Публикувани са три научни статии, в които авторите докладват за големи мащаби от хромозомен генетичен материал и пренареждане на ДНК. Констатациите на учените, според статията, засилват опасенията относно безопасността на технологиите за редактиране на геноми.
В резултат на поредица от експерименти, в които модификацията на човешки ембриони е извършена с помощта на инструмента за редактиране на гени CRISPR-Cas9, учените са установили, че тази технология може да направи значителни и нежелани промени в генома на или в близост до целевото място на генома.
Резултатите от изследването бяха публикувани този месец на сървъра за предпечат на bioRxiv, но все още не са проверени. Публикуваните статии обаче дават добра индикация, че някои учени смятат, че има недооценен риск при редактирането на генома с CRISPR-Cas9. Предишни експерименти показаха, че този инструмент за редактиране е способен да причини странични генни мутации на значително разстояние от целевия ДНК сайт, но последните проучвания разкриха промени, които настъпват в области, съседни на този сайт и може да не бъдат забелязани от стандартните методи.
„За нас точното въздействие е по-важно. Те са много по-трудни за елиминиране след това “, казва Гаетан Бурио, генетик от Австралийския национален университет в Канбера.
Загрижеността за безопасността вероятно е основната тема на продължаващия дебат дали учените могат да използват технологии за редактиране на човешки ембриони за предотвратяване на генетични заболявания. Отношението към тази технология повдига много въпроси, тъй като създава необратими промени в генома, които след това ще бъдат предадени на потомци от поколение на поколение. „Ако технологията за редактиране на човешки ембриони за репродуктивни цели или редактиране на така наречената зародишна линия може да се сравни с първия пилотиран полет в космоса, тогава новите данни, получени от учените, могат да се оприличат на ракетна експлозия на пусковата площадка непосредствено преди излитането“, казва Фьодор Урнов от Калифорнийския университет, Бъркли,който изучава редактирането на генома (Федор Урнов не участва в нито едно от горните проучвания).
Нежелани ефекти
Учените проведоха първите експерименти с помощта на CRISPR за редактиране на човешки ембриони през 2015 г. Оттогава няколко научни групи по света започват да изучават тази технология за прецизно редактиране на гените. Въпреки това, подобни изследвания все още са рядкост и обикновено са силно регулирани.
Промоционално видео:
Според Мери Хърбърт, репродуктивен биолог от университета в Нюкасъл, Обединеното кралство, неотдавнашно проучване подчертава следното: Учените малко знаят как човешките ембриони поправят разрязването на ДНК с инструменти за редактиране на геноми (това е ключова стъпка в редактирането с CRISPR-Cas9). „Трябва да разберем подробно какво се случва там, преди да започнем да използваме режещи ДНК ензими в него“, добавя Мери Хърбърт.
Първият от предпечатните публикации беше публикуван онлайн на 5 юни от биолога на развитието Кати Ниакан от Института Франсис Крик в Лондон и нейните колеги. В своето проучване изследователите използват CRISPR-Cas9, за да създадат мутации в гена POU5F1, който има голямо влияние върху ембрионалното развитие. От 18 редактирани ембриони около 22% съдържат нежелани промени, засягащи големи ДНК участъци в съседство с POU5F1 гена. Това включва пренареждане на ДНК региони и големи делеции на няколко хиляди ДНК нуклеотиди - и това е много повече, отколкото обикновено се разглежда сред учените, използващи този подход.
Друг екип от изследователи, ръководен от биолога по стволови клетки Дитер Егли от Колумбийския университет в Ню Йорк, изследва ембриони, произведени от сперматозоиди, които мутират гена EYS (тази мутация води до слепота). Учените се опитаха да коригират тази мутация с помощта на CRISPR-Cas9, но около половината от всички тествани ембриони загубиха големи сегменти от своята хромозома (а в някои случаи и цялата хромозома), на която се намира гена EYS.
И накрая, трета група учени, водена от репродуктивния биолог Шухурат Миталипов от здравния и научен университет в Орегон в Портланд, изследва ембриони, получени с помощта на сперма, които носят мутация, причиняваща сърдечни заболявания. Учените от този екип също изглежда са се убедили, че редактирането на генома засяга големи участъци от хромозомата, съдържаща модифицирания ген.
Във всички свои изследвания учените използват ембриони само за научни цели, а не за предизвикване на бременност. Водещите автори на тези три научни изследвания, резултатите от които са отразени в предпечатниците, отказаха да обсъдят подробно работата си с отдела за новини на списание Nature, докато статиите им не бъдат публикувани в рецензирани журнали.
Непредвидим ремонт
Всички записани промени възникват в резултат на възстановяване на ДНК, което се извършва с помощта на инструменти за редактиране на геноми. CRISPR-Cas9 използва малка верига от РНК, за да насочи ензима Cas9 към сайт със сходна последователност. След това ензимът прерязва двете нишки на ДНК на това място и системите за възстановяване на клетките затварят тази празнина.
Редактирането става точно по време на ремонт: най-често клетката плътно затваря тази празнина с механизъм, който е в състояние да вмъкне или премахне малко количество ДНК нуклеотиди; този механизъм обаче работи с грешки. Ако учените вмъкнат ДНК шаблон, клетката понякога може да използва тази последователност, за да поправи почивката, което води до правилно пренаписване. Изрязаната ДНК може обаче да се размести или да загуби големи парчета от хромозомата.
Предишна работа, използваща CRISPR технология в миши ембриони и други видове човешки клетки, показа, че хромозомното редактиране може да причини значителни нежелани ефекти. Но според Урнов за учените е било важно да демонстрират подходите си в човешки ембриони, тъй като различните видове клетки могат да реагират различно на редактирането на генома.
Подобно пренареждане на ДНК региони може би е било пренебрегвано в много експерименти, в които учените обикновено се опитват да намерят примери за нежелано редактиране, да речем, промяна в един ДНК нуклеотид или малки вмъквания или заличаване на малки фрагменти от нуклеотиди. Въпреки това, в последните експерименти бяха специално проучени големи делеции и хромозомни пренастройки в близост до целевия сайт. „И научната общност ще приеме получените резултати още по-сериозно от преди“, казва Урнов. „Тези резултати изобщо не са случайни.“
Генетични промени
Изследователските екипи, които проведоха трите описани по-горе изследвания, обясниха по различен начин механизма на пренареждането в ДНК. Например, изследователските екипи на Егли и Някана смятат, че повечето от наблюдаваните промени при ембрионите се дължат на големи делеции и пренареждания на ДНК региони. Въпреки това, групата на Миталипов заяви, че до 40% от откритите промени са причинени от така наречената генна конверсия, при която в резултат на репарационните процеси на ДНК се копира последователност от една хромозома в двойка, за да се поправи друга.
Миталипов и неговите колеги отчитат подобни резултати още през 2017 г., но някои учени бяха скептично настроени към факта, че конверсията на гени е често срещана при ембрионите. Учените забелязаха следното: първо, по време на конверсия на гени, майчините и бащинните хромозоми не са разположени една до друга, и второ, анализите, използвани от изследователския екип за определяне на преобразуването на гените, биха могли да разкрият други хромозомни промени, включително делеции.
Егли и неговите колеги в своя предпечат искаха директно експериментално да проверят наличието на генна конверсия, но не можаха да я открият. Буржо отбелязва, че описите, описани в предпечат на Миталипов, са подобни на тези, проведени от неговия изследователски екип през 2017 година. Според Джин-Су Ким, генетик от Националния университет в Сеул и съавтор на предпечатника на Миталипов, разкъсванията на ДНК в различни части на хромозомата могат да бъдат коригирани по някакъв друг начин - това според него е едно от възможните решения на въпроса …