과학에 대한 겸손한 교훈은 많은 인류의 가장 훌륭한 발명품에 관해서는 자연이 먼저 도착했다는 것입니다. 노벨 화학상 상을위한 2020 년 선택은 혁신적인 게놈 편집 방법을 식별하고 개발 한 신용을 공유하는 두 과학자들에게 전달됩니다. 연구원들은 10 년 전에 미생물, 식물 및 동물 세포의 게놈을 수정하고 조사 할 수 없었던 편리하고 정밀성 및 효과를 조사 할 수있었습니다. 그러나 자신의 작업에서 나온 기술은 혁명적 인 것처럼, 아마도 박테리아에서 처음 진화 한 혁신에서 비롯된 것입니다.
버클리는 캘리포니아 대학교 (University of California University of California)의 Pathogens Institute Infection Biology Science of Infection Biology Science of Max Planck Unit의 Emmanuelle Charpentier, Berkeley는 CRISPR/CAS9 게놈 편집에 대한 그들의 연구로 인정 받았다. 이상은 두 명의 여성이 노벨 과학 상을 수상한 것은 이번이 처음입니다.
2012 년 정의 논문에서 Charpentier와 Doudna는 박테리아와 고고가 발견 된 고대 면역 체계의 주요 구성 요소가 DNA를 편집하기 위해 개선되어 본질적으로“삶의 강령을 다시 작성”할 수 있음을 보여주었습니다.
.그 후 8 년 동안이 발견은 생명 과학을 변화시켜 전 세계의 실험실에서 게놈 편집을 평범하게 만들었습니다. 그것은 연구원들이 유전자의 기능을 마음대로 조사하여 분자 생물학의 분야를 도약과 경계에 의해 미리 밀어 넣을 수있게 해주었다. 새로운 식물 사육 방법을 혁신하기 위해; 겸상 적 시험에서 겸상 적 시험에서, 일부는 임상 시험에서, 일부는 겸상 적혈구 질환과 같은 조건을 개발하기 위해.
노벨위원회의 선발은 CRISPR과 관련된 지적 재산에 대한 잘 알려진 분쟁으로 인해 논란의 여지가있는 것으로 의심 할 여지없이 인사 할 것입니다. 리투아니아에있는 Vilnius University의 Virginijus Šikšnys는 charpentier 및 d 매사추세츠 공과 대학의 Feng Zhang과 Harvard University의 George Church의 다른 과학자 두 과학자들도 종종 CRISPR 기술의 초기 공동 발견자 및 개발자로 인정 받고 있으며, 배제는 논쟁을 불러 일으킬 것입니다. 그러나 과학계의 어느 누구도 Charpentier와 Doudna의 작업이 오늘날 Crispr의 많은 게임을 바꾸는 용도에 대한 토대를 마련했다고 논쟁하지 않았습니다.
CRISPR/CAS 시스템은 무엇입니까?
CRISPR/CAS의 이야기는 1980 년대 후반과 1990 년대 초의 관찰로 시작하여 많은 박테리아와 거의 모든 Archaea를 포함한 대부분의 원핵 생물 유기체가 게놈에 이상한 구조를 가지고 있다는 관찰로 시작되었습니다. 그들의 DNA의 일부는 다른 짧고 독특하게 반복되는 기본 서열로 구성되며, 다른 짧고 가변적 인 "스페이서"서열과 산재된다. 생물 학자들은이 구조 CRISPR을 불렀다 (정기적으로 간단한 짧은 팔린 드로믹 반복). 인접한 것은 DNA를자를 수있는 효소에 대한 유전자의 CRISPR 관련 시스템 (CAS)이다. 나중에 과학자들은 스페이서 서열의 DNA가 바이러스 DNA의 단편과 동일하다는 것을 깨달았습니다.
이 배열로 인해 프랑스 연구원들은 2005 년 박테리아의 경우 CRISPR/CAS 시스템이 지속적인 바이러스 성 공격자와 싸우는 일종의 면역 체계 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 그들은 박테리아가 바이러스 감염에서 살아남 았을 때, 향후 참조를 위해 자신의 게놈의 CRISPR 부분에 소거 된 바이러스 성 DNA의 작은 조각을 저장했습니다. 연구자들은“과거의 '유전 적 공격자'에 대한 기억을 묘사했습니다. 바이러스가 다시 후손이나 그들의 후손을 다시 공격 한 경우, 바이러스가 바이러스에 의한 바이러스에 대한 바이러스에 대한 바이러스에 대한 바이러스에 대한 바이러스를 사용하여 바이러스가 바이러스를 사용하여 해당 바이러스를 사용할 수 있습니다. 빨리.
Charpentier와 Doudna가 개발 한 기술은 박테리아 에서이 정확한 게놈 슬라이싱 능력을 빌려서 CRISPR 유전자 구조를 표적 도구와 CAS9 효소로 만들기 위해보다 일반적인 게놈 편집 도구로 전환했습니다.
.Charpentier와 Doudna는 유전자 편집을 위해 CRISPR을 어떻게 재사용 했습니까?
Charpentier와 Doudna는 반복 바이러스 침입자에 대한 박테리아 CRISPR/CAS9 방어에 관련된 분자 기계를 요약함으로써 시작되었습니다. 본질적으로, 바이러스가 공격 할 때, 생존 박테리아는 바이러스 DNA 조각을 CRISPR 어레이에 포함시킨다. 바이러스가 그들이나 그들의 후손을 다시 공격한다면, 박테리아는 바이러스 DNA를 RNA에 함유 한 CRISPR의 일부를 전사합니다. RNA 분자는 이전에 Charpentier에 의해 확인 된 제 2 RNA 분자와 함께 CAS9 단백질을 표적으로 안내합니다 :바이러스의 상응하는 DNA가 다시 침략하려고합니다. 그곳에서 분자 복합체는 유전자 가위로서의 역할을 수행하여 바이러스 성 DNA를 자르고 침략자를 무장 해제합니다.
이것을보다 일반화 된 유전자 편집 도구로 만들기 위해 Charpentier와 Doudna는 다른 동료들과 함께 두 가지 유형의 RNA를 단일“가이드 RNA”에 융합시켰다. 그들은 CAS9와 함께이보다 간소화 된 시스템이 테스트 튜브에서 바이러스 DNA를 찾아서 저격 할 수 있음을 보여주었습니다.
CRISPR 편집은 그만큼이나 적은 수준을 포함 할 수 있습니다 - 일부 유전자 나 DNA를 제거합니다. 그러나 과학자들은 또한 수술 컷 부위에서 자체 제작의 DNA 서열을 도입하여 새로운 유전자 코드를 추가하거나 특정 돌연변이를 교정 할 수 있도록 세포의 자연적인 복구 메커니즘을 활용하는 방법을 알아 냈습니다.
.게놈 편집을위한 다른 기술보다 CRISPR이 더 좋게 만드는 이유는 무엇입니까?
연구원들은 1970 년대 이래로 세포를 수정하기 위해“절단 및 붙여 넣기”재조합 유전자 편집 기술을 사용할 수있었습니다. 그러나 자연적으로 발생하는 박테리아 효소를 기반으로 한 이러한 방법은 CRISPR이 달성 할 수있는 정밀도 수준이 부족했습니다. 이러한 재조합 접근법은 종종 충분한 정확도로 독특한 DNA 서열을 표적으로 할 수 없었기 때문입니다. 그들은 예측할 수없는 결과로 게놈을 따라 의도하지 않은 위치에서 절단 할 수 있습니다. 효소는 더 특이성을 갖는 더 긴 서열을 표적화하도록 설계 될 수 있지만, 이는 CRISPR보다 훨씬 더 힘들고 복잡한 과정이었다. 사용 용이성은 Crispr 유비쿼터스를 만드는 데 엄청나게 도움이되었습니다.
CRISPR은 도전없이 온다고 말하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 유기체에서 의도하지 않은 반응이 발생할 수 있습니다 (면역 반응 포함). 이런 이유로 과학자들은보다 정교한 버전의 CRISPR을 개발하기 위해 계속 노력하고 있습니다.
CRISPR은 또한 모든 작업에 가장 적합한 도구는 아니며 게놈 편집 기술의 마지막 단어도 아닙니다. 과학자들은 또한 RNA 간섭 (RNAI)과 전사 활성화 제-유사 이펙터 뉴 클레아 제 (탈렌) 및 meganucleases와 같은 효소를 사용하여 게놈을 다시 작성하고있다. 또한 일부 연구자들은 현재 CRISPR과 Talens와 같은 방식으로 DNA를 복구하기위한 세포의 자연 메커니즘을 이용하지 않는 게놈 편집 도구를 개발하고 있습니다. 대신, 그들은 후성 유전학과 한 번에 하나의 기저를 다시 작성하는 방법을 기반으로하는 방법을 찾고 있습니다.
CRISPR의 사용을 둘러싼 논쟁은 무엇입니까?
게놈을 의도적으로 변경하기위한 기술은 항상 윤리적 사용과 엔지니어링 된 유기체에 의해 제기 된 잠재적 위험에 대해 논란에 빠졌습니다. CRISPR은 과학자들이 유전 적 조건의 숙주에 대한 치료법을 찾기 때문에 이미 미생물, 식물 및 동물 세포를 편집하는 데 이미 사용 되었기 때문에 다르지 않았습니다. CRISPR의 사용 편의성은 고려할 가치가있는 발진 행동의 잠재력을 제공합니다.
2018 년에, 그는 Jiankui 연구원이 CRISPR을 사용하여 HIV에 대한 저항력을 갖도록하기 위해 쌍둥이 아기의 게놈을 편집하여 유전자 편집의 윤리에 대한 논쟁을 불러 일으키기 위해 세상을 기절시켰다. 이 발표는 즉시 과학 공동체의 광범위한 비난이 뒤 따랐다. (Doudna는 국제 과학계가 CRISPR 사용을위한 건전한 지침을 개발하도록 장려하는 데 적극적으로 참여해 왔습니다.)
그러나 생식선 편집의 윤리는 과학자들이 CRISPR의 잠재적 용도에 대한 유일한 관심사는 아닙니다. 다른 하나는 유전자 드라이브 (Gene Drives)라고 알려진 것을 창출하기 위해 적용되는 방법과 관련이 있으며, 이는 연구자들이 부모에서 자손으로 관심의 특성이 전달 될 가능성을 극적으로 향상시킬 수있게합니다. 이것은 현재까지 실험실 환경에서만 시도되었지만, 일부 과학자들은 언젠가는 침습성 종과 질병을 앓고있는 곤충을 야생에서 통제하기 위해 그것을 사용하기를 희망합니다. 그러나 최근의 모델링 노력에 따르면, 그렇게하는 것은 대상 모집단을 넘어 통제 불능 상태로 퍼지는 유전자 드라이브의 위험에 관한 것일 수 있습니다.
.결과적으로, 연구원들은 CRISPR 기술의 논란이 많은 적용과 관련하여주의를 기울이고 있습니다. 그러나 CRISPR이 새로운 시대에 기초 과학 및 질병 연구를 시작했다는 것을 부인할 수는 없습니다.
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Roger Penrose, Reinhard Genzel 및 Andrea Ghez는 올해의 물리학 및 Harvey Alter, Michael Houghton 및 Charles Rice 상을 수상했습니다.
