211service.com
CRISPR, framtiden för biovetenskaplig forskning men fortfarande mycket att lära
Tillhandahålls av Lemelson-MIT
Vetenskapen försöker förklara världen omkring oss, och de mest tillfredsställande förklaringarna är de som gör att vi kan förutsäga ännu okända fenomen. Mendeleev förklarade inte bara mönster i egenskaperna hos atomära element, han förutspådde också korrekt förekomsten av åtta andra element. Förutom att vara intellektuellt tillfredsställande, flyttar förutsägelser vetenskapen till teknikens område, vilket möjliggör pålitliga, robusta applikationer.
Förutsägande modeller inom biologi bygger ofta på observationer, från Mendel som härleder arvslagarna från sina experiment med att odla ärter och Darwin postulerar evolutionsteorin från sina detaljerade undersökningar av flora och fauna till Franklin, Watson och Crick som i slutändan avslöjade DNA:s struktur. och dess dubbla spiralformade struktur. Trots dessa och många andra betydande framsteg är det dock fortfarande utmanande att destillera levnadsreglerna till ett komplett ramverk av operativa principer.
Idag, tack vare en kombination av ny teknik och växande vetenskapliga insikter, tar forskare nu sig an just denna utmaning. Många storskaliga projekt som syftar till att observera livet med hög upplösning och omfattande svep pågår, inklusive:
Feng Zhang är 2017 års vinnare av Lemelson-MIT-priset på $500 000, som hedrar uppfinnare i mitten av karriären som är dedikerade till att förbättra världen genom enastående teknisk uppfinning. Han är en kärnmedlem i Broad Institute of MIT och Harvard, en utredare vid McGovern Institute for Brain Research, James och Patricia Poitras professor i neurovetenskap vid MIT, och docent vid avdelningarna för hjärna och kognitiv vetenskap och biologisk teknik vid MIT . Zhang är en pionjär inom den revolutionerande CRISPR-genredigeringsteknologin som har mottagit många utmärkelser för sitt arbete. Han planerar att använda en del av Lemelson-MIT-prispengarna för att stödja STEM-utbildning och innovationsprogram som utvecklar och väcker intresse för naturvetenskap och teknik bland mellan- och gymnasieelever.
• 1 000 Genomes Project, som syftar till att skapa en omfattande databas över mänsklig genetisk variation – de små förändringarna i vårt DNA som gör var och en av oss unika;
• Human Cell Atlas, ett globalt projekt för att kartlägga varje celltyp i kroppen, en strävan som kommer att vara enormt användbar för att koppla den genomiska DNA-ritningen till de faktiska strukturerna som byggts av dessa planer;
• Brain Connectome, som försöker beskriva det fullständiga kopplingsschemat för den mänskliga hjärnan, vilket gör det möjligt för forskare att kartlägga hur våra hjärnor bearbetar och kopplar information.
Data och fynd från dessa och många andra projekt hjälper forskare att belysa mekanismer för komplexa biologiska processer som sjukdomar och åldrande.
Dessa projekt belyser djupet av observationer som biologer nu kan, och accelererar den takt med vilken vi kan studera vidden av den naturliga biologiska mångfalden. Nyfikenhetsdriven forskning har oväntat lett till många transformativa teknologier och tillämpningar. Faktum är att några av de mest kraftfulla verktygen för biologisk forskning är resultatet av grundläggande nyfikenhetsledda upptäckter och har utnyttjats från naturen. Restriktionsenzymer, som samlades in från bakterier, startade molekylärbiologins era och möjliggjorde produktionen av humant insulin med hjälp av bakterier. Ett nyare exempel på detta är utvecklingen av mikrobiella adaptiva immunsystem, CRISPR, för genredigering. Dessa naturligt förekommande system hjälper mikrober att försvara sig från invaderande virus med hjälp av en elegant mekanism som har studerats av mikrobiologer i mer än tjugo år. Under de senaste åren har komponenter i CRISPR-system, som Cas9, utnyttjats för användning i mänskliga celler och accelererar nu utvecklingen inom områdena humanterapi, jordbruk och vetenskaplig forskning runt om i världen. Även om vi bara har utforskat toppen av isberget för biologisk mångfald är det tydligt att vissa organismer har utvecklat nya lösningar på biologiska problem, och det finns mycket att vinna på att studera dessa ovanliga mekanismer.
Den snabba utvecklingen av nya molekylära verktyg vidgar också ömsesidigt vår förmåga att studera vidden av naturlig mångfald. Under nästan ett sekel har mycket av biovetenskaplig forskning utförts med hjälp av en handfull organismer, utvalda för deras lämplighet för laboratoriearbete. Den snabbt expanderande molekylära verktygslådan kan nu användas mycket mer brett, vilket ger tillgång till otaliga nya arter, från salamander med unika regenerativa egenskaper till naturliga stammar av grödor som är resistenta mot torka. Dessutom kan forskare nu välja att studera sina specifika frågor med hjälp av de mest lämpliga modellsystemen snarare än att vara begränsade till en handfull laboratoriestammar som är begränsade i sin förmåga att modellera mänskliga sjukdomar.
Tillsammans driver dessa två observationssätt på en boom inom bioteknik. Data från djupgående observationer av det mänskliga genomet används för att informera om design och utveckling av terapi medan breda undersökningar av mikrobiella samhällen identifierar nya enzymer med biotekniska tillämpningar.
Med tanke på alla dessa spännande utvecklingar inom biovetenskaplig forskning och bioteknik är det ännu viktigare än någonsin att tillhandahålla utbildnings- och mentorskapsmöjligheter för studenter som är intresserade av naturvetenskap och teknik, särskilt studenter med olika bakgrunder. Jag är djupt tacksam till de många mentorer och utbildningserfarenheter inom naturvetenskap och teknik som jag har haft så turen att lära av i min egen utbildning. Jag kommer att använda en del av Lemelson-MIT-prispengarna för att stödja STEM-utbildning och innovation, inklusive stödjande organisationer, såsom Center for Excellence in Education och Society for Science and the Public, som har sponsrat program som har spelat viktiga roller för att hjälpa mellan- och gymnasieelever utvecklar och hyllar sina intressen för naturvetenskap och teknik. Det är en spännande tid inom biologin och det finns så mycket mer vi kan göra för att vårda nästa generation av forskare och ingenjörer som kommer att skapa nya transformativa teknologier som kommer att lösa de många viktiga utmaningar som världen står inför idag.
Feng Zhang är 2017 års vinnare av $500 000 Lemelson-MIT-priset , som hedrar uppfinnare i mitten av karriären som är dedikerade till att förbättra världen genom enastående teknisk uppfinning. Han är en kärnmedlem i Broad Institute of MIT och Harvard