211service.com
CRISPR, de toekomst van biowetenschappelijk onderzoek, maar nog veel te leren
Geleverd door Lemelson-MIT
De wetenschap probeert de wereld om ons heen te verklaren, en de meest bevredigende verklaringen zijn die waarmee we tot nu toe onbekende verschijnselen kunnen voorspellen. Mendelejev verklaarde niet alleen patronen in de eigenschappen van atomaire elementen, hij voorspelde ook correct het bestaan van nog acht andere elementen. Behalve dat het intellectueel bevredigend is, verplaatst voorspelling de wetenschap naar het rijk van de technologie, wat betrouwbare, robuuste toepassingen mogelijk maakt.
Voorspellende modellen in de biologie zijn vaak gebaseerd op waarnemingen, van Mendel die de erfelijkheidswetten afleidt uit zijn experimenten met het kweken van erwten en Darwin die de evolutietheorie postuleerde van zijn gedetailleerde onderzoeken van flora en fauna tot Franklin, Watson en Crick, die uiteindelijk de structuur van DNA onthulden en zijn dubbele spiraalvormige structuur. Ondanks deze en vele andere belangrijke vorderingen blijft het echter een uitdaging om de leefregels te distilleren in een compleet raamwerk van werkingsprincipes.
Dankzij een combinatie van nieuwe technologieën en groeiende wetenschappelijke inzichten gaan wetenschappers nu precies deze uitdaging aan. Er zijn veel grootschalige projecten aan de gang die gericht zijn op het observeren van het leven met een hoge resolutie en een uitgebreid bereik, waaronder:
Feng Zhang is de winnaar van 2017 van de Lemelson-MIT-prijs van $ 500.000, die uitvinders in het midden van hun carrière eert die zich inzetten voor het verbeteren van de wereld door middel van uitstekende technologische uitvindingen. Hij is een kernlid van het Broad Institute of MIT en Harvard, een onderzoeker aan het McGovern Institute for Brain Research, James en Patricia Poitras Professor in Neuroscience aan het MIT, en universitair hoofddocent in de afdelingen Brain and Cognitive Sciences en Biological Engineering aan MIT . Zhang is een pionier op het gebied van de revolutionaire CRISPR-technologie voor het bewerken van genen, die voor zijn werk talloze onderscheidingen heeft ontvangen. Hij is van plan een deel van het Lemelson-MIT Prize-geld te gebruiken om STEM-onderwijs- en innovatieprogramma's te ondersteunen die de interesse in wetenschap en techniek bij middelbare en middelbare scholieren ontwikkelen en wekken.
• 1,000 Genomes Project, dat tot doel heeft een uitgebreide database te creëren van menselijke genetische variatie – de kleine veranderingen in ons DNA die ieder van ons uniek maken;
• Human Cell Atlas, een wereldwijd project om elk celtype in het lichaam in kaart te brengen, een onderneming die enorm zal helpen om de genomische DNA-blauwdruk te verbinden met de daadwerkelijke structuren die door deze plannen zijn gebouwd;
• Brain Connectome, dat het volledige bedradingsschema van het menselijk brein wil beschrijven, zodat onderzoekers in kaart kunnen brengen hoe onze hersenen informatie verwerken en verbinden.
Gegevens en bevindingen uit deze en vele andere projecten helpen onderzoekers om mechanismen van complexe biologische processen zoals ziekten en veroudering op te helderen.
Deze projecten benadrukken de diepte van observatie waartoe biologen nu in staat zijn, en versnellen het tempo waarmee we in staat zijn om de breedte van de natuurlijke biologische diversiteit te bestuderen. Door nieuwsgierigheid gedreven onderzoek heeft onverwachts geleid tot veel transformatieve technologieën en toepassingen. Sommige van de krachtigste instrumenten voor biologisch onderzoek zijn inderdaad het resultaat van door nieuwsgierigheid geleide ontdekkingen en zijn uit de natuur gehaald. Restrictie-enzymen, die werden verzameld uit bacteriën, lanceerden het tijdperk van de moleculaire biologie en maakten de productie van humane insuline met behulp van bacteriën mogelijk. Een recenter voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van microbiële adaptieve immuunsystemen, CRISPR, voor genbewerking. Deze natuurlijk voorkomende systemen helpen microben zichzelf te verdedigen tegen binnendringende virussen met behulp van een elegant mechanisme dat al meer dan twintig jaar door microbiologen wordt bestudeerd. In de afgelopen jaren zijn componenten van CRISPR-systemen, zoals Cas9, ingezet voor gebruik in menselijke cellen en versnellen nu de ontwikkeling op het gebied van menselijke therapieën, landbouw en wetenschappelijk onderzoek over de hele wereld. Hoewel we slechts het topje van de biologische diversiteitsijsberg hebben verkend, is het duidelijk dat sommige organismen nieuwe oplossingen voor biologische problemen hebben ontwikkeld, en er valt veel te winnen door deze ongebruikelijke mechanismen te bestuderen.
De snelle ontwikkeling van nieuwe moleculaire hulpmiddelen vergroot ook wederzijds ons vermogen om de breedte van natuurlijke diversiteit te bestuderen. Bijna een eeuw lang is veel van het biowetenschappelijke onderzoek uitgevoerd met een handvol organismen, gekozen vanwege hun geschiktheid voor laboratoriumwerk. De snel groeiende moleculaire gereedschapskist kan nu veel breder worden toegepast, waardoor toegang wordt verkregen tot talloze nieuwe soorten, van salamanders met unieke regeneratieve eigenschappen tot natuurlijke stammen van gewassen die resistent zijn tegen droogte. Bovendien kunnen wetenschappers er nu voor kiezen hun specifieke vragen te bestuderen met behulp van de meest geschikte modelsystemen, in plaats van zich te beperken tot een handvol laboratoriumstammen die beperkt zijn in hun vermogen om menselijke ziekten te modelleren.
Samen zorgen deze twee vormen van observatie voor een hausse in de biotechnologie. Gegevens van diepgaande observaties van het menselijk genoom worden gebruikt om het ontwerp en de ontwikkeling van therapieën te informeren, terwijl brede onderzoeken van microbiële gemeenschappen nieuwe enzymen met biotechnologische toepassingen identificeren.
Gezien al deze opwindende ontwikkelingen in biowetenschappelijk onderzoek en biotechnologie, is het zelfs belangrijker dan ooit om opleidings- en mentormogelijkheden te bieden aan studenten die geïnteresseerd zijn in wetenschap en techniek, vooral studenten met verschillende achtergronden. Ik ben veel dank verschuldigd aan de talrijke mentoren en educatieve ervaringen in wetenschap en techniek waar ik zo gelukkig van heb mogen leren in mijn eigen opleiding. Ik zal een deel van het geld van de Lemelson-MIT-prijs gebruiken om STEM-onderwijs en innovatie te ondersteunen, waaronder ondersteunende organisaties zoals het Centre for Excellence in Education en de Society for Science and the Public, die programma's hebben gesponsord die een belangrijke rol hebben gespeeld bij het helpen middelbare en middelbare scholieren ontwikkelen en vieren hun interesses in wetenschap en techniek. Het is een opwindende tijd in de biologie en er is zoveel meer dat we kunnen doen om de volgende generatie wetenschappers en ingenieurs te koesteren die nieuwe transformatieve technologieën zullen creëren die de talrijke belangrijke uitdagingen zullen oplossen waarmee de wereld vandaag wordt geconfronteerd.
Feng Zhang is de winnaar van 2017 van de $ 500.000 Lemelson-MIT-prijs , die uitvinders uit het midden van hun carrière eert die zich inzetten voor het verbeteren van de wereld door middel van uitstekende technologische uitvindingen. Hij is een kernlid van het Broad Institute of MIT en Harvard