CRISPR का वाइल्ड फर्स्ट डिकेड केवल इसकी क्षमता की सतह को खरोंचता है

दस साल पहले, एक अल्पज्ञात जीवाणु रक्षा तंत्र एक शक्तिशाली जीनोम संपादक के रूप में प्रसिद्धि के लिए आसमान छू गया। एक दशक के बाद से, CRISPR-Cas9 ने कई वेरिएंट को अलग कर दिया है, एक व्यापक टूलबॉक्स में विस्तार किया है जो जीवन के आनुवंशिक कोड को संपादित कर सकता है।

एक हाथीदांत टावर पीछा से दूर, अनुसंधान, स्वास्थ्य देखभाल और कृषि में इसका व्यावहारिक उपयोग तेजी से और उग्र हो गया।

आपने सुर्खियाँ देखी हैं। एफडीए ने में इसके उपयोग को मंजूरी दी सिकल सेल रोग के लिए अंतर्निहित आनुवंशिक उत्परिवर्तन से निपटना. कुछ शोधकर्ता बच्चों में अनुपचारित रक्त कैंसर से लड़ने के लिए संपादित प्रतिरक्षा कोशिकाएं. दूसरों ने लिया सुअर से मानव अंग प्रत्यारोपण दाता अंगों की कमी को दूर करने के प्रयास में स्वप्न से वास्तविकता तक। हाल के काम का उद्देश्य उच्च कोलेस्ट्रॉल वाले लाखों लोगों की मदद करना है - और संभावित रूप से सीआरआईएसपीआर-आधारित जीन थेरेपी को जन-जन तक पहुंचाना है हृदय रोग की संभावना को कम करना एक इंजेक्शन के साथ।

लेकिन सीआरआईएसपीआर विकसित करने में अपनी भूमिका के लिए 2020 में नोबेल पुरस्कार जीतने वाली डॉ. जेनिफर डौडना के लिए, हम सिर्फ इसकी क्षमता की सतह को खरोंच रहे हैं। स्नातक छात्र जॉय वांग के साथ, डौडना ने प्रौद्योगिकी के अगले दशक के लिए एक रोडमैप तैयार किया एक लेख में in विज्ञान.

यदि 2010 में CRISPR टूलबॉक्स की स्थापना और इसकी प्रभावशीलता को साबित करने पर ध्यान केंद्रित किया गया था, तो यह दशक तब है जब प्रौद्योगिकी अपनी पूरी क्षमता तक पहुंचती है। लेखकों ने लिखा है कि सीआरआईएसपीआर-आधारित उपचारों और रोग निदान के लिए बड़े पैमाने पर स्क्रीन से इंजीनियरिंग उच्च उपज वाली फसलों और पौष्टिक खाद्य पदार्थों तक, प्रौद्योगिकी "और इसका संभावित प्रभाव अभी भी अपने प्रारंभिक चरण में है"।

हाइलाइट्स का एक दशक

हमने CRISPR अग्रिमों पर बहुत स्याही गिराई है, लेकिन यह भविष्य की भविष्यवाणी करने के लिए अतीत को फिर से देखने के लिए भुगतान करता है - और संभावित रूप से रास्ते में आने वाली समस्याओं को दूर करता है।

एक प्रारंभिक हाइलाइट सीआरआईएसपीआर की बीमारी के पशु मॉडल को तेजी से इंजीनियर करने की अविश्वसनीय क्षमता थी। इसका मूल रूप एक बहुत ही प्रारंभिक भ्रूण में एक लक्षित जीन को आसानी से दूर कर देता है, जो गर्भ में प्रत्यारोपित होने पर पिछले तरीकों का उपयोग करके एक वर्ष की तुलना में केवल एक महीने में आनुवंशिक रूप से संशोधित चूहों को उत्पन्न कर सकता है। अतिरिक्त सीआरआईएसपीआर संस्करण, जैसे बेस एडिटिंग- एक जेनेटिक लेटर को दूसरे के लिए स्वैप करना- और प्राइम एडिटिंग- जो दोनों स्ट्रैंड्स को काटे बिना डीएनए को स्निप करता है- इंजीनियरिंग जेनेटिक रूप से परिवर्तित ऑर्गेनोइड्स में टूलकिट के लचीलेपन को और बढ़ाता है (मिनी-दिमाग सोचो) और जानवर। सीआरआईएसपीआर ने हमारे कुछ सबसे विनाशकारी और परेशान करने वाली बीमारियों के लिए तेजी से दर्जनों मॉडल स्थापित किए, जिनमें विभिन्न कैंसर, अल्जाइमर और ड्यूकेन मस्कुलर डिस्ट्रॉफी शामिल हैं- एक अपक्षयी विकार जिसमें मांसपेशियां धीरे-धीरे खत्म हो जाती हैं। दर्जनों CRISPR-आधारित परीक्षण अब हैं कार्यों में.

CRISPR ने बड़े डेटा युग में जेनेटिक स्क्रीनिंग को भी गति दी। एक समय में एक जीन को लक्षित करने के बजाय, अब समानांतर में हजारों जीनों को चुप करना या सक्रिय करना संभव है, जैविक परिवर्तनों में अनुवांशिक गड़बड़ी का अनुवाद करने के लिए एक प्रकार का रोसेटा पत्थर बनाते हैं। यह आनुवंशिक बातचीत को समझने के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जैसे कि कैंसर या वृद्धावस्था में जो हम पहले गुप्त नहीं थे, और दवा के विकास के लिए नए गोला-बारूद प्राप्त कर रहे थे।

लेकिन CRISPR के लिए एक बड़ी उपलब्धि मल्टीप्लेक्स एडिटिंग थी। एक साथ कई पियानो कुंजियों पर टैप करने की तरह, इस प्रकार की जेनेटिक इंजीनियरिंग कई विशिष्ट डीएनए क्षेत्रों को लक्षित करती है, एक ही बार में जीनोम के जेनेटिक मेकअप को तेजी से बदल देती है।

प्रौद्योगिकी पौधों और जानवरों में काम करती है। कल्पों के लिए, लोगों ने वांछित विशेषताओं के साथ श्रमसाध्य फसलों को पाला है - चाहे वह रंग, आकार, स्वाद, पोषण, या रोग प्रतिरोधक क्षमता हो। CRISPR सिर्फ एक पीढ़ी में कई लक्षणों का चयन करने या यहां तक ​​कि नई फसलों को उगाने में मदद कर सकता है। CRISPR-जनित हॉर्नलेस बैल, पोषक तत्वों से भरपूर टमाटर, और हाइपर-मस्कुलर फार्म जानवर और मछली पहले से ही हकीकत हैं। दुनिया की आबादी के साथ 8 में 2022 बिलियन मार रहा है और लाखों भूख से तड़प रहे हैं, CRISPRed-फसलें जीवन रेखा दे सकती हैं—अर्थात्, यदि लोग प्रौद्योगिकी को स्वीकार करने के इच्छुक हैं।

पथ आगे

कहाँ हम यहाँ से जाते हो?

लेखकों के लिए, हमें सीआरआईएसपीआर की प्रभावशीलता को और बढ़ावा देने और विश्वास बनाने की जरूरत है। इसका मतलब है कि टूल की संपादन सटीकता और सटीकता बढ़ाने के लिए मूल बातों पर वापस जाना। यहां, सीआरआईएसपीआर मशीनरी के "कैंची" घटक कैस एंजाइम को तेजी से विकसित करने के लिए प्लेटफॉर्म महत्वपूर्ण हैं।

पहले भी हो चुकी हैं सफलताएं: एक कैस संस्करण, उदाहरण के लिये, लक्षित घटक के लिए एक रेलिंग के रूप में कार्य करता है- sgRNA "ब्लडहाउंड"। क्लासिक सीआरआईएसपीआर में, एसजीआरएनए अकेले काम करता है, लेकिन इस अद्यतन संस्करण में, यह कैस सहायता के बिना बाध्य करने के लिए संघर्ष करता है। यह तरकीब एक विशिष्ट डीएनए साइट को संपादित करने में मदद करती है और सटीकता बढ़ाती है ताकि कट भविष्यवाणी के अनुसार काम करे।

इसी तरह की रणनीतियाँ कम दुष्प्रभावों के साथ सटीकता को भी बढ़ा सकती हैं या कोशिकाओं में नए जीन सम्मिलित कर सकती हैं जैसे कि न्यूरॉन्स और अन्य जो अब विभाजित नहीं होते हैं। जबकि प्राइम एडिटिंग के साथ पहले से ही संभव है, इसकी दक्षता हो सकती है 30 गुना कम क्लासिक CRISPR तंत्र की तुलना में।

लेखकों ने कहा, "अगले दशक में प्राइम एडिटिंग का एक मुख्य लक्ष्य संपादन उत्पाद की शुद्धता से समझौता किए बिना दक्षता में सुधार करना है - एक ऐसा परिणाम जिसमें प्राइम एडिटिंग को सटीक एडिटिंग के लिए सबसे बहुमुखी उपकरणों में से एक में बदलने की क्षमता है।"

लेकिन शायद अधिक महत्वपूर्ण प्रसव है, जो विशेष रूप से चिकित्सीय के लिए एक अड़चन बनी हुई है। वर्तमान में, CRISPR का उपयोग आम तौर पर शरीर के बाहर की कोशिकाओं पर किया जाता है, जो कि CAR-T के मामले में या कुछ मामलों में, एक वायरल कैरियर के लिए सीमित या फैटी बुलबुले में encapsulated और शरीर में इंजेक्ट किया जाता है। ये रही हैं सफलताएं: 2021 में, FDA ने मंजूरी दे दी पहला CRISPR- आधारित शॉट एक आनुवंशिक रक्त रोग से निपटने के लिए, ट्रान्सथायरेटिन एमाइलॉयडोसिस।

फिर भी दोनों रणनीतियाँ समस्याग्रस्त हैं: कई प्रकार की कोशिकाएँ CAR-T उपचार से बच नहीं सकती हैं - जब शरीर में पुन: पेश किया जाता है तो मर जाती है - और विशिष्ट ऊतकों और अंगों को लक्षित करना इंजेक्शन योग्य उपचारों के लिए ज्यादातर पहुंच से बाहर रहता है।

अगले दशक के लिए एक महत्वपूर्ण अग्रिम, लेखकों ने कहा, सीआरआईएसपीआर कार्गो को बिना किसी नुकसान के लक्षित ऊतक में शटल करना और जीन संपादक को अपने इच्छित स्थान पर छोड़ना है। इनमें से प्रत्येक कदम, हालांकि कागज पर सरल प्रतीत होता है, अपनी चुनौतियों का एक सेट प्रस्तुत करता है जिसे दूर करने के लिए बायोइंजीनियरिंग और नवाचार दोनों की आवश्यकता होगी।

अंत में, CRISPR अन्य तकनीकी प्रगति के साथ तालमेल बिठा सकता है, लेखकों ने कहा। उदाहरण के लिए, सेल इमेजिंग और मशीन लर्निंग में टैप करके, हम जल्द ही और भी कुशल जीनोम संपादकों को इंजीनियर बना सकते हैं। करने के लिए धन्यवाद तेजी से और सस्ता डीएनए अनुक्रमण, फिर हम आसानी से जीन-संपादन के परिणामों की निगरानी कर सकते हैं। ये डेटा तब एक प्रकार का फीडबैक तंत्र प्रदान कर सकते हैं जिसके साथ एक गुणी पाश में और भी शक्तिशाली जीनोम संपादकों को इंजीनियर किया जा सकता है।

वास्तविक-विश्व प्रभाव

लेखकों ने कहा कि हालांकि सीआरआईएसपीआर टूलबॉक्स का और विस्तार एजेंडे में है, लेकिन तकनीक अपने दूसरे दशक में वास्तविक दुनिया को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त रूप से परिपक्व है।

निकट भविष्य में, हमें "नैदानिक ​​​​परीक्षणों के बाद के चरणों में जाने वाले सीआरआईएसपीआर-आधारित उपचारों की संख्या में वृद्धि" देखनी चाहिए। आगे की ओर देखते हुए, प्रौद्योगिकी, या इसके प्रकार, प्रयोगात्मक के बजाय सुअर-से-मानव अंग xenotransplants को नियमित बना सकते हैं। जीन के लिए बड़े पैमाने पर स्क्रीन जो उम्र बढ़ने या अपक्षयी मस्तिष्क या हृदय रोगों का कारण बनती हैं - आज हमारे शीर्ष हत्यारे - रोगनिरोधी CRISPR- आधारित उपचार प्राप्त कर सकते हैं। यह कोई आसान काम नहीं है: हमें बहुपक्षीय आनुवंशिक रोगों के अंतर्निहित आनुवंशिकी के ज्ञान की आवश्यकता है - अर्थात, जब कई जीन खेल में आते हैं - और संपादन उपकरण को उनके लक्ष्य तक पहुँचाने का एक तरीका। लेखकों ने कहा, "लेकिन संभावित लाभ आज की तुलना में इन क्षेत्रों में नवाचार को आगे बढ़ा सकते हैं।"

फिर भी अधिक शक्ति के साथ अधिक जिम्मेदारी आती है। सीआरआईएसपीआर बहुत तेज गति से आगे बढ़ा है, और नियामक एजेंसियां ​​और जनता अभी भी इसे पकड़ने के लिए संघर्ष कर रही है। शायद सबसे कुख्यात उदाहरण था CRISPR बच्चे, जहां वैश्विक नैतिक दिशानिर्देशों के विरुद्ध प्रयोग किए गए चलनेवाला मानव रोगाणु-कोशिका संपादन के लिए एक लाल रेखा निर्धारित करने के लिए एक अंतरराष्ट्रीय संघ।

इसी तरह, आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ) एक विवादास्पद विषय बने हुए हैं। यद्यपि CRISPR पिछले आनुवंशिक उपकरणों की तुलना में कहीं अधिक सटीक है, यह उपभोक्ताओं पर निर्भर करेगा कि वे स्वागत करें या नहीं मानव-विकसित खाद्य पदार्थों की एक नई पीढ़ी- पौधे और जानवर दोनों।

ये हैं महत्वपूर्ण वार्तालाप जिन्हें वैश्विक प्रवचन की आवश्यकता है CRISPR अपने दूसरे दशक में प्रवेश कर रहा है। लेकिन लेखकों के लिए, भविष्य उज्जवल दिखता है।

उन्होंने कहा, "जिस तरह सीआरआईएसपीआर जीनोम एडिटिंग के आगमन के दौरान, वैज्ञानिक जिज्ञासा और समाज को लाभ पहुंचाने की इच्छा का संयोजन सीआरआईएसपीआर प्रौद्योगिकी में अगले दशक के नवाचार को आगे बढ़ाएगा।" "प्राकृतिक दुनिया का पता लगाने के लिए जारी रखने से, हम वह खोज लेंगे जिसकी कल्पना नहीं की जा सकती है और इसे ग्रह के लाभ के लिए वास्तविक दुनिया में उपयोग में लाया जा सकता है।"

छवि क्रेडिट: NIH

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/