CRISPR Gene Editing und Disease

Nun, da der Gene-Editing-Geist aus der Flasche ist, was würdest du dir zuerst wünschen?

Babys mit "perfekten" Augen, übertriebener Intelligenz und einem Hauch von Filmstar-Charisma?

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Oder eine Welt frei von Krankheiten … nicht nur für Ihre Familie, sondern für jede Familie auf der Welt?

Basierend auf den jüngsten Ereignissen arbeiten viele Wissenschaftler auf Letzteres hin.

Anfang dieses Monats nutzten Wissenschaftler der Oregon Health & Science University ein Werkzeug zur Genbearbeitung, um eine krankheitsverursachende Mutation in einem Embryo zu korrigieren.

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Diese Technik, bekannt als CRISPR-Cas9, fixierte die Mutation in der Kern-DNA der Embryonen, die hypertrophe Kardiomyopathie verursacht, eine häufige Herzerkrankung, die zu Herzversagen oder Herztod führen kann.

Dies ist das erste Mal, dass dieses Werkzeug zur Genbearbeitung an menschlichen Eiern von klinischer Qualität getestet wurde.

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Wäre einer dieser Embryonen in den Uterus einer Frau implantiert worden und hätte er sich vollständig entwickeln können, wäre das Baby frei von der krankheitsverursachenden Genvariation.

Diese Art von nützlichen Veränderungen wäre auch an zukünftige Generationen weitergegeben worden.

Keiner der Embryonen in dieser Studie wurde implantiert oder konnte sich entwickeln. Der Erfolg des Experiments gibt jedoch einen Einblick in das Potenzial von CRISPR-Cas9.

Werden wir jemals in der Lage sein, unsere Welt frei von Krankheiten zu machen?

Wie die Genbearbeitung funktioniert

Nach Angaben der Genetic Disease Foundation gibt es mehr als 6000 menschliche Erbkrankheiten.

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Wissenschaftler könnten theoretisch CRISPR-Cas9 verwenden, um eine dieser Krankheiten in einem Embryo zu korrigieren.

Dazu würden sie ein entsprechendes Stück RNA benötigen, um entsprechende Bereiche genetischen Materials anzusteuern.

Das Cas9-Enzym schneidet die DNA an dieser Stelle, wodurch Wissenschaftler ein spezifisches Gen löschen, reparieren oder ersetzen können.

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Einige genetische Krankheiten können jedoch mit dieser Methode leichter behandelt werden als andere.

"Die meisten Menschen konzentrieren sich, zumindest anfänglich, auf Krankheiten, bei denen wirklich nur ein Gen beteiligt ist - oder eine begrenzte Anzahl von Genen - und sie sind wirklich gut verstanden", sagt Megan Hochstrasser, Doktor der Naturwissenschaften Innovative Genomics Institute in Kalifornien, sagte Healthline.

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Krankheiten, die durch eine Mutation in einem einzelnen Gen verursacht werden, umfassen die Sichelzellenanämie, die zystische Fibrose und die Tay-Sachs-Krankheit. Diese betreffen Millionen von Menschen weltweit.

Diese Krankheiten sind jedoch weit von Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Krebs, die jedes Jahr Millionen von Menschen auf der ganzen Welt töten, unterlegen.

Genetik - zusammen mit Umweltfaktoren - tragen auch zu Fettleibigkeit, Geisteskrankheit und Alzheimer-Krankheit bei, obwohl Wissenschaftler noch daran arbeiten, genau zu verstehen, wie.

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Derzeit konzentrieren sich die meisten CRISPR-Cas9-Forschungen auf einfachere Krankheiten.

"Es gibt eine Menge Dinge, die mit der Technologie erarbeitet werden müssen, um an den Ort zu kommen, an dem wir es für eine dieser polygenen Krankheiten anwenden könnten, bei denen mehrere Gene beitragen oder ein Gen mehrere Wirkungen hat, Sagte Hochstrasser.

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Behandlung von Erwachsenen und Kindern, nicht Embryonen

Obwohl "Designerbabys" viel Aufmerksamkeit in den Medien erhalten, konzentriert sich CRISPR-Cas9-Forschung auf andere Bereiche.

"Die meisten Leute, die daran arbeiten, arbeiten nicht in menschlichen Embryonen", sagte Hochstrasser. "Sie versuchen herauszufinden, wie wir Behandlungen für Menschen entwickeln können, die bereits Krankheiten haben. "

Diese Arten von Behandlungen würden Kindern und Erwachsenen, die bereits mit einer genetischen Krankheit leben, sowie Menschen, die Krebs entwickeln, zugute kommen.

Dieser Ansatz könnte auch den 25 bis 30 Millionen Amerikanern helfen, die eine der mehr als 6 800 seltenen Krankheiten haben.

"Gen-Editierung ist eine wirklich mächtige Option für Menschen mit seltenen Krankheiten", sagte Hochstrasser. "Sie könnten theoretisch eine Phase-I-Studie mit allen Menschen in der Welt durchführen, die einen bestimmten [seltenen] Zustand haben, und sie alle heilen, wenn es funktioniert. "

Seltene Krankheiten betreffen weniger als 200.000 Menschen in den Vereinigten Staaten zu einem bestimmten Zeitpunkt, was bedeutet, dass es weniger Anreize für pharmazeutische Unternehmen gibt, Behandlungen zu entwickeln.

Zu ​​diesen weniger häufigen Erkrankungen gehören Mukoviszidose, Huntington-Krankheit, Muskeldystrophien und bestimmte Krebsarten.

Im letzten Jahr machten Forscher der University of California Berkeley Fortschritte bei der Entwicklung einer ex-vivo-Therapie - bei der man Zellen aus einer Person nimmt, sie verändert und sie wieder in den Körper einbringt.

Diese Behandlung war für die Sichelzellanämie. In diesem Zustand führt eine genetische Mutation dazu, dass Hämoglobinmoleküle aneinander haften, was rote Blutkörperchen verformt. Dies kann zu Verstopfungen der Blutgefäße, Anämie, Schmerzen und Organversagen führen.

Forscher verwendeten CRISPR-Cas9, um Stammzellen genetisch zu manipulieren, um die Mutation der Sichelzellenkrankheit zu reparieren. Sie injizierten diese Zellen dann in Mäuse.

Die Stammzellen wanderten in das Knochenmark und entwickelten sich zu gesunden roten Blutkörperchen. Vier Monate später konnten diese Zellen noch im Blut der Mäuse gefunden werden.

Dies ist kein Heilmittel für die Krankheit, weil der Körper weiterhin rote Blutkörperchen bilden würde, die die Mutation der Sichelzellenanämie haben.

Aber wenn genügend gesunde Stammzellen im Knochenmark Wurzeln schlagen, könnten sie die Schwere der Krankheitssymptome verringern.

Mehr Arbeit ist erforderlich, bevor Forscher diese Behandlung bei Menschen testen können.

Eine Gruppe chinesischer Forscher hat im vergangenen Jahr eine ähnliche Technik eingesetzt, um Menschen mit einer aggressiven Form von Lungenkrebs zu behandeln - der ersten klinischen Studie dieser Art.

In dieser Studie modifizierten die Forscher die Immunzellen von Patienten, um ein Gen zu deaktivieren, das am Stoppen der Immunantwort der Zelle beteiligt ist.

Forscher hoffen, dass die genetisch veränderten Immunzellen, sobald sie in den Körper injiziert werden, einen stärkeren Angriff gegen die Krebszellen ausüben werden.

Diese Arten von Therapien könnten auch für andere Blutkrankheiten, Krebs oder Immunprobleme funktionieren.

Aber bestimmte Krankheiten werden schwieriger zu behandeln sein.

"Wenn Sie zum Beispiel eine Störung des Gehirns haben, können Sie das Gehirn eines Menschen nicht entfernen, Gen-Editing durchführen und es dann wieder einfügen", sagte Hochstrasser. "Also müssen wir herausfinden, wie wir diese Reagenzien an die Stellen bringen, an denen sie im Körper sein müssen. "

Menschen indirekt vorbeugen

Nicht jede menschliche Krankheit wird durch Mutationen in unserem Genom verursacht.

Durch Vektoren übertragene Krankheiten wie Malaria, Gelbfieber, Dengue-Fieber und Schlafkrankheit töten jährlich mehr als eine Million Menschen weltweit.

Viele dieser Krankheiten werden durch Stechmücken, aber auch durch Zecken, Fliegen, Flöhe und Süßwasserschnecken übertragen.

Wissenschaftler arbeiten an Möglichkeiten, Gen-Editing einzusetzen, um den Blutzoll dieser Krankheiten auf die Gesundheit von Menschen auf der ganzen Welt zu reduzieren.

"Wir könnten Malaria loswerden, indem wir Moskitos entwickeln, die den Parasiten, der Malaria verursacht, nicht übertragen können", sagte Hochstrasser. "Wir könnten dies mithilfe der CRISPR-Cas9-Technik tun, um dieses Merkmal sehr schnell durch die gesamte Mückenpopulation zu drängen. "

Forscher verwenden CRISPR-Cas9 auch, um" Designer "-Lebensmittel herzustellen.

Vor kurzem hat DuPont Gen-Editing verwendet, um eine neue Sorte von Wachsmais herzustellen, die höhere Mengen an Stärke enthält, die in der Lebensmittel- und Industrie verwendet wird.

Geänderte Pflanzen können auch dazu beitragen, Todesfälle aufgrund von Unterernährung zu verringern, die weltweit für fast die Hälfte aller Todesfälle bei Kindern unter 5 verantwortlich ist.

Wissenschaftler könnten CRISPR-Cas9 verwenden, um neue Sorten von Lebensmitteln zu entwickeln, die gegen Schädlinge resistent sind, dürreresistent oder enthalten mehr Mikronährstoffe.

Ein Vorteil von CRISPR-Cas9 im Vergleich zu herkömmlichen Pflanzenzüchtungsmethoden ist, dass es Wissenschaftlern erlaubt, ein einzelnes Gen aus einer verwandten Wildpflanze in eine domestizierte Sorte ohne andere unerwünschte Merkmale zu integrieren.

Die Bearbeitung von Genen in der Landwirtschaft kann auch schneller vonstatten gehen als die Forschung in Menschen, da jahrelange Labor-, Tier- und Humanstudien nicht erforderlich sind.

"Obwohl Pflanzen ziemlich langsam wachsen", sagte Hochstrasser, "ist es wirklich schneller, [gentechnisch veränderte Pflanzen] auf die Welt zu bringen, als eine klinische Studie bei Menschen durchzuführen. "

Sicherheit und ethische Bedenken

CRISPR-Cas9 ist ein mächtiges Werkzeug, wirft aber auch einige Bedenken auf.

"Im Moment wird viel darüber diskutiert, wie man so genannte Off-Target-Effekte am besten erkennen kann", sagte Hochstrasser. "Dies passiert, wenn das [Cas9] Protein irgendwo schneidet, wo es geschnitten werden soll. "

Off-Target-Schnitte können zu unerwarteten genetischen Problemen führen, die zum Absterben eines Embryos führen.Ein Editieren im falschen Gen könnte auch eine völlig neue genetische Krankheit erzeugen, die an zukünftige Generationen weitergegeben wird.

Selbst die Verwendung von CRISPR-Cas9 zur Veränderung von Moskitos und anderen Insekten führt zu Sicherheitsbedenken - wie beispielsweise bei großflächigen Veränderungen eines Ökosystems oder einer Eigenschaft in einer Population, die außer Kontrolle gerät.

Es gibt auch viele ethische Probleme, die mit der Veränderung menschlicher Embryonen einhergehen.

Wird CRISPR-Cas9 helfen, die Welt der Krankheit zu befreien?

Es besteht kein Zweifel, dass es bei vielen Krankheiten eine beträchtliche Delle verursachen wird, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie alle in naher Zukunft heilen werden.

Wir haben bereits Instrumente zur Vermeidung genetischer Erkrankungen - wie etwa ein frühes genetisches Screening von Föten und Embryonen -, aber diese werden nicht allgemein verwendet.

"Wir vermeiden immer noch nicht viele genetische Krankheiten, weil viele Menschen nicht wissen, dass sie Mutationen haben, die vererbt werden können", sagte Hochstrasser.

Einige genetische Mutationen geschehen auch spontan. Dies ist bei vielen Krebsarten der Fall, die sich aus Umweltfaktoren wie UV-Strahlen, Tabakrauch und bestimmten Chemikalien ergeben.

Menschen treffen auch Entscheidungen, die ihr Risiko für Herzerkrankungen, Schlaganfall, Fettleibigkeit und Diabetes erhöhen.

Wenn also Wissenschaftler CRISPR-Cas9 nicht dazu verwenden können, Behandlungen für diese Lebensstilkrankheiten zu finden - oder Menschen genetisch dazu bringen, mit dem Rauchen aufzuhören und mit dem Fahrrad zur Arbeit zu fahren -, werden diese Krankheiten in der menschlichen Gesellschaft bleiben.

"Solche Dinge müssen immer behandelt werden", sagte Hochstrasser. "Ich glaube nicht, dass es realistisch ist zu glauben, dass wir jemals verhindern würden, dass jede Krankheit bei einem Menschen vorkommt. "