Uređivanje gena ljudskog embrija može imati nepredviđene posljedice za zdravlje ljudi i za društvo u cjelini. Stoga, kada je kineski znanstvenik koristio ovu metodu u pokušaju da djeca postanu otpornija na HIV, mnogi su brzo osudili taj potez kao preuranjen i neodgovoran. Priroda je pitala istraživače što sprječava da se ovaj postupak smatra prihvatljivom kliničkom praksom.
Pokušaji uvođenja nasljednih promjena u ljudskom genomu bili su kontroverzni. Evo što trebate učiniti da ova tehnika bude sigurna i prihvatljiva.
Šest mjeseci nakon vjenčanja, Jeff Carroll i njegova supruga odlučili su ne imati djecu. Carroll, 25-godišnji bivši kaplaral američke vojske, upravo je saznao da ima mutaciju koja uzrokuje Huntingtonovu koreu, genetski poremećaj koji oštećuje mozak i živčani sustav i koji dovodi uvijek do prerane smrti. Prije otprilike četiri godine majci je dijagnosticirana bolest, a sada je saznao da će i on gotovo sigurno razboljeti.
Suočeni s 50% šanse da istu tešku sudbinu prenose na svoju djecu, par je odlučio da djeca ne dolaze u obzir. "Tek smo zatvorili temu", kaže Carroll.
Dok je još bio u vojsci, počeo je studirati biologiju u nadi da će bolje razumjeti svoju bolest. Saznao je da postoji takav postupak kao predimplantacijska genetska dijagnoza, ili PGD. Carroll i njegova supruga praktički su mogli isključiti mogućnost prijenosa mutacija putem in vitro oplodnje i dijagnostike zametaka. Odlučili su se okušati u svojoj sreći, a 2006. godine imali su blizance bez Huntingtonove mutacije.
Carroll je sada istraživač na Sveučilištu Western Washington u Bellinghamu, gdje primjenjuje drugu tehniku koja bi mogla pomoći parovima u njegovom stanju: CRISPR uređivanje genoma. Već je koristio ovo moćno sredstvo da promijeni ekspresiju gena odgovornih za Huntingtonovu bolest u mišjim stanicama. Budući da je Huntingtonovu koreu uzrokovao samo jedan gen, a posljedice su joj tako pogubne, ta se bolest često navodi kao primjer situacije u kojoj uređivanje gena u ljudskom embriju - postupak koji može uzrokovati promjene naslijeđene od strane budućih generacija i stoga je kontroverzan - doista može biti opravdano. Ali Carroll još uvijek zabrinjava mogućnost upotrebe CRISPR-a za izmjenu ovog gena u ljudskim embrionima. "Ovo je ogromna prekretnica," kaže on. - Razumijem,da ljudi to žele što prije proći - uključujući mene. Ali u tom pitanju sve ambicije moraju se odbaciti. " Postupak može imati nepredviđene posljedice za zdravlje ljudi i za cijelo društvo. Proći će desetljeća istraživanja prije nego što tehnologija bude sigurna, rekao je.
Javno mišljenje o uređivanju gena za sprječavanje bolesti općenito je pozitivno. Ali Carrollinu suzdržanost dijele mnogi znanstvenici. Kada su se prošle godine pojavile vijesti da kineski biofizičar koristi uređivanje genoma kako bi učinio djecu otpornijima na HIV, mnogi su znanstvenici ubrzo osudili taj potez kao preuranjen i neodgovoran.
Od tada je nekoliko istraživača i znanstvenih društava zatražilo moratorij na uređivanje naslijeđenog ljudskog genoma. Ali takav moratorij postavlja važno pitanje, kaže embriolog Tony Perry sa Sveučilišta u Bathu, Velika Britanija. "Kada se to može ukloniti?" - Koje uvjete treba ispuniti za to?
Promotivni video:
Priroda je pitala istraživače i ostale dionike što sprečava da se uređivanje genetskog gena smatra prihvatljivom kliničkom metodom. Neki se znanstveni problemi vjerojatno mogu prevladati, ali možda će biti potrebno promijeniti praksu kliničkih ispitivanja i pronaći širi konsenzus o tehnologiji da bi se metoda certificirala.
Prošli cilj: Koliko "pogrešaka" možete napraviti?
Uređivanje genoma tehnički je izazovno, ali ono što je privuklo najviše pažnje jest potencijal neželjenih genetskih promjena, kaže Martin Pera, istraživač matičnih stanica u Jackson's Bar Harboru, u Maine laboratoriju. Ipak, dodaje, to je problem koji je vjerojatno najlakše riješiti.
Najpopularnija metoda uređivanja gena je sustav CRISPR-Cas9. Sam mehanizam je posuđen od nekih bakterija, koje ga koriste za obranu od virusa rezanjem DNK enzimom Cas9. Znanstvenik može koristiti komad RNA da usmjeri Cas9 na određeno područje u genomu. Međutim, kako se ispostavilo, Cas9 i slični enzimi režu DNK na drugim mjestima, posebno kad u genoma postoje nizovi DNK koji su slični željenom cilju. Ti "bočni" urezi mogu dovesti do zdravstvenih problema, poput promjene gena koji inhibira rast tumora mogu dovesti do raka.
Istraživači su pokušali razviti alternative enzimu Cas9 koji mogu biti manje skloni pogreškama. Također su razvili verzije Cas9 koje daju nižu stopu pogreške.
Stopa pogreške varira ovisno o regiji genoma na koju se odnosi enzim. Mnogi enzimi za uređivanje gena proučavani su samo na miševima ili ljudskim stanicama koje se uzgajaju u kulturi, a ne na ljudskim embrionima. Stopa pogreške može biti različita u mišjim i ljudskim stanicama, kao i u zrelim i embrionalnim stanicama.
Broj pogrešaka ne mora biti nula. Mala količina DNK promjena odvija se prirodno svaki put kada se stanica podijeli. Neki kažu da su određene promjene u pozadini možda prihvatljive, posebno ako se metoda koristi za sprječavanje ili liječenje ozbiljne bolesti.
Neki istraživači misle da je stopa pogreške CRISPR već dovoljno niska, kaže Perry. "Ali - i mislim da je ovo prilično veliko", ali - još nismo utvrdili specifičnosti uređivanja ljudskih jaja i embrija ", rekao je.
Ciljajte, ali ne baš tako: koliko precizno treba biti uređivanje genoma?
Veći problem od nuspojava mogu biti promjene DNA koje su ciljane, ali nepoželjne. Nakon što Cas9 ili sličan enzim razreže DNK, stanica se ostavlja za zarastanje rane. Ali procesi sanacije stanica su nepredvidivi.
Jedan oblik popravka ili popravka DNK je nehomologno krajnje vezivanje, koje uklanja neke DNK slova pri rezu - postupak koji može biti koristan ako je cilj uređivanja isključiti izraz mutirajućeg gena.
Drugi oblik popravka, nazvan homologni popravak, omogućava istraživačima da ponovo napišu slijed DNK pružajući uzorak koji se kopira na mjestu izreza. Može se koristiti za ispravljanje stanja poput cistične fibroze, koje je obično uzrokovano delecijom (gubitkom dijela kromosoma) u CFTR genu.
Oba su procesa teško kontrolirati. Brisanja uzrokovana nehomolognim krajevima spajanja mogu varirati u veličini, tvoreći različite DNK sekvence. Homologni popravak omogućuje bolju kontrolu procesa uređivanja, ali se događa mnogo rjeđe od brisanja kod mnogih tipova stanica. Istraživanja na miševima mogla bi CRISPR uređivanje genoma učiniti preciznijim i učinkovitijim nego što je to sada slučaj, kaže Andy Greenfield, genetičar s Instituta Harwell u Velikoj Britaniji, Vijeće za medicinska istraživanja u blizini Oxforda. Miševi uzgajaju veliko potomstvo i tako istraživači imaju mnogo pokušaja postizanja uspješnog uređivanja i uklanjanja svih grešaka. Isto se ne može reći za ljudske embrije.
Još nije jasno koliko će učinkovit ciljani homologni popravak biti kod ljudi, pa čak ni kako će točno raditi. U 2017. godini, jedna je skupina znanstvenika koristila CRISPR-Cas9 u ljudskim embrionima da bi ispravila varijante gena povezane s zatajenjem srca. Embrioni nisu implantirani, ali rezultati su pokazali da su modificirane stanice korištene kao obrazac za popravak DNK s majčinim genomom, a ne DNA predloška koji su dali istraživači. To se može pokazati pouzdanijim načinom uređivanja DNK ljudskih embrija. Ali od tada su drugi istraživači izvijestili da ne mogu ponoviti ove rezultate. "Još uvijek ne razumijemo u potpunosti kako se popravlja DNK u embrionima", kaže Jennifer Doudna, molekularna biologinja sa Sveučilišta u Berkeleyu u Kaliforniji."Moramo mnogo raditi s drugim vrstama embrija kako bismo shvatili barem osnovne stvari."
Istraživači razvijaju načine rješavanja problema povezanih sa popravkom DNK. Dva rada objavljena u lipnju govore o CRISPR sustavu koji može umetnuti DNK u genom bez ometanja oba lanca, zaobilazeći pritom ovisnost o mehanizmima popravljanja DNK. Ako sustavi uspješno prođu dodatna ispitivanja, mogu omogućiti istraživačima da bolje kontroliraju postupak uređivanja.
Drugi pristup je upotreba tehnike koja se zove osnovno uređivanje. Osnovni urednici sadrže onemogućeni Cas9 zajedno s enzimom koji može pretvoriti jedno slovo DNK u drugo. Onemogućeni Cas9 usmjerava bazni uređivač na odjeljak genoma, gdje kemijski modificira DNA izravno, bez da ga siječe. Istraživanje objavljeno u travnju pokazalo je da neki od ovih osnovnih urednika također mogu unijeti nenamjerne promjene, ali rad i dalje poboljšava njihovu točnost.
"Osnovno uređivanje trenutno ne zadovoljava naše kriterije", kaže Matthew Porteus, pedijatrijski hematolog sa Sveučilišta Stanford u Kaliforniji. "Ali možete zamisliti da će se vremenom popraviti."
Pročitajte nastavak ovdje.
Heidi Ledford
