Nauka  / Artykuł

Zmieniają jedno, psują drugie. Edycja zarodków wywołuje niepożądane zmiany w ludzkim genomie

Najnowsze eksperymenty dotyczące edycji ludzkich embrionów metodą CRISPR - Cas9 niestety dość dobitnie pokazały, że jest ona nadal niedopracowana i może wywołać wiele niepożądanych zmian w ludzkim genomie.

Badania ukazały się właśnie na serwerze bioRxiv i nie zostały jeszcze zrecenzowane. Jest to jednak tylko kwestia czasu i nawet jeśli recenzenci znajdą w nich jakieś słabe punkty, ogólny wniosek pozostanie zapewne niezmienny. A brzmi on następująco: edycja genów metodą CRISPR nadal pozostaje ryzykowna. Już wcześniejsze badania udowodniły, że CRISPR może wywoływać genetyczne mutacje na odcinkach kodu, znacznie oddalonego od samego miejsca edycji. Teraz jednak naukowcy potwierdzili, że niechciane mutacje mogą pojawiać się również w pobliżu wprowadzanych modyfikacji.

— Wpływ na najbliższy modyfikowanemu miejscu odcinek jest znacznie ważniejszy i o wiele trudniej jest go wyeliminować - mówi Gaétan Burgio, genetyk z Australian National University w Canberze.

Nowe badania to nowe obawy

Chodzi oczywiście o coraz bardziej widoczną w środowiskach naukowych debatę na temat tego, czy naukowcy powinni edytować ludzkie zarodki, aby zapobiegać chorobom genetycznym. Proces ten jest kontrowersyjny, ponieważ powoduje trwałą zmianę w genomie, który może być przekazywany następnym pokoleniom.

— Jeśli edycja ludzkich embrionów w celach reprodukcyjnych lub edycja linii płciowej byłaby lotem kosmicznym, to dane uzyskane dzięki nowym badaniom są równoznaczne z tym, że rakieta tuż przed startem właśnie eksplodowała - mówi Fyodor Urnov z University of California, Berkeley

Niepożądane efekty

Naukowcy przeprowadzili pierwsze eksperymenty przy użyciu CRISPR w celu edycji ludzkich embrionów w 2015 r. Od tego czasu garstka zespołów na całym świecie zaczęła badać ten proces, którego celem jest precyzyjna edycja genów. Takie badania nadal jednak pozostają rzadkie i są ogólnie ściśle regulowane przez prawo.

— Wyniki tych najnowszych badań są bardzo ważne. Niestety, podkreślają one, jak mało wiadomo o tym, w jaki sposób ludzkie zarodki radzą sobie z naprawą kodu DNA, wycinanego przez narzędzia do edycji genomu - kluczowy krok w edycji CRISPR – Cas9. Potrzebujemy podstawowej mapy drogowej tego, co się tam dzieje, zanim zaczniemy uderzać ją enzymami odcinającymi DNA.

mówi biolog biolog reprodukcyjny Mary Herbert z Newcastle University w Wielkiej Brytanii.

Pierwszy przedruk został opublikowany 5 czerwca przez biologa rozwoju, Kathy Niakan z Francis Crick Institute w Londynie i jej współpracowników. W tym badaniu naukowcy wykorzystali CRISPR – Cas9 do stworzenia mutacji w genie POU5F1, który jest ważny dla rozwoju embrionalnego. Z 18 zarodków poddanych edycji genomu około 22 proc. zawierało niepożądane zmiany wpływające na duże obszary DNA otaczającego POU5F1. Obejmowały one rearanżacje DNA, w tym usunięcie kilku tysięcy liter DNA - znacznie większe niż jest to zwykle zamierzone.

Co dalej z edycją ludzkich genów?

Inna grupa, kierowana przez biologa komórek macierzystych Dietera Egli z Columbia University w Nowym Jorku, badała zarodki utworzone z nasieniem niosącym mutację powodującą ślepotę w genie zwanym EYS2. Zespół użył CRISPR – Cas9, aby spróbować skorygować tę mutację, ale około połowa badanych zarodków straciła duże segmenty chromosomu - a czasem cały chromosom - na którym znajduje się EYS.

Trzecia grupa z kolei, kierowana przez biologa reprodukcyjnego Shoukhrata Mitalipova z Oregon Health & Science University w Portland, badała zarodki stworzone przy użyciu nasienia z mutacją, która powoduje chorobę serca. Po edycji niechcianej wady, zespół potwierdził, że wpłynęła ona negatywnie na duże regiony chromosomu, który zawierał niechciany, usunięty gen.

We wszystkich badaniach naukowcy wykorzystywali zarodki wyłącznie do celów naukowych, a nie do wywoływania ciąż. Wiodący autorzy trzech przedruków odmówili omówienia szczegółów swojej pracy, dopóki artykuły nie zostaną opublikowane w recenzowanych czasopismach.

Nieprzewidywalna edycja

Nieplanowane zmiany, zaobserwowane we wszystkich trzech badaniach są wynikiem procesów naprawy DNA wykorzystanych przez narzędzia do edycji genomu. CRISPR – Cas9 wykorzystuje małą nić RNA do kierowania enzymu Cas9 w miejsce w genomie o podobnej sekwencji (można myśleć o tym jak o systemie naprowadzania). Enzym następnie tnie obie nici DNA w wybranym miejscu, a systemy naprawcze komórki leczą tę lukę.

Edycje pojawiają się podczas tej naprawy: najczęściej komórka uszczelnia cięcie za pomocą podatnego na błędy mechanizmu, który może wstawiać lub usuwać niewielką liczbę liter DNA. Jeśli badacze dostarczą szablon DNA, komórka może czasami użyć tej sekwencji do naprawy nacięcia, co skutkuje prawidłowym przepisaniem. Ale przecięcie DNA może również powodować przetasowanie kodu lub utratę jego dużego fragmentu.

— Poprzednie prace z wykorzystaniem CRISPR w embrionach myszy i innych rodzajach ludzkich komórek wykazały już, że edycja chromosomów może powodować duże, niepożądane efekty. Jednak ważne było, aby wykazać tę samą zasadę w przypadku edycji ludzkich zarodków, pracę również z ludzkimi zarodkami, ponieważ różne typy komórek mogą reagować na edycję genomu w różny sposób - mówi Urnov

Skąd ta losowość?

Każde z trzech omawianych tu badań dostarcza rożne wyjaśnienie losowych zmian zachodzących w DNA. Zespoły Egli i Niakana przypisały większość zmian zaobserwowanych w ich zarodkach dużym usunięciom i rearanżacjom kodu. Grupa badawcza kierowana przez Mitalipowa twierdzi z kolei, że ok 40 proc. zmian było spowodowanych zjawiskiem zwanym konwersją genów, w którym procesy naprawy DNA kopiują sekwencję z jednego chromosomu w parze, aby wyleczyć drugi.

Jak jest w rzeczywistości? Tego jeszcze nie wiadomo. Jedną z możliwości, sugerowaną przez ekspertów jest to, że pęknięcia, czy też przerwania łańcucha DNA są leczone inaczej, w różnych pozycjach na chromosomie.

Podsumowując: opracowaliśmy metodę edycji genów, która aktualnie działa zbyt losowo, żeby móc stosować ją do edycji ludzkich zarodków. Te początkowe wnioski, płynące z trzech opisanych tu badań rzucają nowe światło na przypadek edycji genów w ludzkich zarodkach, który został wykonany w tajemnicy przez chińskiego naukowca He Jiankui. Za ten nielegalny eksperyment trafił on do więzienia na trzy lata.

O wiele ważniejszym pytaniem jest jednak to, co stało się dalej ze zmodyfikowanymi embrionami. Według niepotwierdzonych przez chińskie władze informacji, oba zmodyfikowane zarodki zdążyły się już urodzić. Nikt nie wie jednak, czy proces edycji nie uszkodził w jakiś sposób ich organizmów. Najnowsze badania sugerują, że to bardzo prawdopodobny scenariusz.

Równie ciekawym wątkiem jest to, czy metodę CRISPR da się w ogóle dopracować do takiego stopnia, żeby umożliwiała ona bezpieczną edycję zarodków. A jeśli jest to niemożliwe, to czy istnieje inna, lepsza metoda. I kiedy ją odkryjemy?

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst