 기본 생물학에 대해 아무것도 이해하지 못합니다. 이러한 질문에 대한 답변은 새로운 기술로 이어질 것인가? 잘 모르겠지만 확실히 흥미로운 생물학으로 이어질 것입니다.
따라서 새로운 연구 도구를 찾는 곳은 비정형적인 유기체 일 수 있습니까?
그러나 당신은 어떻게 비정형을 정의합니까? 이 오래된 Steve Forbert 노래가 있습니다.“인생은 종종 인생이 이상하다고 말하지만…
이 작은 CPR 박테리아는 캘리포니아 대학교의 당신과 질리언 밴 필드 (Jillian Banfield)가 최근에 CRISPR 기술과 함께 사용할 수있는 새로운 CAS 효소를 발견했지만, 그렇지 않습니까? 이러한 CAS 효소가 잠재적으로 흥미롭고 유용하게 만드는 이유는 무엇입니까?
우리가 확인한 새로운 효소 중 하나를 "Casx"라고합니다. CRISPR 방어에 많은 기존의 박테리아가 사용하는 효소 인 사촌 CAS9와는 상당히 다르게 작동하는 것처럼 보이기 때문에 특히 흥미 롭습니다. 이는 CRISPR 기술에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 몇 가지 핵심 성분은 동일합니다. 이것은 우리에게 CRISPR 절단 단백질의 기본 레시피에 대한 통찰력을 제공합니다. 이 단백질을 이해할수록 엔지니어링을 더 잘 설계 할 수 있습니다. Casx는 CAS9보다 훨씬 작기 때문에 매력적입니다. 이는 치료 게놈 편집을 위해 세포에 쉽게 미끄러질 수 있습니다.
.CRISPR-GO, DNA 이미징 및 항 -CRISPR과 같은 CRISPR-CAS9에서 발달하는 다른 새로운 스핀 오프 기술도있었습니다. 기본 생물학을 어떻게 도울 수 있습니까?
그냥 그냥 봅시다. CRISPR-Go는 CRISPR 효소를 사용하여 게놈의 특정 부분을 물리적 근접성으로 가져 오는 영리한 방법입니다. 세포에서 유전자가 함께 발현 될 때 종종 세포의 동일한 위치로 물리적으로 모여 특정 유전자로부터 생성되는 단백질의 수준에 근본적으로 영향을 줄 수 있다는 증거가 있습니다. Crispr-Go가하는 일은 과학자들이 세포를 제어하는 것보다 그것을 통제 할 수있는 것을 제외하고는 이러한 종류의 물리적 테 더링을 수행하는 기술을 제공하는 것입니다. 나는 이것이 게놈의 3D 구조와 유전자 간의 의사 소통 사이의 관계를 해부하기 시작할 수있는 기회와 그 유전자로부터 만들어지는 단백질 또는 RNA 분자의 결과를 해소 할 수있는 기회를 만들어 낼 수 있다고 생각한다. 흥미 롭습니다. 염색체의 3D 아키텍처를 제어하고 그것이 게놈의 출력에 어떤 영향을 미치는지 물어보기 위해 이전에는 실제로 불가능했던 것입니다.
.DNA 영상을 언급했습니다. 아이디어는 "염색체 회화"라고 불리는 아이디어가 있으며, 여기서 CRISPR-CAS9 단백질을 프로그래밍하여 DNA의 특정 장소에서 기본적으로 오랜 시간 동안 앉을 수 있습니다. 다른 색상의 염료로 CRISPR-CAS9 단백질을 장식 하여이 작은 RNA- 단백질 복합체로 타일로 타일로 인해 특정 유전자 또는 게놈의 특정 유전자, 심지어 전체 염색체조차도 조명 할 수 있습니다. 그래서 그것은 이미징을위한 방법입니다.
항 -CRISPR의 경우, 이들은 CRISPR 시스템 조절에 관여하는 작은 작은 천연 단백질입니다. 바이러스에 감염된 박테리아에서는 시간이 지남에 따라 바이러스가 CRISPR에 의해 꺼내지 않는 방법을 진화했으며, 그렇게하는 방법 중 하나는 항 -CRISPR이라는 작은 억제제를 사용하는 방법 중 하나입니다. 유전자 편집 결과를 제어 할 수있는 잠재력 때문에 이들에 관심이 있습니다. 이러한 종류의 단백질을 사용하여 세포에서 유전자 편집 단백질을 끄기 위해 게놈이 의도하지 않은 방식으로 변형되는 것을 방지합니다. CRISPR 경로의 자연 조절제와 억제제를보고 기술 목적으로 활용 될 수 있는지 물어보기 위해 이륙 한 전체 연구가 있습니다.
CRISPR-CAS9가 의도 한대로 작동하지 않는 경우 끄기 스위치가 있으면 인간이나 다른 유기체의 게놈 편집에 대한 항 -CRISPR의 발달이있을 수 있습니까?
.그것이 바로 사람들이 생각하는 것입니다. 실제로 DARPA (미국 국방 고급 연구 프로젝트 기관)가 자금을 지원하는 전체 프로그램이 있으며, 이는“Safe Genes”라는 제목이 있으며 이는 유전자와 게놈을 안전하게 조작하는 안전한 방법에 관한 것입니다. 그리고 그룹이 사용하기 위해 사용하는 전략 중 하나는 이러한 anti-crisprs를 사용하는 것입니다.
CRISPR이 우리가 세포의 모든 조각이 별도로 작동하지 않고 어떻게 협력하는지 이해하는 데 도움이된다고 생각하십니까?
나는 그것이 미래에 점점 더 많은 역할을 할 것이라고 생각합니다.
CRISPR이 뇌의 발달에 대한 연구에 앞서 나온 경우가 있기 때문에 신경 과학으로 돌아가 봅시다. 연구자들은 뇌에 얼마나 많은 다른 유형의 세포가 있는지 알아낼 수 없었습니다. 우리는 또한 3D 아키텍처의 의미에서 뇌가 어떻게 발달하는지 모릅니다. 줄기 세포 나 몇 개의 줄기 세포로 시작하면 어떻게 뇌 전체로 발전하고 뇌의지도는 무엇입니까?
CRISPR을 사용하여 계보 매핑을 수행하는 데 많은 관심이 있습니다. 단일 세포 또는 작은 세포 수집에서 발달하는 세포 집단이 있다면, 출발 인구의 세포가 DNA에 약간의 편집을 도입하여 자손을 일으키는 방법을 추적 할 수 있습니다.
몇몇 연구팀은이 딸 세포가 뇌에서 어디로 끝나는 지 파악하기 위해 CRISPR을 사용하고 있으며 심지어 어떤 종류의 세포가되는지 알아냅니다. 이러한 종류의 실험은 이전에는 불가능했던 조직 발달, 특히 뇌에서보다 근본적인 이해로 이어질 것이라고 생각합니다.
.그것은 유망한 소리를냅니다.
또 다른 예를 드리겠습니다. 흥미로운 사례가 있으며, 사람들이 DNA를 시퀀싱함에 따라 모든 사람들이 특정 대립 유전자, 특정 DNA 유전자 서열을 가진 가족의 DNA 시퀀싱을받을 때 점점 더 많은 것을 발견하고 있지만, 그 중 일부만 해당 대립 유전자와 관련된 질병이 있습니다. 다른 사람들은 그렇지 않습니다. 따라서 영향을받지 않은 사람들의 DNA에 그 유전자의 부정적인 영향을 억제하고 암이나 다른 질병에 걸리기 쉽지 않다는 것을 알고 있습니다. 그 억제제는 무엇입니까?
나는 그런 종류의 유전 적 상호 작용을 이해하는 것이 엄청나게 강력 할 것이라고 생각합니다. 지금까지 우리는 우선 사람들이 게놈 시퀀싱을 널리 다루지 않았기 때문에 실제로 그렇게 할 수있는 방법이 없었습니다. 이를 제공하는 회사와 비용이 내려 오면서 점점 더 많은 일이 일어나기 시작했습니다. 그런 다음 환자 유래 세포의 유전자 조작을 허용하는 기술도 있습니다. 따라서 클리닉에 들어오는 사람이 있고 진단을받는 질병이있는 사람이 있다면, 그 사람의 세포를 섭취 할 수 있고 실험실에서 그들을 배양 할 수 있습니다. 한동안 가능했지만 이전에는 불가능했던 것은 그 세포에서 유전학을하는 것이 었습니다. 이제 우리는 실제 환자와 관련된 살아있는 세포에서 할 수 있습니다.
그것은 시퀀싱 기술의 예기치 않은 이점처럼 들립니다.
나는 항상 과학에 어떤 우수가 있다는 것을 지적하고 싶습니다. 훌륭하지만 결과를 예측할 수 없다는 것을 의미합니다. CRISPR 기술은 그 좋은 예입니다. 10 년 전 박테리아가 DNA 서열을 찾아서 자르도록 프로그래밍 할 수있는 단백질을 진화 시켰다고 말한 적이 있다면 방금 웃었을 것입니다. 나는“예, 그것은 분명히 공상 과학입니다.”
사람들이 이것이 많은 과학이 일어나는 방식이라는 것을 인식하는 것이 중요하다고 생각합니다.
