211service.com
CRISPR, fremtiden for livsvitenskapelig forskning, men fortsatt mye å lære
Levert av Lemelson-MIT
Vitenskapen søker å forklare verden rundt oss, og de mest tilfredsstillende forklaringene er de som lar oss forutsi ennå ukjente fenomener. Mendeleev forklarte ikke bare mønstre i egenskapene til atomelementer, han forutså også eksistensen av åtte flere elementer korrekt. I tillegg til å være intellektuelt tilfredsstillende, flytter prediksjon vitenskapen inn i teknologiens område, noe som muliggjør pålitelige, robuste applikasjoner.
Prediktive modeller i biologi er ofte bygd på observasjoner, fra Mendel som utleder arvelovene fra eksperimentene hans med å avle erter og Darwin postulerer evolusjonsteorien fra hans detaljerte undersøkelser av flora og fauna til Franklin, Watson og Crick som til slutt avslørte strukturen til DNA og dens doble spiralformede struktur. Til tross for disse og mange andre betydelige fremskritt, er det imidlertid fortsatt utfordrende å destillere leveregler til et komplett rammeverk av driftsprinsipper.
I dag, takket være en kombinasjon av nye teknologier og voksende vitenskapelig innsikt, takler forskere nå nettopp denne utfordringen. Mange store prosjekter som tar sikte på å observere livet med høy oppløsning og omfattende sveip er i gang, inkludert:
Feng Zhang er 2017-vinneren av $500 000 Lemelson-MIT-prisen, som hedrer oppfinnere i midten av karrieren som er dedikert til å forbedre verden gjennom enestående teknologisk oppfinnelse. Han er et kjernemedlem i Broad Institute of MIT og Harvard, en etterforsker ved McGovern Institute for Brain Research, James og Patricia Poitras professor i nevrovitenskap ved MIT, og førsteamanuensis ved avdelingene for hjerne- og kognitivvitenskap og biologisk ingeniørvitenskap ved MIT . Zhang er en pioner innen den revolusjonerende CRISPR-genredigeringsteknologien som har mottatt en rekke priser for sitt arbeid. Han planlegger å bruke en del av Lemelson-MIT-prispengene til å støtte STEM-utdannings- og innovasjonsprogrammer som utvikler og vekker interesse for naturvitenskap og ingeniørfag blant ungdomsskoleelever.
• 1000 Genomes Project, som tar sikte på å lage en omfattende database over menneskelig genetisk variasjon – de små endringene i vårt DNA som gjør hver enkelt av oss unike;
• Human Cell Atlas, et globalt prosjekt for å kartlegge hver celletype i kroppen, et forsøk som vil være enormt nyttig for å koble den genomiske DNA-planen til de faktiske strukturene bygget av disse planene;
• Brain Connectome, som søker å beskrive det komplette koblingsskjemaet til den menneskelige hjernen, slik at forskere kan kartlegge hvordan hjernen vår behandler og kobler informasjon.
Data og funn fra disse og mange andre prosjekter hjelper forskere med å belyse mekanismer for komplekse biologiske prosesser som sykdommer og aldring.
Disse prosjektene fremhever dybden av observasjoner biologer nå er i stand til, og øker tempoet som vi er i stand til å studere bredden av det naturlige biologiske mangfoldet med. Nysgjerrighetsdrevet forskning har uventet ført til mange transformative teknologier og applikasjoner. Faktisk er noen av de kraftigste verktøyene for biologisk forskning et resultat av grunnleggende nysgjerrighet-ledede oppdagelser og har blitt utnyttet fra naturen. Restriksjonsenzymer, som ble samlet fra bakterier, lanserte epoken med molekylærbiologi og muliggjorde produksjon av humant insulin ved hjelp av bakterier. Et nyere eksempel på dette er utviklingen av mikrobielle adaptive immunsystemer, CRISPR, for genredigering. Disse naturlig forekommende systemene hjelper mikrober med å forsvare seg mot invaderende virus ved hjelp av en elegant mekanisme som har blitt studert av mikrobiologer i mer enn tjue år. De siste årene har komponenter av CRISPR-systemer, som Cas9, blitt utnyttet for bruk i menneskelige celler og akselererer nå utviklingen innen humanterapi, landbruk og vitenskapelig forskning rundt om i verden. Selv om vi bare har utforsket toppen av isfjellet for biologisk mangfold, er det klart at noen organismer har utviklet nye løsninger på biologiske problemer, og det er mye å hente ved å studere disse uvanlige mekanismene.
Den raske utviklingen av nye molekylære verktøy utvider også gjensidig vår evne til å studere bredden av naturlig mangfold. I nesten et århundre har mye av biovitenskapelig forskning blitt utført ved hjelp av en håndfull organismer, valgt for deres egnethet for laboratoriearbeid. Den raskt ekspanderende molekylære verktøykassen kan nå brukes mye bredere, og åpner tilgang til utallige nye arter, fra salamandere med unike regenererende evner til naturlige stammer av avlinger som er motstandsdyktige mot tørke. Dessuten kan forskere nå velge å studere deres spesifikke spørsmål ved å bruke de best egnede modellsystemene i stedet for å være begrenset til en håndfull laboratoriestammer som er begrenset i deres evne til å modellere menneskelige sykdommer.
Sammen gir disse to observasjonsmåtene drivstoff til en boom innen bioteknologi. Data fra dyptgående observasjoner av det menneskelige genomet brukes til å informere design og utvikling av terapeutiske midler, mens brede undersøkelser av mikrobielle samfunn identifiserer nye enzymer med bioteknologiske anvendelser.
Gitt alle disse spennende utviklingene innen biovitenskapelig forskning og bioteknologi, er det enda viktigere enn noen gang å tilby opplærings- og veiledningsmuligheter for studenter som er interessert i naturvitenskap og ingeniørfag, spesielt studenter med ulike bakgrunner. Jeg er dypt takknemlig til de mange mentorene og pedagogiske erfaringene innen naturvitenskap og ingeniørfag som jeg har vært så heldig å lære av i min egen utdanning. Jeg vil bruke noen av Lemelson-MIT-prisene til å støtte STEM-utdanning og innovasjon, inkludert støtteorganisasjoner, som Center for Excellence in Education og Society for Science and the Public, som har sponset programmer som har spilt viktige roller i å hjelpe elever på ungdoms- og videregående skoler utvikler og feirer interessene sine for realfag og ingeniørfag. Det er en spennende tid i biologi, og det er så mye mer vi kan gjøre for å pleie neste generasjon av forskere og ingeniører som vil skape nye transformative teknologier som vil løse de mange viktige utfordringene som står overfor verden i dag.
Feng Zhang er vinneren av 2017 $500 000 Lemelson-MIT-prisen , som hedrer oppfinnere i midten av karrieren som er dedikert til å forbedre verden gjennom enestående teknologisk oppfinnelse. Han er et kjernemedlem i Broad Institute of MIT og Harvard