Diterangkan: Hadiah Nobel dalam Kimia untuk gunting untuk mengedit gen

Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna berkongsi Hadiah untuk kimia CRISPR, yang membolehkan saintis 'cut-paste' di dalam urutan genetik. Ini mempunyai pelbagai kegunaan yang berpotensi, tetapi juga menimbulkan kebimbangan etika.

Pertama, penyelidik mencipta RNA panduan secara buatan, yang membantu membawa gunting genetik ke tempat dalam genom di mana pemotongan akan dibuat. Untuk mengedit gen, mereka secara khusus mereka bentuk templat DNA kecil. Apabila sel membaiki potongan, ia akan menggunakan templat DNA ini. Ini menukar kod dalam genom. (Johan Jarnestad/Akademi Sains Diraja Sweden)

Kesederhanaannya sering dibandingkan dengan mekanisme 'Cut-Copy-Paste' dalam mana-mana pemproses perkataan (atau mungkin, mekanisme 'Cari-Ganti' yang sama biasa), manakala penggunaannya berpotensi mengubah manusia, dan semua bentuk kehidupan lain. Ia berpotensi menghapuskan penyakit genetik, dan penyakit lain, melipatgandakan pengeluaran pertanian, membetulkan kecacatan, dan juga membuka kemungkinan yang lebih kontroversi untuk menghasilkan 'bayi pereka', dan membawa kesempurnaan kosmetik. Sebenarnya, apa-apa yang dikaitkan dengan fungsi gen boleh diperbetulkan, atau 'diedit'.

Teknologi CRISPR (singkatan dari Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) yang agak tidak elegan untuk penyuntingan gen telah mencetuskan keseronokan yang luar biasa sejak ia dibangunkan pada tahun 2012, kedua-duanya untuk janji yang dipegangnya dalam meningkatkan kualiti hidup, dan bahaya penyalahgunaannya. Beratus-ratus saintis dan makmal telah mula mengusahakan teknologi untuk pelbagai kegunaan. Dalam lapan tahun yang lalu, teknologi ini telah membawa rentetan anugerah dan penghormatan untuk pembangunnya. Pada hari Rabu, ia memuncak dengan Hadiah Nobel Kimia untuk dua wanita yang memulakan semuanya, Emmanuelle Charpentier dari Perancis, 52 tahun, dan Jennifer Doudna dari Amerika Syarikat, 56 tahun.

Ia mungkin satu-satunya masa dalam sejarah Hadiah Nobel bahawa dua wanita telah diisytiharkan sebagai pemenang tunggal.

Teknologi

Mengedit, atau mengubah suai, jujukan gen bukanlah perkara baharu. Ia telah berlaku selama beberapa dekad sekarang, terutamanya dalam bidang pertanian, di mana beberapa tanaman telah diubah suai secara genetik untuk memberikan ciri-ciri tertentu.

Tetapi apa yang telah dilakukan oleh CRISPR ialah menjadikan penyuntingan gen sangat mudah dan ringkas, dan pada masa yang sama sangat cekap. Dan kemungkinannya hampir tidak berkesudahan, kata Debojyoti Chakraborty yang bekerja dengan teknologi ini di CSIR-Institut Genomics and Integrative Biology yang berpangkalan di New Delhi.

Pada dasarnya, teknologi berfungsi dengan cara yang mudah — ia mencari kawasan khusus dalam urutan genetik yang telah didiagnosis sebagai punca masalah, memotongnya, dan menggantikannya dengan urutan baharu dan betul yang tidak lagi menyebabkan masalah.

Teknologi ini mereplikasi mekanisme pertahanan semula jadi dalam beberapa bakteria yang menggunakan kaedah yang sama untuk melindungi dirinya daripada serangan virus.

Molekul RNA diprogramkan untuk mencari urutan bermasalah tertentu pada helai DNA, dan protein khas yang dipanggil Cas9, yang kini sering digambarkan dalam kesusasteraan popular sebagai 'gunting genetik', digunakan untuk memecahkan dan membuang urutan bermasalah. Seutas DNA, apabila pecah, mempunyai kecenderungan semula jadi untuk membaiki dirinya sendiri. Tetapi mekanisme pembaikan automatik boleh membawa kepada pertumbuhan semula urutan yang bermasalah. Para saintis campur tangan semasa proses pembaikan automatik ini dengan membekalkan urutan kod genetik yang dikehendaki, yang menggantikan urutan asal. Ia seperti memotong bahagian zip panjang di suatu tempat di antaranya, dan menggantikan bahagian itu dengan bahagian yang baru.

Ekspres Diterangkankini dihidupkanTelegram. klik di sini untuk menyertai saluran kami (@ieexplained) dan sentiasa dikemas kini dengan yang terkini

Kerana keseluruhan proses boleh diprogramkan, ia mempunyai kecekapan yang luar biasa, dan telah membawa hasil yang hampir ajaib. Terdapat banyak penyakit dan gangguan, termasuk beberapa bentuk kanser, yang disebabkan oleh mutasi genetik yang tidak diingini. Ini semua boleh diperbaiki dengan teknologi ini. Terdapat aplikasi yang luas di tempat lain juga. Urutan genetik organisma penyebab penyakit boleh diubah untuk menjadikannya tidak berkesan. Gen tumbuhan boleh diedit untuk menjadikannya tahan terhadap perosak, atau meningkatkan toleransi mereka terhadap kemarau atau suhu.

Dari segi implikasinya, ini mungkin penemuan paling ketara dalam sains hayat selepas penemuan struktur double-helix molekul DNA pada 1950-an, kata Siddharth Tiwari dari Institut Bioteknologi Pertanian Makanan Kebangsaan yang berpangkalan di Mohali yang telah menggunakan teknologi CRISPR pada gen pokok pisang.

Emmanuelle Charpentier dan Jennifer Doudna, kerana menemui gunting genetik CRISPR/Cas9, yang boleh digunakan untuk menukar DNA benda hidup.

Pemenang

Charpentier dan Doudna bekerja secara bebas apabila mereka terjumpa pelbagai maklumat yang kemudiannya disatukan untuk dibangunkan menjadi teknologi ini. Charpentier, seorang ahli biologi ketika itu bekerja di makmal di Sweden, memerlukan kepakaran ahli biokimia untuk memproses maklumat baharu yang dia perolehi mengenai urutan genetik dalam bakteria tertentu yang dia telah usahakan dipanggil Streptococcus pyogenes.

Dia pernah mendengar tentang kerja Doudna di University of California, Berkeley, dan kedua-duanya kebetulan bertemu di persidangan saintifik di Puerto Rico pada 2011, menurut akaun yang diterbitkan di laman web Hadiah Nobel. Chapentier mencadangkan kerjasama, yang Doudna bersetuju. Kumpulan penyelidikan mereka kemudiannya bekerjasama dalam jarak jauh sepanjang tahun berikutnya. Dalam masa setahun mereka telah dapat menghasilkan teknologi revolusioner penyuntingan gen.

Beberapa saintis dan kumpulan penyelidik lain turut memberikan sumbangan penting dalam pembangunan teknologi ini. Seseorang seperti Virginijus Siksnys, ahli biokimia yang bekerja di Universiti Vilnius di Lithuania, diiktiraf secara meluas sebagai pencipta bersama teknologi ini. Malah, Siksnys berkongsi Hadiah Kavli 2018 dalam Nanosains dengan Doudna dan Chapentier untuk teknologi ini. Tetapi sumbangan mani kedua-dua wanita itu tidak dapat dipertikaikan. Pencapaian mereka telah diiktiraf melalui beberapa anugerah berprestij dalam beberapa tahun kebelakangan ini, termasuk Hadiah Terobosan dalam Sains Hayat pada 2015 dan Hadiah Serigala dalam Perubatan awal tahun ini.

Terdapat beberapa rungutan dalam komuniti saintifik tentang Nobel Kimia telah pergi kepada ahli biologi. Tetapi nampaknya ini bukan fenomena baru. Peranan utama kimia dalam sains hayat — di peringkat molekul, biologi pada dasarnya adalah kimia — telah memastikan bahawa peningkatan bilangan hadiah Nobel baru-baru ini telah dianugerahkan untuk kerja dalam bidang biokimia. Malah, kertas penyelidikan yang diterbitkan awal tahun ini telah menunjukkan peralihan beransur-ansur dalam sifat hadiah Kimia ini. Menurut Chemistry World, majalah berita yang diterbitkan oleh Royal Society of Chemistry, daripada 189 saintis yang dianugerahkan dengan Nobel Kimia setakat ini, 59 telah bekerja dalam bidang biokimia. Ini adalah lebih daripada mana-mana cabang kimia lain.

Baca juga | Hadiah Nobel untuk Fizik dan Ubat

Kebimbangan Etika

Pada November 2018, seorang penyelidik China di Shenzen mencipta sensasi antarabangsa dengan dakwaannya bahawa dia telah mengubah gen embrio manusia yang akhirnya mengakibatkan kelahiran bayi perempuan kembar. Ini adalah kes pertama yang didokumenkan tentang 'bayi pereka' yang dihasilkan menggunakan alat pengeditan gen baharu seperti CRISPR, dan menimbulkan kebimbangan etika yang betul-betul dibicarakan oleh saintis seperti Doudna.

Dalam kes kembar Cina, gen telah disunting untuk memastikan mereka tidak dijangkiti HIV, virus yang menyebabkan AIDS. Sifat istimewa ini kemudiannya akan diwarisi oleh generasi seterusnya juga. Kebimbangan bukan mengenai sebab teknologi itu digunakan sama seperti etika melahirkan bayi dengan ciri genetik tertentu. Para saintis menegaskan bahawa masalah dalam kes ini, potensi jangkitan kepada virus HIV, sudah mempunyai penyelesaian dan rawatan alternatif lain. Apa yang memburukkan keadaan ialah penyuntingan gen mungkin dilakukan tanpa sebarang kebenaran atau pengawasan kawal selia. Yang lain juga menegaskan bahawa walaupun teknologi CRISPR adalah sangat tepat, ia tidak 100 peratus tepat, dan ada kemungkinan beberapa gen lain juga boleh diubah secara tidak sengaja.

Doudna sendiri telah berkempen untuk pembangunan peraturan dan garis panduan antarabangsa untuk penggunaan teknologi CRISPR, dan telah menganjurkan penjeda umum aplikasi jenis ini sehingga masa itu.

Kongsi Dengan Rakan Anda: