Objavljeni so bili trije znanstveni članki, v katerih avtorji poročajo o obsežnih izpadih kromosomskega genskega materiala in preureditvi DNK. Ugotovitve znanstvenikov v članku še povečujejo skrb glede varnosti tehnologij za urejanje genomov.
Kot rezultat številnih poskusov, v katerih je bila modifikacija človeških zarodkov izvedena z orodjem za urejanje genov CRISPR-Cas9, so znanstveniki ugotovili, da lahko ta tehnologija povzroči pomembne in nezaželene spremembe v genomu na ciljnem mestu genoma ali blizu njega.
Rezultati raziskave so bili ta mesec objavljeni na strežniku za tiskanje bioRxiv, vendar še niso bili recenzirani. Vendar objavljeni članki kažejo na dober pokazatelj, da nekateri znanstveniki menijo, da je pri urejanju genomov s CRISPR-Cas9 premalo tvegano. Prejšnji poskusi so pokazali, da lahko to orodje za urejanje povzroči mutacije stranskih genov na znatni razdalji od ciljnega mesta DNK, vendar pa so nedavne študije odkrile spremembe, ki se pojavijo na območjih, ki mejijo na to mesto in jih standardne metode morda ne opazijo.
»Za nas so natančnejši vplivi pomembnejši. Potem jih je veliko težje odpraviti, pravi Gaétan Burgio, genetik z avstralske nacionalne univerze v Canberri.
Vprašanja glede varnosti bodo verjetno glavna tema tekoče razprave o tem, ali lahko znanstveniki uporabljajo tehnologije za urejanje človeških zarodkov za preprečevanje genetskih bolezni. Odnos do te tehnologije sproža številna vprašanja, saj ustvarja nepopravljive spremembe v genomu, ki se bodo nato prenašale na potomce iz roda v rod. "Če tehnologijo urejanja človeških zarodkov za reproduktivne namene ali urejanje tako imenovane zarodne linije lahko primerjamo s prvim letom v vesolje, potem lahko nove podatke, ki jih dobijo znanstveniki, primerjajo z raketno eksplozijo na izstrelitvi tik pred vzletom," pravi Fjodor Urnov iz Kalifornijska univerza, Berkeley,ki preučuje urejanje genoma (Fedor Urnov ni sodeloval v nobeni od zgornjih študij).
Neželeni učinki
Znanstveniki so izvedli prve poskuse z uporabo CRISPR za urejanje človeških zarodkov že leta 2015. Od takrat je več znanstvenih skupin po vsem svetu začelo preučevati to tehnologijo za natančno urejanje genov. Vendar so takšne raziskave še vedno redke in običajno zelo regulirane.
Promocijski video:
Po nedavni raziskavi Mary Herbert, reproduktivne biologinje z univerze v Newcastlu, Velika Britanija, znanstveniki poudarjajo naslednje: Znanstveniki malo vedo o tem, kako človeški zarodki popravljajo odrez DNK z orodji za urejanje genomov (to je ključni korak pri urejanju s CRISPR-Cas9). "Moramo temeljito razumeti, kaj se tam dogaja, preden začnemo v njem uporabljati encime za rezanje DNK," doda Mary Herbert.
Prvi odtis je 5. junija objavila razvojna biologinja Kathy Niakan iz Londonskega inštituta Francis Crick in njeni sodelavci. Raziskovalci so v svoji raziskavi uporabili CRISPR-Cas9 za ustvarjanje mutacij v genu POU5F1, ki močno vplivajo na embrionalni razvoj. Od 18 urejenih zarodkov je približno 22% vsebovalo neželene spremembe, ki so vplivale na velika področja DNA, ki mejijo na gen POU5F1. To vključuje preureditve regij DNK in velike delecije več tisoč nukleotidov DNK - in to je veliko več, kot običajno razmišljajo znanstveniki, ki uporabljajo ta pristop.
Druga skupina raziskovalcev, ki jo je vodil biolog matičnih celic Dieter Egli z univerze Columbia v New Yorku, je preučevala zarodke, ki jih proizvaja semenčica, ki povzročajo mutacijo gena EYS (ta mutacija vodi v slepoto). Znanstveniki so poskušali popraviti to mutacijo s pomočjo CRISPR-Cas9, vendar je približno polovica vseh testiranih zarodkov izgubila velike segmente svojega kromosoma (in v nekaterih primerih celoten kromosom), na katerem se nahaja gen EYS.
Nazadnje je tretja skupina znanstvenikov pod vodstvom reproduktivnega biologa Shoukhrata Mitalipova z zdravstvene in znanstvene univerze Oregon v Portlandu preučevala zarodke, pridobljene s pomočjo sperme, ki nosijo mutacijo, ki povzroča srčne bolezni. Tudi znanstveniki iz te skupine so se prepričali, da urejanje genoma vpliva na velika področja kromosoma, ki vsebujejo spremenjen gen.
V vseh svojih raziskavah so znanstveniki uporabljali zarodke le v znanstvene namene in ne zaradi indukcije nosečnosti. Vodilni avtorji teh treh znanstvenih raziskav, katerih rezultati se odražajo v prednastavitvah, niso želeli podrobno razpravljati o svojem delu z oddelkom za novice revije Nature, dokler njihovi članki niso bili objavljeni v strokovno revidiranih revijah.
Nepredvidljivo poplačilo
Vse zabeležene spremembe nastanejo kot posledica popravljanja DNK, ki se izvaja z orodji za urejanje genomov. CRISPR-Cas9 uporablja majhen sklop RNA za usmerjanje encima Cas9 na mesto s podobnim zaporedjem. Encim nato na tem mestu razreže obe verigi DNK, sistemi za obnovo celic pa zapolnijo to vrzel.
Urejanje se zgodi ravno med popravilom: najpogosteje celica to vrzel tesno zapre z mehanizmom, ki lahko vstavi ali odstrani majhno količino nukleotidov DNK; vendar ta mehanizem deluje z napakami. Če znanstveniki vstavijo predlogo DNK, lahko celica včasih uporabi to zaporedje za popravilo preloma, kar ima za posledico pravilno prepisovanje. Vendar lahko razrezani DNK tudi premeša ali izgubi velike koščke kromosoma.
Prejšnje delo z uporabo tehnologije CRISPR na mišjih zarodkih in drugih vrstah človeških celic je pokazalo, da lahko urejanje kromosomov povzroči pomembne neželene učinke. Toda po Urnovem mnenju je bilo za znanstvenike pomembno, da dokažejo svoje pristope v človeških zarodkih, saj lahko različne vrste celic različno reagirajo na urejanje genoma.
To preureditev regij DNK je bilo mogoče spregledati v mnogih poskusih, v katerih znanstveniki ponavadi poskušajo najti primere neželenega urejanja, recimo spremembe enega nukleotida DNK ali majhnih vstavkov ali izbrisov majhnih fragmentov nukleotidov. Toda v zadnjih poskusih so bile posebej raziskane natančno velike delecije in kromosomske preureditve v bližini ciljnega mesta. "In znanstvena skupnost bo rezultate, ki so jih dobili, sprejela še resneje kot prej," pravi Urnov. "Ti rezultati sploh niso naključni."
Genetske spremembe
Raziskovalne skupine, ki so izvedle tri zgoraj opisane študije, so različno razložile mehanizem, na katerem temeljijo preureditve znotraj DNK. Na primer, raziskovalni skupini Egli in Nyakan verjameta, da je večina sprememb, ugotovljenih pri zarodkih, posledica velikih delecij in preureditev regij DNK. Vendar je skupina Mitalipov izjavila, da je do 40% odkritih sprememb povzročila tako imenovana pretvorba genov, pri kateri se zaradi postopkov popravljanja DNK zaporedje kopira iz enega kromosoma v par, da se popravi drug.
Mitalipov in njegovi sodelavci so poročali o podobnih rezultatih že leta 2017, vendar so bili nekateri znanstveniki skeptični glede dejstva, da je pretvorba genov pogosta pri zarodkih. Znanstveniki so opazili naslednje: prvič, da se med pretvorbo genov materinski in očetovski kromosomi ne nahajajo drug poleg drugega, in drugič, analize, ki jih je raziskovalna skupina uporabila za določitev pretvorbe genov, bi lahko razkrile druge kromosomske spremembe, vključno z delecijo.
Egli in njegovi sodelavci so v svojem odtisu želeli neposredno eksperimentalno preveriti prisotnost pretvorbe genov, a je niso mogli zaznati. Burjo ugotavlja, da so poskusi, opisani v Mitalipovem predtisku, podobni tistim, ki jih je leta 2017 izvedla njegova raziskovalna skupina. Po besedah Jin-Soo Kim, genetike na Nacionalni univerzi v Seulu in soavtorja predtiska Mitalipov, lahko razpad DNK na različnih delih kromosoma popravi na kakšen drug način - to je po njegovem mnenju ena od možnih rešitev vprašanja …