Bakteriophagen-Viren infizieren Bakterienzellen, bakterielle Viren. von www.shutterstock.com

Heute ist die Wissenschaftsgemeinde entsetzt, dass Gen-Editing möglich ist "Designer" Menschen. Das Editieren von Genen kann von größerer Bedeutung sein als der Klimawandel oder sogar die Folgen der Freisetzung der Atomenergie.

CRISPR ist eine Abkürzung für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Dies ist das Immunsystem, das Bakterien entwickelt haben, um sich vor Infektionen durch Bakteriophagen zu schützen - der am häufigsten vorkommenden Lebensform der Erde.

Kleiner als jede bekannte Lebensform

Bakteriophagen wurden in Paris von entdeckt Felix d'Hérelle im Pasteur-Institut in 1917. Er untersuchte eine Gruppe von Patienten, die sich spontan von der Ruhr erholten. D'Hérelle schlug vor, dass ein Antibiotikum, das kleiner als jede bekannte Lebensform war, die Bakterien bei infizierten Patienten abgetötet hatte. Er demonstrierte die Existenz dieser neuen Lebensform eindeutig und nannte sie Bakteriophagen: Viren, die Bakterien angreifen.

Der Bakteriophage wurde intensiv untersucht: seine Schönheit wurde mit dem Elektronenmikroskop und enthüllt sein Genom war die erste Lebensform sequenziert.

Reaktion auf einen Bakteriophagenangriff

In 2007 haben Rodolphe Barrangou und Philippe Horvath von der Lebensmittelproduktionsfirma Danisco mit Sylvain Moineau von der Universität Laval zusammengearbeitet, um ein langjähriges Problem in der Joghurtproduktion zu lösen. Sie fragten: Warum waren Bakterien, die für die Produktion von Joghurt und Käse wichtig sind, anfällig für Bakteriophagenangriffe, und wie könnte dies verhindert werden?

Barrangou, Horvath und Moineau machten die erstaunliche Entdeckung dass Bakterien tatsächlich ein Immunsystem hatten.

CRISPR: Erworbene bakterielle Immunsysteme.

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Nach einem anfänglichen Bakteriophagenangriff würde eine kleine Anzahl überlebender Bakterien die DNA der neu angreifenden Bakteriophagen erkennen. Die überlebenden Bakterien würden dann eine Immunreaktion aufbauen, die zum Absterben der Bakteriophagen führt. Die Bakterien, die einen Phagenangriff überlebten, betteten ein Fragment der Bakteriophagen-DNA in ihr bakterielles Genom ein, um als "Erinnerung" an die Infektion zu dienen.

Zielen und trennen

Barrangou, Horvath und Moineau dann entdeckt wie die eindringenden Bakteriophagen beseitigt wurden. Bei Erkennung des neu eindringenden Bakteriophagen würden die Bakterien die DNA des eindringenden Bakteriophagen anvisieren und trennen.

Fond de recherche de Québec: CRISPR-Cas9: Die lorigine de la découverte | Sylvain Moineau.

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Die Biologen Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier entdeckten weitere Erkenntnisse dass "führt" hatte sich im bakteriellen Immunsystem entwickelt. Jeder Bakteriophage, dessen DNA dem erworbenen Erinnerungsfragment aus einer früheren Infektion entsprach, wurde von einer "geführten" Eliminierungsmaschinerie erkannt und abgetrennt. Zusammen ist das bakterielle Immunsystem, das Gedächtnisfragmente der Bakteriophagen-DNA und der Bakterienreaktionsmaschinerie umfasst, als CRISPR-Cas9-System bekannt.

Kommerzielle Ausbeutung der Entdeckung folgte. Doudna, Charpentier und andere erkannten, dass dieses neue biologische System genutzt werden kann, um Gene in jeder Lebensform zu bearbeiten.

 Bozeman Science: Was ist CRISPR?

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Das CRISPR-Cas9-System ist nicht das erste Gen-Editing-System, das entdeckt wurde. Der verstorbene Biochemiker Michael Smith wurde an der University of British Columbia mit einem Nobelpreis für 1993 für die Entdeckung einer chemischen Methode der Genbearbeitung mit Anwendungen, die für Krebs und andere Krankheiten relevant sind, ausgezeichnet.

UBC Science: Das Erbe von Dr. Michael Smith.

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Bakteriophagen als mögliche Lösung

D'Hérelle beobachtete, dass der gleiche Bakteriophage, der aus Patienten gewonnen wurde, die sich von der Dysenterie erholt hatten, zum Schutz von Kaninchen vor einer ansonsten tödlichen Infektion verwendet werden konnte. Bevor die Entdeckung von Antibiotika kam, inspirierte d'Hérelle die Entdeckung Sinclair Lewis Bakteriophagen-Therapie des Menschen in seinem Pulitzer-preisgekrönter Roman Arrowsmith.

Einer der größte Sammlung von Bakteriophagen ist weltweit an der Laval University. Sylvain Moineau ist der Kurator, und die Sammlung ist nach Felix d'Hérelle benannt.

Die Hoffnung ist jetzt, dass die Bakteriophagen-Therapie als mögliche Lösung angesehen werden kann Antibiotika Resistenz. Die Erwartungen an die Phagentherapie werden jedoch durch die derzeitige Ausbeutung der Krankheit in den Schatten gestellt kommerzielle Vorteile des CRISPR-Cas9-Systems.

Heute ist die Konsequenzen eine Büchse der Pandora zu öffnen, liegt auf uns. Die Anwendung des CRISPR-Cas9-Systems zur Generierung von Designern durch die "Keimbahn" -Erstellung von geernteten menschlichen Eiern würde dauerhafte Veränderungen erzeugen, die sich über mehrere Generationen hinweg fortsetzen Folgen des Atomkriegs und des Klimawandels.

Es gibt jedoch auch andere mögliche Anwendungen von CRISPR-Cas9 ohne Keimbahn, z. B. die Gen-Bearbeitung von Krankheiten. Dies wurde kürzlich erfolgreich für erreicht Muskeldystrophie bei Hunden. In Anlehnung an den Mythos der Büchse der Pandora könnte der Pessimismus bezüglich der "Keimbahn" -Generierung durch die Hoffnung auf einen zukünftigen Nutzen für die Menschheit aufgehoben werden.

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Über den Autor

John Bergeron, emeritierter Robert Reford Professor und Professor für Medizin am McGill, McGill Universität. John Bergeron erkennt Kathleen Dickson als Mitautorin dankbar an.

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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