Genetski inženjering- kratka istorija

Razumevanje istorije uređivanja genoma je važno za razumevanje trenutnog stanja na tom području, aktuelno u vezi najnovijih vakcina ( covid 19)onih u kojima su primenjene metode genetičkog inženjeringa. Oxford-AstraZeneca vakcina protiv Covid-19 izgrađeno je na principu spajanja DNK iz dva virusa, jednog kako bi vakcina ušla u celije, a drugog kako bi izazvalo imunološki odgovor. Jedan od istaknutijih naučnika iz ove oblasti, akter prvih opasnih eksperimenata, dobitnik Nobelove nagrade, čiji su rezultati rada primenjeni upravo u ovoj vakcini, nije bez razloga upozorio na posledice mogućih manipulacija ili slučajnog bekstva virusa iz laboratorija, dilema koju je izazvala pandemija kovida ( vidi fus notu 1) i najnovija pojava informacija o opasnijem virusu X. Često se pitamo kako neki događaji uspevaju da eskaliraju, ne spreče katastrofe. Ovo je primer istorijskog procesa - korak po korak nauke, tehnologije, koji vodi u nepoznato. Istorija je ne jednom pokazala da plemeniti porivi završe neslavno u rukama manipulanata. Genetika je najoptimalniji prostor za izmenu ne samo nas nego i celog ekosistema prirode.

1953: Otkriće dvostruke spirale

Strukturu DNK ("dvostruka spirala")uveli su 1953. James Watson i Francis Crick, što je dovelo do modernog proučavanja biologije i genetike. Ovo je bila jedna od najvažnijih ranih prekretnica koja je definisala genetiku, kakvu danas poznajemo, i bila je okosnica mnogih budućih otkrića koja dolaze iz sveta biologije.

Ovo se otkriće naširoko smatra jednim od najznačajnijih ranih događaja na polju genetike, no ipak važna osoba često nedostaje u priči. Watson & Crick su svoje otkriće zahvalili radu svoje kolegice Rosalind Franklin, bez čijih rendgenskih difrakcijskih slika DNK proteina u ranim 1950-ima, nikada ne bi razmišljali o ideji dvostruke spirale.

1958: DNK je prvi put napravljen u epruveti

Arthur Kornberg je radio na projektu sinteze DNK od ranih 1950-ih. Godine 1953., kada se svih pet nukleotida moglo sintetizovati u laboratoriju, odlučio je usmeriti svoj fokus na preostale faktore potrebne za sintezu DNA - enzime koji sastavljaju nukleotide u DNA ili RNA. Izolovao je DNA polimerazu iz bakterijskih ekstrakata i unutar godinu dana po prvi put uspešno sintetizovao DNA in vitro. Kornberg je za ovo izvanredno postignuće dobio Nobelovu nagradu .

Zanimljivo, njegove početne radove koji objavljuju njegove podatke o sintezi DNA odbacio je The Journal of Biological Chemistry ; neki su recenzenti odbili nazvati proizvod "DNK" i predložili izraz "polideoksiribonukleotid" (jedan je zahtevao dokaz genetske aktivnosti). Kornberg je povukao svoje radove sve dok se novi urednik nije pridružio JBC-ju 1958.

1960-e: Otkrivanje i povezivanje DNK

Za istoriju uređivanja gena važni su počeci genetskog inženjeringa koji nas vraćaju u Silicijsku dolinu ranih 1960-ih. U 60-ima je došlo do eksplozije istraživanja strukture i funkcije prokariotskog i virusnog genetskog materijala.

 

1962: Protein meduze pretvara se u alat za posmatranje nevidljivih celijskih procesa 

 Zeleni fluorescentni protein (GFP) prirodno je prisutan u meduzi Aequorea Victoria i fluorescira zelenom svetlošću kada je izložen plavoj valnoj duzini. Godine 1962. Osamu Shimomura izolovao je ovaj protein, a istraživači Martin Chalfie i Roger Tsien dalje su ga razvili u nezamenjiv biološki alat.

Ovo je postignuće bilo važno za polje genetike jer spajanjem GFP gena s drugim genom koji proizvodi protein od interesa u plazmidu, naucnici mogu odrediti koja celija izražava njihov ciljni gen. Godine 2008. tri su istraživača zajedno osvojila Nobelovu nagradu za hemiju za svoje otkriće i razvoj zelenog fluorescentnog proteina.

1967: Ligacija DNK povezuje fragmente DNK zajedno

Otkriće DNA ligaza smatra se ključnom tačkom u molekularnoj biologiji, jer su neophodne za popravak i replikaciju DNA u svim organizmima. U biti, katalizovanje stvaranja fosfodiesterske veze omogućuje spajanje lanaca DNK. To je pomoglo utrti put drugim eksperimentima "spajanja" u 1960-ima i ranim 1970-ima, zajedničkim naporima laboratorija Gellert, Lehman, Richardson i Hurwitz, koji su doveli do stvaranja rekombinantne DNK.

1968: Otkriće restrikcijskih enzima

                                                                   Werner Arber, 1978

Ova ideja o restrikcijskim enzimima započela je kao hipoteza Wernera Arbera koji je primeetio da se određeni bakterijski sojevi bore protiv infekcije bakteriofaga odsecanjem njegove DNA. Zašto te molekularne makaze ne odseku vlastitu DNK bakterije?

bakteriofag-ubica bakterija ( prirodne virusne čestice koje se smatraju najrasprostranjenijim organizmom na Zemlji. Samo u 1 ml čiste vode ima oko 200 miliona bakteriofaga.Bakteriofagi postoje oduvek, a njihov jedini zadatak je držati pod kontrolom zemaljsku populaciju bakterija, gde god ih sretnu: u morima i jezerima, pod zemljom, u životinjama i ljudima. Svaki dan bakteriofagi ubiju gotovo polovinu svih bakterija u našim oceanima.)

Arber je pretpostavio da bakterijske stanice proizvode dve vrste enzima: jedan koji se naziva "restrikcijski" enzim koji može identifikovati i rezati stranu DNK, i "modifikacijski" enzim koji prepoznaje DNK domaćina i štiti ga od cepanja. Ova hipoteza je dokazana u eksperimentu u kojem su iz E. coli izolovana dva enzima . Modifikacijski enzim, metilaza, zaštitio je DNA bakterije, dok je restrikcijski enzim odrezao fagnu (nemetiliranu) DNA.

1970-e: Genetski inženjering neočekivano uzima maha

Do 1972. istraživači su stvorili prvu kimernu rekombinantnu DNA klonirajuću molekulu SV40 u plazmidnu DNA. U ovom trenutku u istoriji uređivanja gena, ova decenija pokazuje temeljna postignuća koja su isklesala genetiku za sve buduće naucnike.

Tehnologija rekombinantne DNK je spajanje molekula DNK dve različite vrste. Rekombinovana molekula DNK umeće se u organizam domaćina kako bi se proizvele nove genetske kombinacije 

  1970: Pročišćavanje restrikcijskih enzima tipa II

                                                            Hamilton Smith i Daniel Nathans

Hamilton Smith, molekularni biolog na Medicinskom fakultetu Univerziteta Johns Hopkins, radio je na bakteriji Haemophilus influenzae Rd 1970-ih. Godine 1972. uspešno je pročistio prvi restrikcijski enzim tip II specifičan za mesto nazvano Hind II iz ove bakterije. ( Restrikcijski enzimi su oni koje je " otkrio" Arber - kao delove bakteriofaga- oni režu (seku ) molekulu DNK.- kod napada virusa ovaj enzim bakteriofaga prepoznaje cuda DNK i " makazama ga reze i onesposobljava. Medjutim taj princip se koristi da bi se usmereno „parčao" DNK. Zato su ovi enzimi među najdelotvornijim i najšire primnjivanim sredstvima u ciljanim istraživanjima u oblasti genetičkog inženjerstva i biotehnologije)

On i njegov tim takođe su identifikovali sekvencu DNK faga od 6 parova baza koju je Hind II prepoznao za cepanje specifično za mesto.( specifičnost mesta reza omogućava bolje upoznavanje specifične strukture pojedinih sekvenci DNK.)

Ovo razumevanje načina na koji restrikcijski enzimi "režu" DNK i kako DNK domaćina radi da bi se zaštitila osnova je za savremene terapije genetskog inženjeringa koje se razvijaju i za CRISPR.

1971: Eksperiment spajanja gena utire put rekombinantnoj DNK (rDNK)

Paul Berg postao je prvi naucnik koji je uspeo stvoriti rekombinantnu DNK iz više od jedne vrste, što je postalo poznato kao metoda "izreži i spoji". Izrezao je DNK iz dva virusa stvarajući "lepljive krajeve"; DNK je zatim inkubirana, krajevi bi se sami žarili, a dodavanjem DNK ligaze bi se zatvorilo.

 

                                                                      Paul Berg

Ovo je dokazalo valjanost teorije da je moguće da bilo koje dve molekule DNK budu kovalentno povezane. Ovo postignuće smatralo se temeljnim korakom u području genetskog inženjeringa i bilo je najveća odskočna daska prema stvaranju rekombinantne DNA.

Paul Berg  ( vidi fus notu 2 )dobio je Nobelovu nagradu za hemiju 1980. godine (deli je s Walterom Gilbertom i Frederickom Sangerom) za "njegove temeljne studije biohemijske nukleinskih kiselina, s posebnim osvrtom na rekombinantnu DNA".

1971: Restrikcijski enzimi tipa II koji se koriste za mapiranje DNK

Nakon što su otkriveni prvi restrikcijski enzimi, Daniel Nathans testirao ih je na virusnom genomu SV40. Otkrio je da restrikcijski enzim koji je Smith otkrio reže virusnu genomsku DNK na 11 fragmenata. Proširujući svoj rad otkrićem više restrikcijskih enzima u budućnosti, Nathans je pokazao korisnost restrikcijskih enzima u mapiranju DNA sekvenci.

Takođe su bio u mogućnosti odvojiti fragmente virusne DNA pomoću gel elektroforeze. Ovaj Nathansov skok pomogao je podići Smithovo otkriće na viši nivo i bio je ključni budući rad u mapiranju genoma mnogih različitih organizama.

Godine 1978. Werner, Nathans i Smith dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu za otkrivanje i izolaciju restrikcijskih enzima i prepoznavanje njihove primene u rešavanju problema molekularne genetike.

1972: Stvorena je rekombinantna DNA (rDNA)

Svi ovi eksperimenti i otkrića s DNK doveli su do ovog trenutka: stvaranja rekombinantne DNK (rDNK). Ova rDNA, u biti, je DNA koja je stvorena kombinacijom elemenata DNA iz različitih organizama. Unošenjem genetskog materijala iz jednog organizma u drugi ovo je otkriće postavilo principe moderne genetike i bilo temelj mnogih budućih eksperimenata.

Ključ rDNA je da se može prirodno replicirati, uprkos tome što je vestacki uveden u drugi organizam, a to je bilo postignuće Stanleya N. Cohena i Herberta W. Boyera 1972. godine.

1974: Moratorij Nacionalne akademije na eksperimente genetskog inženjeringa

Svi ovi razvoji bili su izvrsni za nauku, ali s ovim nedavnim postignućima u spajanju DNK zajedno, Nacionalnoj akademiji nauke postalo je očito da postoje etičke opasnosti povezane s ovim eksperimentima. Predložili su privremeni moratorij na sve pokuse genetskog inženjeringa 1974. godine.

Uvidevši važnost ovog područja proučavanja, Paul Berg, pionir rekombinantne DNA, organizovao je Asilomarsku konferenciju 1975. godine, na kojoj je bilo preko 100 naucnika s tog područja. Na ovoj konferenciji razvijene su i dogovorene mnoge etičke ideje vezane uz genetske pokuse, koje se još uvek pridržavaju u modernom genetičkom inženjeringu.

Joshua Lederberg, profesor sa Stanforda, izašao je s ove konferencije kao snažan glas koji je istaknuo potencijal tehnologije rekombinantne DNK za lečenje bolesti. Njegov optimizam i predviđanje utopili su strahove o korištenju ove tehnologije za bolesti, uključujući eugeniku ili "superbakterijske" zarazne bolesti. Sada dobitnik Nobelove nagrade, Lederbergov argument za uspešnu buduću upotrebu rekombinantne tehnologije otvorio je zlatno doba za nauku i biotehnologiju.

1975: Hybridoma tehnologija revolucionise dijagnostiku

Ljudska B stanica ima neverovatnu prirodnu sposobnost kloniranja, proizvodeći identična antitela poznata kao "monoklonska antitela", koja pomažu u borbi protiv imunoloških bolesti. George Kohler i César Milstein pronašli su način oponašanja ovog efekta spajanjem celija meloma (rak plazma stanica) s B stanicama koje proizvode antitela. Ova fuzija omogucava celiji brzu deobu, što omogućava uzgoj velikog broja celija koje proizvode antitela.

Zanimljivo, njihov rad je započeo nezavisno, jer je Kohler stvorio celije koje proizvode vrlo specifična antitela, ali nisu dugo preživele, dok je Milstein imao antitela nepoznate specifičnosti, ali su se množila i rasla zauvek. Kombinirajući svoj rad, uspeli su napraviti monoklonska antitela s neverovatnom preciznošću, koja su se podelila i nastavila to raditi - i preživela - zauvek, u biti revolucionirajući modernu genetsku dijagnostiku i imunološke tretmane.

1980-e: Izum vakcina i lečenje ljudi

1980-e bile su tačka na vremenskoj liniji genetskog inženjeringa koja je mnoge genetske pokuse pretvorila u proizvode i ideje stvarnog sveta, menjajući okolinu onoga što je trebalo doći u 1990-ima. Usredotočujući se na vakcine i tretmane, 80-e su bile razdoblje koje je jasno pokazalo predanost nauke u rešavanju mnogih ljudskih problema korištenjem naše vlastite DNK.

1981: Prva transgena životinja

Transgena životinja je svaka životinja kojoj je u genom namerno umetnut gen stranog organizma. Danas je generisanje transgenih životinja za eksperimente u nauci prilično uobičajeno korištenjem modernih metoda uređivanja genoma, ali što se tiče istorije genetski modifikovanih životinja, ovaj proces prvi je započeo s istraživačkim timom pod vodstvom Thomasa Wagnera na Univerzitetu Ohio 1981. godine . Wagner i njegov tim preneli su gen zeca u genom miša koristeći metodu koja je sada standardna u genetici poznata kao "mikroinekcija DNK". Njihov eksperiment otvorio je put revolucionarnim eksperimentima s transgenim životinjama u godinama koje slede.

1982.: Prvi ljudski lek genetski modifikovan - sintetski inzulin2 Trka u biotehnološkoj igri traje više od 40 godina. Genentechov naucnik, Dennis Kleid, pomogao je da se napravi prvi svetski genetski modificirani lek - inzulin - na tržište za ljude. Inzulin se veći deo stoleća koristio za lečenje pacijenata koji boluju od dijabetesa tipa I. Istorijski gledano, inzulin se prikupljao od životinja, i iako je sličan ljudskom inzulinu, životinjski inzulin ima nekoliko značajnih razlika.

Šta više, 1978. godine, jedna funta inzulina zahtevala je 8000 funti žlezda gušterače od 23.500 životinja. To je zahtevalo 56 miliona životinja godišnje kako bi se zadovoljila sve veća potražnja u Sjedinjenim Državama; očito je bila potrebna sintetička alternativa. Ovo se smatra odlučujućim trenutkom u istoriji Genentecha, kao i odlučujućim trenutkom za koncept genetski modifikovanih lekova koji se odobravaju za ljudsku prehranu.

1983: Razvoj lančane reakcije polimeraze (PCR)

Otkriće lančane reakcije polimeraze (PCR) bilo je sastavni deo kasnijih DNK eksperimenata i otkrića, budući da se koristi za izradu mnogih kopija specifičnog segmenta DNK. Provođenjem lančane reakcije, svaka kopija DNK sekvence se pojačava kako bi se napravilo više kopija i moglo generisati hiljade ili čak milione kopija.

Ovo otkriće PCR tehnike od strane Karya Mullisa učinilo je DNK daleko dostupnijom naucnicima jer je smanjio vreme potrebno za "kloniranje" DNK, što je pre zahtevalo njeno rezanje na hiljade parova baza, njihovu izolaciju i uzgoj u bakterijskim kolonijama, pronalaženje pravog segmenta, a zatim dalje razvijanje. Faktor zbog kog je ova tehnika DNK eksperimente učinila efikasnijim i "izvedivima" ne može se zaboraviti i podceniti.

1985.: Otkriće nukleaze cinkovog prsta (ZFN)

Verovatno prva tehnika za visoko ciljano inženjerstvo genoma, otkriće nukleaza cinkovog prsta (ZFN) poboljšalo je efekat ciljanja gena na nekoliko načina. Cinkovi prsti pomažu u "prepoznavanju" DNK, omogućujući dizajn ZFN-ova za niz različitih genomskih ciljeva koji variraju u različitim vrstama celija i organizama.

Svaki ZFN specifično se veže na skup od tri para baza i može se kombinovati za prepoznavanje dužih sekvenci DNK. Istraživači su spojili enzim za rezanje DNK FokI sa ZFN veznom domenom za DNK kako bi stvorili "genomske makaze" koje mogu cepati DNK na određenom mestu, stvarajući dvolančani prekid (DSB) u DNK. Ako se obrazac za popravak ko-transfektuje u celiju, tada će deo celije proći kroz homolognu rekombinaciju, gde stanica inkorporira predložak od interesa u specifičnu prelomnu tačku. Ova nova tehnika pomogla je promovisati ideju genetike "unazad" u odnosu na genetiku "napred" : s napred, naucnik generise nasumične mutacije tražeći nešto značajno, a zatim karakterizuje gen za koji vjeruje da je odgovoran za mutaciju. Zahvaljujući metodama izolacije gena poput ZFN-a, u mogućnosti smo identifikovati tačan gen koji uzrokuje mutaciju i posebno ga napasti.

VAKCINE 
 

1986: Odobrena je prva rekombinanta vakcina za ljude

Oko 1986. (i nekoliko godina pre), naucnici su radili na razvoju vakcine za hepatitis B. Prethodno, 1963., Baruch Blumberg razvio je vakcinu dobiveno iz krvi za hepatitis, koja je odobrena za tržište 1981. Jednom je Pablo DT Valenzuela uspeo stvoriti prvu rekombinantnu vakcinu na svetu koristeći celije kvasca, prvenstveno Saccharomyces cerevisiae .

Ova je vakcina odmah postala tržišni standard, a vakcina dobiveno iz krvi uklonjeno je iz prometa. Uspostavom rekombinantnog procesa za vakcine stvorene su mnoge koje i danas koristimo, uključujući za bolesti kao što su: HPV, hripavac, pneumokok, meningokok, Haemophilus influenzae tip b (Hib) i herpes zoster.

1988: Prvi Bt kukuruz se pojavljuje na poljima

Sledeći trend iz 1980-ih godina stavljanja genski promenjenih organizama na tržište, 1988. je prvi put da se GMO usev zapravo pojavio na poljima u Sjedinjenim Državama (službeno), a taj usev bio je kukuruz. Poznat kao "Bt kukuruz" jer sadrži gene iz bakterije Bacillus thuringiensis (Bt), ovaj je kukuruz mogao povećati prinose obeshrabrujući uticaje štetocina.

Iako su biljke otporne na herbicide također bile predmet intriga u to vreme, bile su transgene biljke zaštićene od štetočina poput Bt kukuruza koje su prve pogodile polja, a u ovom slučaju bile su otporne na virus mozaika duvana (TMV). Prva poljska ispitivanja paradajza otporne na isti virus na tržište neće stići sve do 1994. godine.

1990-e: Kloniranje i GMO

Od 1990. do 2003. projekt Human Genome uspeo je mapirati ljudski genom s više od 20 hiljada identifikovanih gena i dokumentovanih njihovim genomskih lokusima. Godine 2003. započeo je projekt ENCODE (Enciklopedija elemenata DNA) s ciljem stvaranja celovitog popisa funkcionalnih elemenata ljudskog genoma, uključujući elemente koji deluju i na novou proteina i na novou RNA, uključujući regulatorne elemente koji kontrolisu transkripciju, prevod i replikacija. 1990-e bile su razdoblje otkrića i dokazivanja da rad na ovom polju nije samo valjan, nego i neophodan.

      

CRIPSnje uneo nade i strahove

1993: Otkriće principa CRISPR-a

Mnogi ljudi smatraju da su CRISPR prvi uvele Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier, međutim, otkriće principa CRISPR (Clustered regularly interspaced palindromic repeats) otkrio je Francisco Mojica tokom svog rada s bakterijama u močvarama Santa Pola, kada je primetio da se delovi DNK u bakterijama ponavljaju mnogo puta, s pravilnim razmacima između.

Tokom sledećih 10 godina, Mojica je nastavio dublje proučavati ta ponavljanja sve do svog kritičnog otkrića 2003. da se DNK koja se ponavlja podudara s delovima DNK koji odgovaraju virusima koji napadaju bakterije. Ovo je načelo dovelo do mnogih drugih pomaka u proučavanju DNK tokom sledeće decenije koji su, kao alat za uređivanje gena (CRISPR) doveli u prvi plan današnje proučavanja genetike.

1994.: Paradajz napravljena da ostane zreo iznesen je na tržište (i bombe)

Ovaj je paradajz odobrena u isto vreme kad i Bt kukuruz, a zapravo je stavljen na tržište za javnu potrošnju 1994. Naucnici iz Calgenea verovali su da enzim poligalakturonaza u paradajzu uzrokuje otapanje pektina celijske opne, a uvođenjem "obrnute" kopije gena, mogli su preokrenuti ovaj proces.

Zbog sposobnosti da ne sazreva, nazvali su ga "FLAVR SAVR". Nažalost, nije postigao očekivani nivo uspeha i na kraju se desio komercijalni kolaps. Ovaj je proizvod bio savršen primer koliko teško može biti izbaciti genetski modifikovane proizvode na tržište - posebno useve - budući da ih ljudi doslovno moraju jesti i stoga su umorniji od mogućih nuspojava.

 

1996: Kloniranje ovce Dolly

Bila je to jedna od najvećih priča u javnosti koju je nauka ikada dozivela. Projekt je vodio Ian Wilmut s Instituta Roslin. Kao prvi sisavac koji je kloniran iz odrasle celije, s istim genetskim identitetom ( vidi fus notu 3 ) Dolly je bila veliko postignuće, dokazujući da se proces kloniranja koji se nalazi u prirodi može pripisati organizmima u kojima se prirodno ne pojavljuje.

Kasnije 2003. godine dogodilo se prvo kloniranje ugrožene životinje s bantengom, što je bio izvrstan primer kako kloniranje može pomoći u spašavanju vrsta životinja koje nestaju.

1999: Istorija genetskog inženjeringa kod ljudi počinje kada je prvi ljudski kromosom sekvenciran

Godine 1988. Kongres Sjedinjenih Država financirao je Projekt ljudskog genoma , čiji je cilj bio potpuno mapiranje ljudskog genoma. Ovaj pothvat završen tek 2003. 1999. je u potpunosti mapiran sled za 22. kromosoma,

Ovo je bila prekretnica za projekat i dokazalo je da vreme i zajednički napori nisu bili uzaludni. Ova je publikacija takođe potvrdila uspesnost trenutnih metoda sekvencioniranja koje koriste geneticari i pružila neprocenjiv uvid u povezanost s određenim bolestima.

Trenutačno su hiljade genoma drugih organizama sekvencionirane i označene, a tehnologija je takva da su do sada sekvencionirani milioni ljudskih genoma. Razvijeni su resursi kao što su UC Santa Cruz Genome Browser i Ensembl koji omogućuju jednostavno elektroničko istraživanje genoma i njegovih poznatih elemenata.

2001.: Odobrena je prva gensko-ciljana terapija lekovima

Dobro osmišljenu ciljanu gensku terapiju odobrila je američka FDA i prodavala se kao lek protiv raka za lečenje hronične mijeloične leukemije (CML). Taj se lek zvao Glivec (imatinib), a i danas se koristi kao lek za lečenje raka.

 

2003: Prodaja Glo-Fish kao kućnog ljubimca

Uzimajući zabavniji pristup ideji uređivanja genoma, Alan Blake i Richard Crockett razvili su prvu životinju za prodaju kao kućnog ljubimca koji je bio genetski promenjen. "Glo-Fish" - doslovno riba koja svetli - koristi prirodnu fluorescenciju u ribama za stvaranje podgeneracija riba koje također svetle.
Iako je više hir nego trajno postignuće nauke (budući da su značajnije stvari učinjene s fluorescentnim proteinom u ribi), ovo označava početak ere u kojoj je javnost bila otvorenija za ideju konzumiranja genski promenjenih organizama.

2004. :Ujedinjeni narodi službeno su podržali biotehnološka semena kao način potpore poljoprivrednicima u zemljama u razvoju koji se bore s problemima i rešavanje svetske krize gladi.

2006.: Odobrenje FDA za prva preventivna vakcina protiv raka

Ove godine došlo je do proboja u trendu s korištenjem uređivanja gena za pronalaženje lečenja raka, a to otkriće bio je Gardasil. Ovo je bila prva preventivna vakcina protiv raka koja je dospela na tržište. U to je vreme je bila odobrena samo za žene od 9 do 26 godina, iako je 2009. odobrena i za muškarce od 9 do 26 godina. Popularnost vakcine bila je velika s obzirom na to da se radi o rekombinantnoj.
Do 2018. Gardasil je odobren za muškarce i žene u dobi od 9 do 45 godina. Do danas je ova HPV vakcina još uvek jedino preventivno sredstvo protiv raka, iako je poznato da vakcina protiv hepatitisa B smanjuje rizik od raka jetre.

2006: Prve indukovane pluripotentne matične celije (iPSC)

Još jedno popularno otkriće u ovom razdoblju bilo je na području istraživanja matičnih celija. Embrionalne matične (ES) celije održavaju pluripotenciju tj. sposobnost diferencijacije u bilo koji tip stanice. Međutim, korištenje matičnih celija za razvoj terapija uključivalo je oslanjanje na izolaciju celija iz IVF embrija (neiskorištenih).
Godine 2006. dr. Shinya Yamanaka s UCSF- a prvi je predstavio tehnologiju indukovanih pluripotentnih matičnih celija iPSC). Njegov tim izolirao je fibroblaste (prvo iz miševa, kasnije iz ljudi) i reprogramirao ih u stanje matičnih celija putem ekspresije mešavine četiri genetska faktora. Ovi iPSC-ovi bi se zatim mogli diferencirati u bilo koju specifičnu vrstu celija koju su istraživači želeli istražiti.

2010.-2020.: Nova era terapija koje je odobrila FDA U ovoj deceniji, razvojne terapije o kojima se godinama teoretisalo i proučavalo konačno su odobrene za ljude, budući da je otkriće CRISPR-a, verovatno najvećeg postignuća u istoriji genetike, zavladalo svetom.

2010.: Prvi svetski sintetski oblik života

Stvara se prvi sintetski oblik života, što tehnički znači živi organizam koji je u potpunosti izgrađen, a ne evoluirao ili rođen. U ovom eksperimentu, genom Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 od 1,08 megabaza kreirali su Craig Venter i njegov tim i transplantovali ga u celiju primatelja M. capricolum kako bi se stvorile nove stanice M. mycoides u potpunosti kontrolisane sintetičkim kromosom. ( vidi na blogu ) 
Ovo označava važnu etapu u području biologije, jer dokazuje da se život može stvoriti sintetičkim putem, što ima veliki broj primena u genetici.

2011: Otkriće TALEN-a

Iako su ZFN-ovi predstavljali revolucionarnu promenu jer su bili u mogućnosti manipulisati genomom, njihovu domenu vezanja DNK notorno je teško dizajnirati za efikasno rezanje na mestu od interesa. Stoga proces dizajna može potrajati mesecima i još uvek dati nezadovoljavajuće rezultate s neciljanim efektima.

2011. druga generacija dizajnerskih nukleaza

pojavila se u obliku efektorskih nukleaza sličnih aktivatoru transkripcije ili TALEN, koje prepoznaju jedan nukleotid umesto trinukleotidnog motiva. U usporedbi sa ZFN-ovima, TALEN-ovi imaju koristi od jednostavnosti dizajna. Efektni TALEN-ovi mogu se dizajnirati i proizvesti u nekoliko dana, a mogu se multipleksovati na stotine odjednom.
Čini se da TALEN-ovi imaju manje ograničenja na mestu genoma i mogu se lako ciljati u celom genomu. Također je utvrđeno da TALEN-i imaju manje nepoželjne učinke od ZFN-a i manje su citotoksični za stanicu domaćina. Iako TALEN-ovi imaju jasne prednosti u odnosu na ZFN-ove, oni također pokazuju nekoliko nepovoljnih svojstava. Značajno su veći od ZFN-ova i stoga ih je teže dostaviti i eksprimirati in vivo. U skladu s tim, dok se izbacivanje gena sa ZFN-ovima i TALEN-ovima pokazalo prilično jednostavnim, izbacivanje gena ovom tehnologijom je kompliciranije.

2012.: Otkriće alata za inženjering genoma CRISPR

Godine 2012. Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier i njihovi timovi razjasnili su biohemijski mehanizam CRISPR tehnologije. Praveći precizne ciljane rezove u DNK, CRISPR je otvorio beskrajan potencijal u područjima medicine, poljoprivrede, biomaterijala itd.

CRISPR-Cas9 je bakterijski adaptivni imunološki sistem u prirodi, pri čemu bakterijske nukleaze, proteina povezanog s CRISPR-om, odsecaju delove DNK virusa koji napadaju. Fragment DNK koji je odsečen sprema se kao memorija za borbu protiv budućih infekcija. Sistem CRISPR-Cas9 može se konstruisati za uređivanje eukariotske DNK dizajniranjem vodeće RNK komplementarne ciljnoj sekvenci.
Ono za što se tehnologija CRISPR koristi varira od razvoja lečenja raka, borbe protiv pretilosti, do stvaranja krava bez rogova - i još mnogo toga. Bilo da se radi o dijagnostici, lečenju ili nečem drugom, svaki dan nova otkrića dolaze u prvi plan ovog područja.

2013: Prikazana korisnost CRISPR-a u eukariotskim stanicama

Jednako je značajan bio Feng Zhangov rad u demonstriranju korisnosti CRISPR-a izvan sveta bakterija – u genetskoj manipulaciji eukariotskih stanica. Njegov laboratorij ima za cilj koristiti CRISPR za razumevanje funkcija mozga pomoću optogenetike, u kojoj se svetlost koristi za kontrolu genetski modifikovanih neurona za razvoj terapija koje će lečiti moždane poremećaje.

2014: Identifikovanje mogućnosti pokretanja gena

Iako se na CRISPR gledalo kao na neverovatno revolucionarno potencijalno lečenje bezbrojnih bolesti, Kevin Esvelt podigao je ideju na potpuno novi nivo kada je shvatio potencijal pogona gena CRISPR. Genski pogoni su genetski elementi koji "varaju evoluciju" pristranim prenosom na potomstvo izvan Mendelovih zakona. Genski pogon temeljen na CRISPR-u ima obećavajući potencijal u iskorenjivanju malarije i drugih vektorskih bolesti, kao i u spašavanju ugroženih vrsta.
Esvelt shvata potencijalnu opasnost ovakvog sistema;implikacije unutar čak i malog ekosistema mogle bi biti katastrofalne i bila bi potrebna ogromna količina testiranja pre nego što se nešto ovakvo ikada objavi. Zato trenutna istraživanja genskih pokreta poduzimaju značajne mere opreza .

2015: Prvi GMO losos prodan na kanadskim tržištima

Losos proizveden od strane tvrtke AquaBounty prvi je prodan za ljudsku prehranu kao genetski modifikovana životinja. Ovaj proces je nastajao više od 25 godina i odobren je zbog jednostavne potrebe da se pruži rešenje za svetsku krizu prekomernog ribolova .

2015: Ljudski embrij je uređen s CRISPR-om

Junjiu Huang na Univerzitetu Sun Yat-Sen u Guangzhou koristio je CRISPR za uređivanje ljudskih embrija. Izvorno odbačen od strane zapadnih naucnih časopisa jer nije sledio etička pravila, kasnije je došao do objavljivanja na druge načine. Budući da je Huang promenio zametne celije koje utiču na nasleđe, njegov eksperiment s ciljem ispravljanja genske pogreške koja uzrokuje krvnu bolest nije se smatrao etičkim i gotovo je odmah postao kontroverza. Bilo je to tri godine pre nego što je bilo koje upravno telo službeno odobrilo ispitivanja CRISPR-a na ljudima.

2017: Prva CAR T terapija za rak je odobrena

Ove godine odobrene su dve CAR T-celijske terapije: jedna za akutnu limfoblastičnu leukemiju kod dece i jedna za uznapredovali limfom kod odraslih. Ovo je veliki korak za terapiju CAR T, koja će, ako se tretmani pokažu dobrim kao što se očekuje, zameniti hemoterapiju kao primarni oblik lečenja raka, jer CAR T nije toksičan za ljudsko telo i pokazao je potpunu ablaciju kancerogenih tumora za samo 10 dana.

2018.: Odobrena su prva ispitivanja CRISPR-a na ljudima

U zajedničkoj inicijativi dve tvrtke, Vertex Pharmaceuticals & CRISPR Therapeutics , eksperimentalni tretman za poremećaj krvi beta-talasemija odobren je za početak kliničkih ispitivanja. Ako bude uspešna, ova bi terapija mogla okončati slučajeve ovog poremećaja i anemije srpastih stanica. To bi utrlo put budućim tretmanima CRISPR-om, menjajući način na koji se bolest leči kod ljudi.

2019: Prvo uređivanje omogućuje jednolančane rezove

2019.-te Andrew Anzalone, postdoktorand iz laboratorija dr. Davida Liua, zajedno sa svojim kolegama objavio je rad o razvoju i primeni glavnog uređivanja u Natureu. Ova nova tehnika uređivanja gena može izvesti ciljane male insercije, delecije i zamenu baza na precizan način, uz ograničavanje negativnih učinaka. Ono što ovaj alat razlikuje od CRISPR-a je njegova mogućnost ciljanog uređivanja bez pravljenja dvostrukih prekida.
2020.: godina CRISPR-a: Nobelova nagrada, uspeh kliničkih ispitivanja i više

2020.-te rezultati kliničkih ispitivanja CRISPR-a počeli su polako pristizati. Victoria Gray bila je prva pacijentica koja je bila podvrgnuta lečenju anemije srpastih stanica i njezini obećavajući rezultati počeli su izlaziti na naslovnice. Manje od šest meseci kasnije, na sastanku ASH, predstavljeni su podaci pokazali da je ukupno deset pacijenata koji su primili terapiju CTX001 ostvarilo značajan napredak. Sedam od tih pacijenata lečeno je od beta-talasemije, a preostala tri od anemije srpastih stanica. Svi ovi pacijenti pokazali su veliko poboljšanje nivoa fetalnog hemoglobina u krvi, imali su olakšanje od napadaja boli i više nisu bile potrebne transfuzije krvi.
CRISPR je takođe dospeo na naslovnice kada je objavljeno da su Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna konačno dobile Nobelovu nagradu za hemiju za razvoj CRISPR-a.

izvor

___________

1 Berg je spojio DNK iz obične crevne bakterije Escherichia coli (E coli) s DNK virusa tumora majmuna. Ovaj eksperiment je izazvao uzbunu unutar i izvan naucne zajednice. Bergov cilj bio je koristiti tehnologiju za proučavanje načina na koji celije sisavaca proizvode proteine. Prvi korak bio bi zaraziti E coli modificovanim virusom. Ali šta ako bi takvi klonirani virusi pobegli i zarazili ljude? Iako uzbuđen mogućnošću novog istraživanja, Berg je priznao, kako je kasnije napisao u časopisu Nature, da bi “nesputana potraga za ovim ciljevima mogla imati nepredviđene i štetne posledice za ljudsko zdravlje i Zemljine ekosustave”. Odmah je pauzirao svoj istraživački program.
Berg je predsedavao odborom Nacionalne akademije nauke SAD-a koji je izdao "Bergovo pismo", objavljeno u tri vodeća naucna časopisa 1974. Pismo je pozivalo na svetski dobrovoljni moratorij na svako rekombinantno istraživanje koje uključuje gene otpornosti na antibiotike, bakterijske toksine ili viruse raka “dok se ne pokušaju proceniti opasnosti”. 

 
2. Godine 1921. u Torontu su kanadski naučnici Sir Frederic G. Banting, Charles H. Best i Richard Maclaod su na univerzitetu u Torontu izolovali insulin iz goveđeg pankreasa.Životinjski inzulin, goveđi i svinjski, ostao je dugo vremena kao jedini inzulin. 1950. godine je otkriven sekvencijski raspored aminokiselina u humanom inzulinu. Prvi sintetski inzulin proizveden je ranih šezdesetih godina, a prvi genetski sintetički humani inzulin je proizveden 1977. godine. Njegova komercijalna prodaja počela je 1988. godine u tvornici Eli Lilly. Daljim istraživanjima inzulina, tokom devedesetih godina dvadesetog veka napravljena je nova generacija inzulina tzv. humani inzulinski analozi ili moderni inzulini koji imaju bolje karakteristike od humanih inzulina; brže ili duže delovanje, izazivaju manje hipoglikemija itd. 

 
3. Wilmut i Campbell stvorili su janje prenošenjem jezgre iz stanice vimena odrasle ovce u jaje bez jezgre. Jezgra svake stanice sadrži kompletan skup genetskih informacija. Međutim, dok su embrionalne celije spremne aktivirati bilo koji gen, diferencirane odrasle celije isključile su gene koji im nisu potrebni za njihove specifične funkcije. Kada se jezgra odrasle stanice koristi kao donor, njezine genetske informacije moraju se vratiti na embrionalno stanje. Često je proces resetovanja nepotpun i embriji se ne uspevaju razviti.Od 277 pokušaja, samo je jedan dao embrij koji je surogat majka nosila do termina.