Wie würden Sie eine Massen-DNA-Gentherapie für einen Menschen bewirken?

Stellen wir uns vor, wir hätten die DNA-Programmierung und unser Genom sehr gut verstanden und erkannt, dass es einige erhebliche Mängel gab (wir sterben, wir brauchen Schlaf usw.). Und stellen wir uns vor, wir verstehen, wie wir unser Genom dazu bringen, das zu tun, was wir wollen, aber es ist a großer Refactor. Wir werden 10-15% unserer DNA anpassen müssen. (Beachten Sie, dass dies nur ein erfundenes Beispiel ist, um anzudeuten, warum wir eine so drastische Änderung vornehmen möchten - unsere Fähigkeit, tatsächlich zu wissen, welche Änderungen vorgenommen werden müssen, ist für die Frage unwichtig.)

Wie würden wir so viel unserer DNA ersetzen/modifizieren? Es scheint, dass das Problem der Gentherapie sehr ähnlich ist , aber in einem größeren Maßstab.

Da fallen mir ein paar Möglichkeiten ein. Wir könnten einen Virus herstellen, der unsere DNA verändert. Oder vielleicht könnten wir das neue Genom generieren und es in einige Zellen injizieren, die dann die anderen einfach überleben würden ( z „DNA?

Ich glaube nicht, dass es möglich wäre, so viel DNA in etwas Größerem als einer Zygote zu ersetzen.
Warum basiert diese Meinung? Es ist keine Frage wie "Was ist Ihr Lieblingscodon". Ich stelle eine ernsthafte Frage zur Fähigkeit, DNA in einem komplexen Organismus zu ersetzen.
Jede Aussage der Form „Ist X möglich“, wobei X ein völlig spekulatives und ungetestetes Konzept ist, basiert hier auf Meinungen.
@MarchHo - Ich habe die Frage umformuliert. Ich gehe davon aus, dass eine Annäherung schließlich möglich ist. Ich weiß nur nicht, welcher Ansatz funktionieren würde. Ich schlage zwei vor. Vielleicht ist der Virus-Ansatz unhaltbar, weil Viren klein sind und es selbst mit einer komplexen DNA nicht möglich wäre, so viel DNA zu ersetzen. en.wikipedia.org/wiki/Gene_therapy ist im Grunde das gleiche Konzept auf einer viel kleineren Ebene.
Ich denke, das größere Problem besteht darin, die DNA in jeder Zelle eines Erwachsenen zu ersetzen. Die Gentherapie wird wahrscheinlich in Fällen am erfolgreichsten sein, in denen Sie nur eine kleine Menge DNA an einen bestimmten Satz von Zellen abgeben müssen. Es gibt genug Probleme, ein 5000-bp-Plasmid in Gewebe zu bringen, der Versuch, ganze Chromosomen in Zellen zu bringen, wäre viel schwieriger.
"Zellen, die dann die anderen einfach überleben würden (zB weil diese Zellen kein Hayflick-Limit haben oder viele neue adulte Stammzellen erzeugen können" Sie beschreiben leider Krebszellen. Eine große Herausforderung besteht darin, dass alle Zellen Mit der Zeit und mit Zellteilungsrunden häufen sich Mutationen an – ein größeres „Upgrade" würde also die Erhaltung des Genoms verbessern. Dies wäre eine Herausforderung – die Maschinen und Systeme, die unsere Genome erhalten, sind komplex! Der Ersatz ganzer Chromosomen durch solche, die de Novo ist jetzt möglich: sciencemag.org/content/344/6179/55
@Yehosef Ich mag Ihre Frage und denke an ähnliche Dinge im Zusammenhang mit der Geschäftstätigkeit an der Schnittstelle von Technologie und Genomik. Hast du irgendwelche Gedanken dazu? Bei Interesse gerne skypen.
@tyrex - Ich habe darüber nachgedacht. Sie können mich unter gmail.com kontaktieren
@Yehosef Danke, ich habe eine E-Mail geschrieben. Wenn es Sie nicht erreicht hat, lassen Sie es mich wissen, und ich werde hier eine E-Mail-Adresse angeben.

Antworten (2)

Stellen wir uns vor, dass wir die DNA-Programmierung und unser Genom sehr gut verstanden und > erkannt haben, dass es einige signifikante Fehler gibt (wir sterben, wir brauchen Schlaf usw.). Und > stellen wir uns vor, wir verstehen, wie wir unser Genom dazu bringen, das zu tun, was wir wollen, aber es ist ein >großer Refactor. Wir werden 10-15% unserer DNA anpassen müssen.

Ich denke, wir erkennen beide, dass dies eine sehr naive Sichtweise der Biologie und der Art ist, wie die Eigenschaften von Organismen (über mehrere Ebenen von Systemen) letztendlich aus dem genetischen Code, den Informationen im Genom und dem Entwicklungsprozess hervorgehen.

Es ist relevanter und vielversprechender, über die Behandlung genetischer Krankheiten nachzudenken.

Einige genetische Erkrankungen werden durch Mutationen an einzelnen Basenpaaren verursacht (z. B. die HgbS-Variante der Hämoglobin-Beta-Kette, die Sichelzellenanämie verursacht). Andere genetische Erkrankungen werden durch Umlagerungen großer Chromosomenabschnitte und daraus resultierender Ungleichgewichte der Gendosis verursacht (z. B. Charcot-Marie-Tooth-Syndrom 1A). Schließlich werden einige genetische Krankheiten durch ein größeres Ungleichgewicht der Gendosis verursacht, das durch einen ungewöhnlichen Chromosomensatz verursacht wird, „Aneuploidie“ (z. B. Down-Syndrom, bei dem Chromosom 21 in 3 Kopien vorhanden ist).

Gentherapie im „großen Maßstab“ könnte etwas Nützliches für Aneuploidie sein. Kürzlich wurde der Mechanismus zur Inaktivierung eines X-Chromosoms in weiblichen Körperzellen angewendet, um das überschüssige Chromosom 21 des Down-Syndroms zum Schweigen zu bringen.

In Hefe wurde ein „Designer-Chromosom“ chemisch synthetisiert und verwendet, um das entsprechende native Chromosom in Hefezellen zu ersetzen.

Obwohl ich denke, dass die Prämisse Ihrer Frage im Grunde Science-Fiction und naiv ist, wird es möglich, ganze Chromosomen zum Schweigen zu bringen oder zu ersetzen. Realistischer als unsere Spezies unsterblich und immer wach zu machen, könnte diese Technologie möglicherweise zu Therapien für einige genetische Krankheiten führen. Aber natürlich besteht immer noch das Problem, dass Ihre Therapie nachträglich in viele Körperzellen gelangt. Das Generieren von Zygoten ist machbar, aber mit ethischen Problemen verbunden – auch wenn ein Präimplantationsscreening erlaubt ist, kann IVF einfach genetische Selektion statt Gentechnik beinhalten!

Danke für die Antwort! Ich erkenne es nicht als eine naive Sichtweise der Biologie an, weil ich wirklich sehr wenig über Biologie weiß. Aber ich verstehe Computer und Programmierung und mein Verständnis von DNA/Biologie ist, dass es sich um sehr komplexe biologische Maschinen/Computer handelt. Auch wenn unser Verständnis dieser Mechanismen noch in den Kinderschuhen steckt, sehe ich keinen Grund, warum wir es nicht irgendwann auf einem Niveau verstehen werden, auf dem wir programmieren können, was wir wollen (siehe en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_biology) . Vielleicht das ist naiv - aber ich bin nicht überzeugt.
Das Problem ist, dass die Arten von Eigenschaften von Lebewesen, die Sie leicht sehen und für die Sie sich interessieren (Sie nennen Schlafbedürfnis, Sterblichkeit - das sind besonders harte Kekse!), emergent und sehr weit von der genetischen Information abstrahiert sind. Abstrahiert durch mehrere Schichten extrem komplexer nichtlinearer dynamischer Systeme, wie genetische Regulation, Musterbildung in der Entwicklung, Gewebeinteraktionen. Außerdem sind diese Eigenschaften aus der Evolution durch natürliche Selektion hervorgegangen, und dieser "blinde" Optimierungsprozess führt Arten oft in Sackgassen und kompensiert oft ihre früheren wilden Ausflüge ...
Die Evolution durch natürliche Auslese hat keine Voraussicht, und während sie damit beschäftigt ist, „geeignete“ Individuen unter den aktuellen Umständen auszuwählen , kann sie über lange Zeiträume hinweg Abhängigkeiten und Anfälligkeiten hervorrufen. Der Pandabär ist ein großartiges Beispiel, zusammen mit den Schwaden ausgestorbener Formen. Vielleicht könnten Sie als Informatiker darüber nachdenken, in tückischen lokalen Minima zu graben ...? Aber Ihre Frage ist sehr interessant, und es stellt sich heraus, dass die Leute sowohl daran arbeiten, große Teile zu ersetzen, als auch alle Instanzen eines kurzen „Wortes“ zu ersetzen.
Ich verstehe, dass es nicht immer so einfach ist, das „Bedürfnis-Schlaf-Gen“ zu finden. Gene verursachen Proteine, die viele interessante Dinge bewirken. Aber ich gehe davon aus, dass uns das Wachstum unseres Verständnisses der Biologie in Verbindung mit dem Wachstum der Computersimulationen/-modellierung innerhalb der nächsten paar hundert Jahre (zumindest) mit Werkzeugen versorgen wird, die weit über unsere Fähigkeit hinausgehen, sie heute überhaupt zu erfassen. Wir haben heute Computer, die Simulationen der Entstehung des Universums erstellen – wie viele Jahre noch, bis wir halbwegs genaue Modelle menschlicher biologischer Systeme haben werden? Ich erwarte nicht so viele.
Ja, die Zukunft ist aufregend, hoffen wir, dass wir lange genug leben, um einige interessante Dinge zu sehen. Wir befinden uns derzeit in einem Stadium, in dem (ziemlich) kleine Proteine ​​​​und etwas Lösungsmittel unter entsprechenden physikalischen Kräften als Atomsystem simuliert werden können, und zwar so lange, bis sich das Protein zu einer vernünftigen Struktur gefaltet hat. Aber das ist die Spitze der Spitze und gibt noch keinen wirklichen Einblick in die Biologie (wird es!!). Inzwischen versuchen wir, gefaltete Proteinstrukturen aus Sequenzdaten als Abkürzung vorherzusagen. Es geht langsam voran....

Ein großer Nachteil und ein Problem mit Ihrer Idee ist, dass einige genetische Probleme entwicklungsbedingt sind und keine Auswirkungen haben, wenn sie auf Erwachsene angewendet werden. Zum Beispiel müsste ein Gen, von dem bekannt ist, dass es schiefe Zähne verursacht, repariert werden, bevor bleibende Zähne einwachsen – es macht keinen Sinn, es danach zu flicken, es sei denn, Sie möchten auch einen unendlichen Zahnersatz einsetzen.

Entwicklungsprobleme rückwirkend durch DNA zu beheben, ist ein Schmerz. Im schlimmsten Fall muss man das defekte Stück ausräumen und nach dem Patch regenerieren. Bioaktive Maschinenteile oder Kybernetik wären vielleicht vorzuziehen. Wenn Sie die Technologie haben, um DNA auf diese Weise zu fixieren, haben Sie wahrscheinlich die Mittel, um die benötigten Maschinenteile herzustellen.

„Die DNA verändern“ ist auch keine Zauberlösung. Es gibt viele Möglichkeiten, wie Gene deaktiviert oder unterdrückt werden können – und es gibt ein Forschungsgebiet rund um solche Mechanismen, die als Epigenetik bekannt sind. Sie könnten Milliarden für das Patchen eines Gens verschwenden, nur um festzustellen, dass Ihr Patch keine Wirkung hat, weil Sie diese nicht berücksichtigt haben.

Die vielversprechendsten Anwendungen von Genbehandlungen für Erwachsene liegen hauptsächlich in Fällen, in denen ein fehlerhaftes Gen ein fehlerhaftes Produkt erzeugt, das normalerweise ständig benötigt wird. Ein Beispiel ist der genetisch bedingte Insulinmangel (bei dem eine Person kein Insulin produzieren kann und effektiv Diabetes verursacht). Wenn das Gen korrigiert wird, kann Insulin richtig produziert werden.

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