Objavljena su tri znanstvena članka u kojima autori izvještavaju o velikim ispadima kromosomskog genetskog materijala i preuređivanju DNK. Otkrića znanstvenika, navodi se u članku, pojačavaju zabrinutost zbog sigurnosti tehnologija za uređivanje genoma.
Kao rezultat niza eksperimenata u kojima je modifikacija ljudskih embrija izvršena korištenjem alata za uređivanje gena CRISPR-Cas9, znanstvenici su utvrdili da ova tehnologija može napraviti značajne i nepoželjne promjene u genomu na ili u blizini ciljanog genoma.
Rezultati istraživanja objavljeni su ovog mjeseca na bioRxiv poslužitelju pretiska, ali još uvijek nisu recenzirani. Međutim, objavljeni članci daju dobar pokazatelj da neki znanstvenici vjeruju da postoji podcijenjen rizik u uređivanju genoma pomoću CRISPR-Cas9. Prethodni eksperimenti pokazali su da ovaj alat za uređivanje može izazvati mutacije genskih gena na značajnoj udaljenosti od ciljanog mjesta DNA, no nedavne studije otkrile su promjene koje se događaju u područjima koja su blizu ovog mjesta i koje se ne mogu primijetiti standardnim metodama.
„Za nas su precizni utjecaji važniji. Poslije je mnogo teže eliminirati “, kaže Gaétan Burgio, genetičar sa Australijskog nacionalnog sveučilišta u Canberri.
Pitanja sigurnosti vjerojatno će biti glavna tema tekuće rasprave o tome mogu li znanstvenici koristiti tehnologije za uređivanje ljudskih zametaka za sprečavanje genetskih bolesti. Stav prema ovoj tehnologiji postavlja mnoga pitanja jer stvara nepovratne promjene u genomu, koje će se potom prenositi potomcima iz generacije u generaciju. "Ako se tehnologija uređivanja ljudskih embrija u reproduktivne svrhe ili uređivanje takozvane klice može usporediti s prvim letom u svemir, tada se novi podaci dobiveni od strane znanstvenika mogu usporediti s eksplozijom rakete na lansirnoj podlozi neposredno prije polijetanja", kaže Fyodor Urnov iz University of California, Berkeley,koji proučava uređivanje genoma (Fedor Urnov nije sudjelovao ni u jednoj od navedenih studija).
Neželjeni efekti
Znanstvenici su proveli prve eksperimente pomoću CRISPR-a za uređivanje ljudskih embrija još u 2015. godini. Od tada, nekoliko znanstvenih skupina širom svijeta počelo je proučavati ovu tehnologiju za precizno uređivanje gena. Međutim, takva su istraživanja još uvijek rijetka i obično su visoko regulirana.
Promotivni video:
Prema Mary Herbert, reproduktivnoj biologinji sa sveučilišta Newcastle u Velikoj Britaniji, nedavna studija naglašava sljedeće: Znanstvenici malo znaju o tome kako ljudski embriji popravljaju rez DNK alatima za uređivanje genoma (ovo je ključni korak u uređivanju s CRISPR-Cas9). "Moramo temeljito razumjeti što se tamo događa prije nego što počnemo koristiti enzime za rezanje DNK u njemu", dodaje Mary Herbert.
Prvi je tisak na internetu 5. lipnja objavila razvojna biologinja Kathy Niakan iz Londonskog instituta Francis Crick i njezini kolege. U svojoj studiji, istraživači su koristili CRISPR-Cas9 za stvaranje mutacija gena POU5F1, koji imaju veliki utjecaj na embrionalni razvoj. Od 18 uređenih zametaka, oko 22% je sadržavalo neželjene promjene koje su utjecale na velike DNA regije koje su blizu gena POU5F1. Konkretno, primijećeno je preuređivanje DNA regija i velike delecije nekoliko tisuća DNK nukleotida - i to je puno više nego što se obično smatra među znanstvenicima koji koriste ovaj pristup.
Drugi tim istraživača, predvođen biologom matičnih stanica Dieter Egli sa Sveučilišta Columbia u New Yorku, proučavao je embrije proizvedene spermom koja mutira EYS gen (ova mutacija dovodi do sljepoće). Znanstvenici su pokušali ispraviti ovu mutaciju pomoću CRISPR-Cas9, ali otprilike polovica svih testiranih embrija izgubila je velike segmente svog kromosoma (a u nekim slučajevima i cijeli kromosom), na kojem se nalazi EYS gen.
Na kraju, treća skupina znanstvenika, predvođena reproduktivnim biologom Shoukhrat Mitalipov sa Sveučilišta Oregon Health and Science u Portlandu, proučavala je embrije dobivene pomoću sperme koji nose mutaciju koja uzrokuje srčane bolesti. Znanstvenici iz ovog tima također su postali uvjereni da uređivanjem genoma utječu na velike regije kromosoma koje sadrže modificirani gen.
U svim svojim istraživanjima, znanstvenici su koristili embrije samo u znanstvene svrhe, a ne da bi izazvali trudnoću. Vodeći autori ove tri znanstvene studije, čiji se rezultati odražavaju u preprintovima, odbili su detaljno razgovarati o svom radu s redakcijom časopisa Nature sve dok njihovi članci nisu objavljeni u časopisima sa recenzijom.
Nepredvidiva reparacija
Sve zabilježene promjene nastaju kao rezultat popravke DNK, koja se provodi pomoću alata za uređivanje genoma. CRISPR-Cas9 koristi mali lanac RNA za usmjeravanje enzima Cas9 na mjesto sa sličnim redoslijedom. Na tom mjestu enzim siječe obje lance DNK, a sustavi za popravak stanica zatvaraju ovaj jaz.
Uređivanje se događa upravo tijekom popravka: najčešće ćelija čvrsto zatvori ovaj jaz mehanizmom koji može umetnuti ili ukloniti malu količinu nukleotida DNA; međutim, ovaj mehanizam djeluje s greškama. Ako znanstvenici umetnu DNK obrazac, stanica ponekad može upotrijebiti taj slijed za popravak prekida, što rezultira ispravnim prepisivanjem. No, izrezana DNK također se može pomiješati ili izgubiti velike dijelove kromosoma.
Dosadašnji rad pomoću CRISPR tehnologije na mišjim embrionima i drugim vrstama ljudskih stanica pokazao je da uređivanje kromosoma može uzrokovati značajne neželjene efekte. Ali, prema Urnovu, bilo je važno znanstvenicima pokazati svoje pristupe u ljudskim embrionima, jer različite vrste stanica mogu različito reagirati na uređivanje genoma.
To preuređivanje DNA regija možda je zanemareno u mnogim eksperimentima, u kojima znanstvenici obično pokušavaju pronaći primjere neželjenog uređivanja, recimo, promjene jednog DNK nukleotida ili malih umetanja ili brisanja malih fragmenata nukleotida. Međutim, u nedavnim eksperimentima posebno su istražena velika brisanja i kromosomska preuređenja u blizini ciljanog mjesta. "I znanstvena će zajednica shvatiti dobivene rezultate još ozbiljnije nego prije", kaže Urnov. "Ovi rezultati uopće nisu slučajni."
Genetske promjene
Istraživački timovi koji su proveli gore opisana tri ispitivanja različito su objasnili mehanizam koji stoji u osnovi preuređenja unutar DNK. Na primjer, istraživački timovi Egli i Nyakan vjeruju da je većina promjena primijećenih kod embrija posljedica velikih brisanja i preuređenja DNA regija. Međutim, Mitalipova skupina izjavila je da je do 40% otkrivenih promjena uzrokovano takozvanom pretvorbom gena, u kojoj se, kao rezultat procesa popravljanja DNK, iz jednog kromosoma u par kopira slijed da bi se popravio drugi.
Mitalipov i njegovi kolege izvijestili su o sličnim rezultatima još u 2017. godini, ali neki su znanstvenici bili sumnjičavi prema činjenici da je pretvorba gena uobičajena u zamecima. Znanstvenici su primijetili sljedeće: prvo, tijekom pretvorbe gena majčinski i očinski kromosomi se ne nalaze jedan pored drugog, i drugo, analize koje istraživački tim koristi za utvrđivanje pretvorbe gena mogli bi otkriti druge kromosomske promjene, uključujući brisanja.
Egli i njegovi kolege željeli su izravno eksperimentalno potvrditi prisutnost pretvorbe gena, ali nisu ga mogli otkriti. Burjo napominje da su eksperimenti opisani u Mitalipovu preprimaru slični onima koje je izveo njegov istraživački tim 2017. godine. Prema Jin-Soo Kim, genetičarki na Nacionalnom sveučilištu u Seulu i koautor Mitalipovljevog pretiska, puknuće DNK na različitim dijelovima kromosoma može se ispraviti na neki drugi način - to je, prema njegovom mišljenju, jedno od mogućih rješenja problema …