Urejanje genov človeškega zarodka ima lahko nenamerne posledice za zdravje ljudi in družbo kot celoto. Ko je kitajski znanstvenik uporabil to metodo v poskusu, da bi otroke naredil bolj odporne na HIV, so mnogi hitro obsodili to potezo kot prezgodnjo in neodgovorno. Narava je raziskovalce vprašala, kaj preprečuje, da bi ta postopek veljal za sprejemljivo klinično prakso.
Poskusi, da bi naredili dedne spremembe v človeškem genomu, so bili sporni. Tu je nekaj, kar morate storiti, da bo ta tehnika varna in sprejemljiva.
Šest mesecev po poroki sta se Jeff Carroll in njegova žena odločila, da ne bosta imela otrok. Carroll, 25-letni nekdanji ameriški vojskovodja, je pravkar izvedel, da ima mutacijo, ki povzroča Huntingtonovo horo, genetsko motnjo, ki poškoduje možgane in živčni sistem ter nenehno vodi v prezgodnjo smrt. Pred približno štirimi leti je bila njegova mati diagnosticirana z boleznijo, zdaj pa je izvedel, da bo tudi on skoraj zagotovo zbolel.
Par se je soočil s 50-odstotno možnostjo, da bi isto mračno usodo prenesli na svoje otroke, se je par odločil, da otrok ne bo več. "Pravkar smo zaključili temo," pravi Carroll.
V vojski je začel študirati biologijo v upanju, da bo bolje razumel svojo bolezen. Izvedel je, da obstaja tak postopek kot predimplantacijska genetska diagnoza ali PGD. Carroll in njegova žena sta praktično izključila možnost prenosa mutacij z oploditvijo in vitro (IVF) in diagnostiko zarodkov. Odločila sta se, da bosta poskusila srečo in leta 2006 sta imela dvojčka brez Huntingtonove mutacije.
Carroll je zdaj raziskovalec na univerzi Western Washington v Bellinghamu, kjer uporablja še eno tehniko, ki bi lahko pomagala parom v njegovi težki situaciji: CRISPR urejanje genomov. To zmogljivo orodje je že uporabil za spreminjanje izražanja gena, odgovornega za Huntingtonovo bolezen, v mišjih celicah. Ker horejo Huntington povzroča samo en gen in so njegove posledice tako uničujoče, je ta bolezen pogosto navedena kot primer situacije, ko urejanje genov v človeškem zarodku - postopek, ki lahko povzroči spremembe, ki so jih podedovale prihodnje generacije in je zato sporen - resnično lahko upravičeno. Toda Carroll še vedno skrbi možnosti uporabe CRISPR za spremembo tega gena v človeških zarodkih. "To je velik mejnik," pravi. - Razumem,da ga ljudje želijo čim prej prenesti - tudi jaz. Toda v tej zadevi je treba vse ambicije opustiti. " Postopek ima lahko nepredvidene posledice za zdravje ljudi in za vso družbo. Delo bo desetletij raziskav, preden bo tehnologija varna, je dejal.
Javno mnenje o urejanju genov za preprečevanje bolezni je na splošno pozitivno. Toda Carrollovo zadržanost delijo številni znanstveniki. Ko so se lani pojavile novice, da je kitajski biofizik uporabljal urejanje genomov, da bi poskušal narediti otroke bolj odporne na HIV, so mnogi znanstveniki hitro obsodili to potezo kot prezgodnjo in neodgovorno.
Od takrat je več raziskovalcev in znanstvenih društev pozvalo k moratoriju na urejanje podedovanega človeškega genoma. Toda tak moratorij odpira pomembno vprašanje, pravi embriolog Tony Perry z univerze v Bathu v Veliki Britaniji. "Kdaj ga lahko odstranimo?" - Katere pogoje je treba izpolniti za to?
Promocijski video:
Narava je vprašala raziskovalce in druge zainteresirane strani, kaj preprečuje, da bi urejanje genetskih genov veljalo za sprejemljivo klinično metodo. Nekatere znanstvene težave je verjetno mogoče premagati, vendar bo morda treba spremeniti prakso kliničnih preskušanj in najti širše soglasje o tehnologiji, da bo metoda certificirana.
Pretekli cilj: Koliko napak lahko naredite?
Urejanje genoma je tehnično zahtevno, toda tisto, kar je pritegnilo največ pozornosti, je potencial za neželene genetske spremembe, pravi Martin Pera, raziskovalec matičnih celic v Jackson's Bar Harbour, Maine laboratorij. Vendar je dodal, da je to težava, ki jo je najlažje rešiti.
Najbolj priljubljena metoda urejanja genov je sistem CRISPR-Cas9. Sam mehanizem je izposojen od nekaterih bakterij, ki ga uporabljajo za obrambo pred virusi z rezanjem DNK z encimom Cas9. Znanstvenik lahko s koščkom RNA usmeri Cas9 na določeno območje v genomu. Vendar pa, kot se izkaže, Cas9 in podobni encimi režejo DNK tudi na drugih mestih, zlasti kadar so v genomu zaporedja DNK, ki so podobna želeni tarči. Ti "stranski" zarezi lahko privedejo do zdravstvenih težav, na primer sprememba gena, ki zavira rast tumorja, lahko vodi do raka.
Raziskovalci so poskušali razviti alternative za encim Cas9, ki so lahko manj nagnjeni k napakam. Razvili so tudi različice Cas9, ki dajejo nižjo stopnjo napak.
Stopnja napake se razlikuje glede na to, na katero regijo genoma je encim usmerjen. Številne encime za urejanje genov so preučevali le na miših ali človeških celicah, gojenih v kulturi, ne pa na človeških zarodkih. Stopnja napake je lahko različna v mišjih in človeških celicah, pa tudi v zrelih in embrionalnih celicah.
Število napak ne sme biti nič. Majhna količina sprememb DNK se pojavi naravno vsakič, ko se celica deli. Nekateri pravijo, da so nekatere spremembe v ozadju morda sprejemljive, še posebej, če se metoda uporablja za preprečevanje ali zdravljenje resne bolezni.
Perry meni, da je stopnja napak pri CRISPR že dovolj nizka, pravi Perry. "Ampak - in mislim, da je to precej veliko", vendar - še nismo ugotovili posebnosti urejanja človeških jajčec in zarodkov, "je dejal.
Ciljajte, vendar ne tako: kako natančno mora biti urejanje genomov?
Večja težava kot stranski učinki so lahko spremembe DNK, ki so ciljno usmerjene, vendar nezaželene. Ko Cas9 ali podoben encim razreže DNK, celico pustimo, da zaceli rano. Toda postopki popravljanja celic so nepredvidljivi.
Ena oblika popravljanja ali popravljanja DNK je nehomologna končna pritrditev, ki na rezu odstrani nekaj črk DNK - postopek, ki je lahko koristen, če je cilj urejanja izklop izražanja mutantnega gena.
Druga oblika popravka, imenovana homologna sanacija, omogoča raziskovalcem, da ponovno napišejo zaporedje DNK, tako da zagotovijo vzorec, ki se kopira na mestu reza. Z njim se lahko odpravi stanje, kot je cistična fibroza, ki ga običajno povzroči delecija (izguba dela kromosoma) v genu CFTR.
Oba procesa je težko nadzorovati. Delecije, ki nastanejo zaradi nehomolognega končnega spajanja, se lahko razlikujejo po velikosti in tvorijo različne sekvence DNA. Homologna popravila omogočajo boljši nadzor nad postopkom urejanja, vendar se pojavljajo veliko manj pogosto kot brisanje pri številnih vrstah celic. Študije na miših bi lahko naredile CRISPR genomsko urejanje natančnejše in učinkovitejše kot zdaj, pravi Andy Greenfield, genetik iz inštituta Harwell, britanskega sveta za medicinske raziskave v bližini Oxforda. Miške gojijo velike potomce in tako imajo raziskovalci številne poskuse, da bi dosegli uspešno urejanje in se znebili vseh napak. Enako ne moremo reči za človeške zarodke.
Ni še jasno, kako učinkovito bo ciljno homologno popravilo pri ljudeh ali celo kako natančno bo delovalo. Leta 2017 je ena skupina znanstvenikov uporabila CRISPR-Cas9 v človeških zarodkih, da bi popravila genske različice, povezane s srčnim popuščanjem. Zarodki niso bili vsadljeni, rezultati pa so pokazali, da so spremenjene celice uporabljene kot predloga za popravljanje DNK z materinim genomom, namesto DNK predloge, ki so jo predložili raziskovalci. To se lahko izkaže za bolj zanesljiv način urejanja DNK človeških zarodkov. Toda od takrat naprej so drugi raziskovalci poročali, da teh rezultatov niso mogli ponoviti. "Še vedno ne razumemo popolnoma, kako poteka popravljanje DNK v zarodkih," pravi Jennifer Doudna, molekularna biologinja z kalifornijske univerze v Berkeleyju."Moramo veliko delati z drugimi vrstami zarodkov, da bomo razumeli vsaj osnovne stvari."
Raziskovalci razvijajo načine za reševanje težav, povezanih s popravilom DNK. Dva dokumenta, objavljena junija, razpravljata o sistemu CRISPR, ki lahko vstavi DNK v genom, ne da bi motil oba sklopa in s tem zaobšel odvisnost od mehanizmov popravljanja DNK. Če sistemi uspešno opravijo nadaljnje testiranje, lahko raziskovalcem omogočijo boljši nadzor nad postopkom urejanja.
Drug pristop je uporaba tehnike, imenovane osnovno urejanje. Osnovni urejevalci vsebujejo onemogočen Cas9 skupaj z encimom, ki lahko pretvori eno črko DNK v drugo. Invalid Cas9 usmeri osnovni urejevalnik v del genoma, kjer kemično spremeni DNK, ne da bi ga razrezal. Raziskave, objavljene aprila, so pokazale, da lahko nekateri od teh osnovnih urejevalcev tudi nenamerno spremenijo, vendar se še naprej izboljšuje njihova natančnost.
"Osnovno urejanje trenutno ne ustreza našim kriterijem," pravi Matthew Porteus, pediatrični hematolog na univerzi Stanford v Kaliforniji. "Lahko pa si predstavljate, da bo sčasoma postalo boljše."
Preberite nadaljevanje tukaj.
Heidi Ledford