CRISPR, przyszłość badań nad naukami przyrodniczymi, ale wciąż wiele do nauczenia

Dostarczone przez Lemelson-MIT

Nauka stara się wyjaśnić otaczający nas świat, a najbardziej satysfakcjonujące wyjaśnienia to takie, które pozwalają przewidzieć jeszcze nieznane zjawiska. Mendelejew nie tylko wyjaśnił wzory we właściwościach pierwiastków atomowych, ale także poprawnie przewidział istnienie ośmiu kolejnych pierwiastków. Przewidywanie nie tylko zapewnia satysfakcję intelektualną, ale przenosi naukę w sferę technologii, która umożliwia niezawodne i niezawodne aplikacje.

Modele predykcyjne w biologii są często budowane na obserwacjach, od Mendla wnioskującego prawa dziedziczenia z jego eksperymentów z hodowlą grochu i Darwina postulującego teorię ewolucji ze swoich szczegółowych badań flory i fauny po Franklina, Watsona i Cricka, które ostatecznie ujawniły strukturę DNA i jego podwójną strukturę śrubową. Pomimo tych i wielu innych znaczących postępów, nadal wyzwaniem jest wydestylowanie reguł życia w kompletne ramy zasad działania.

Dziś, dzięki połączeniu nowatorskich technologii i coraz większej wiedzy naukowej, naukowcy mierzą się właśnie z tym wyzwaniem. Wiele projektów na dużą skalę mających na celu obserwację życia w wysokiej rozdzielczości i kompleksowym przeglądzie jest w toku, w tym:

Feng Zhang jest zwycięzcą nagrody Lemelson-MIT w wysokości 500 000 USD w 2017 roku, która honoruje wynalazców w połowie kariery, których celem jest ulepszanie świata poprzez wybitne wynalazki technologiczne. Jest głównym członkiem Broad Institute of MIT i Harvard, badaczem w McGovern Institute for Brain Research, Jamesem i Patricią Poitras profesorem neurologii na MIT oraz profesorem nadzwyczajnym na wydziałach Brain and Cognitive Sciences and Biological Engineering w MIT . Zhang jest pionierem rewolucyjnej technologii edycji genów CRISPR, który otrzymał wiele nagród za swoją pracę. Planuje wykorzystać część pieniędzy z nagrody Lemelson-MIT na wsparcie programów edukacyjnych i innowacyjnych STEM, które rozwijają i wzbudzają zainteresowanie nauką i inżynierią wśród uczniów szkół średnich i średnich.

• Projekt 1000 Genomów, którego celem jest stworzenie kompleksowej bazy danych zmienności genetycznej człowieka – drobnych zmian w naszym DNA, które czynią każdego z nas wyjątkowym;
• Human Cell Atlas, globalny projekt mapowania każdego typu komórek w ciele, przedsięwzięcie, które będzie niezwykle pomocne w połączeniu planu genomowego DNA z rzeczywistymi strukturami zbudowanymi w ramach tych planów;
• Brain Connectome, który ma na celu opisanie pełnego schematu połączeń ludzkiego mózgu, umożliwiając naukowcom wykreślenie sposobów przetwarzania i łączenia informacji przez nasz mózg.

Dane i ustalenia z tych i wielu innych projektów pomagają naukowcom wyjaśnić mechanizmy złożonych procesów biologicznych, takich jak choroby i starzenie się.

Projekty te podkreślają głębię obserwacji, do jakich są teraz zdolni biolodzy, przyspieszając tempo, w jakim jesteśmy w stanie badać szerokość naturalnej różnorodności biologicznej. Badania oparte na ciekawości nieoczekiwanie doprowadziły do ​​powstania wielu transformacyjnych technologii i zastosowań. Rzeczywiście, niektóre z najpotężniejszych narzędzi do badań biologicznych powstały w wyniku podstawowych odkryć kierowanych ciekawością i zostały wykorzystane w naturze. Enzymy restrykcyjne, które pozyskiwano z bakterii, zapoczątkowały erę biologii molekularnej i umożliwiły produkcję ludzkiej insuliny przy użyciu bakterii. Nowszym przykładem jest rozwój adaptacyjnych układów odpornościowych drobnoustrojów, CRISPR, do edycji genów. Te naturalnie występujące systemy pomagają drobnoustrojom bronić się przed atakującymi wirusami za pomocą eleganckiego mechanizmu, który był badany przez mikrobiologów od ponad dwudziestu lat. W ostatnich latach komponenty systemów CRISPR, takie jak Cas9, zostały wykorzystane w komórkach ludzkich i obecnie przyspieszają rozwój w dziedzinie terapii ludzi, rolnictwa i badań naukowych na całym świecie. Chociaż zbadaliśmy tylko wierzchołek góry lodowej różnorodności biologicznej, jasne jest, że niektóre organizmy opracowały nowatorskie rozwiązania problemów biologicznych i można wiele zyskać, badając te niezwykłe mechanizmy.

Szybki rozwój nowych narzędzi molekularnych również wzajemnie poszerza naszą zdolność do badania różnorodności naturalnej. Przez prawie sto lat wiele badań w dziedzinie nauk przyrodniczych było prowadzonych przy użyciu garstki organizmów wybranych ze względu na ich przydatność do pracy laboratoryjnej. Szybko rozwijający się zestaw narzędzi molekularnych może być teraz stosowany o wiele szerzej, otwierając dostęp do niezliczonych nowych gatunków, od salamandry o wyjątkowych zdolnościach regeneracyjnych po naturalne odmiany roślin, które są odporne na suszę. Co więcej, naukowcy mogą teraz zdecydować się na badanie swoich konkretnych pytań przy użyciu najbardziej odpowiednich systemów modelowych, zamiast ograniczać się do kilku szczepów laboratoryjnych, które mają ograniczoną zdolność do modelowania chorób człowieka.

Razem te dwa sposoby obserwacji napędzają boom w biotechnologii. Dane z dogłębnych obserwacji ludzkiego genomu są wykorzystywane do opracowywania i opracowywania środków terapeutycznych, podczas gdy szeroko zakrojone badania społeczności drobnoustrojów identyfikują nowe enzymy o zastosowaniach biotechnologicznych.

Biorąc pod uwagę wszystkie te ekscytujące osiągnięcia w badaniach nauk przyrodniczych i biotechnologii, jeszcze ważniejsze niż kiedykolwiek jest zapewnienie możliwości szkolenia i mentoringu studentom zainteresowanym naukami ścisłymi i inżynierią, zwłaszcza studentom z różnych środowisk. Jestem głęboko wdzięczny licznym mentorom i doświadczeniom edukacyjnym w nauce i inżynierii, od których miałem szczęście uczyć się we własnej edukacji. Przeznaczę część pieniędzy z nagrody Lemelson-MIT na wspieranie edukacji i innowacji STEM, w tym organizacji wspierających, takich jak Centre for Excellence in Education i Society for Science and the Public, które sponsorują programy, które odegrały ważną rolę w pomaganiu gimnazjaliści i licealiści rozwijają i celebrują swoje zainteresowania naukowo-techniczne. To ekscytujący czas w biologii i możemy zrobić o wiele więcej, aby wychować następne pokolenie naukowców i inżynierów, którzy będą tworzyć nowe technologie transformacyjne, które rozwiążą liczne ważne wyzwania, przed którymi stoi dzisiejszy świat.

Feng Zhang jest zwycięzcą konkursu Nagroda Lemelsona-MIT w wysokości 500 000 USD , który honoruje wynalazców w połowie kariery, którzy poświęcili się ulepszaniu świata poprzez wybitne wynalazki technologiczne. Jest członkiem podstawowym Broad Institute of MIT i Harvard

ukryć