Редактирането на гените на човешкия ембрион може да има нежелани последици за човешкото здраве и за обществото като цяло. Ето защо, когато китайски учен използва този метод в опит да направи децата по-устойчиви на ХИВ, мнозина бързаха да осъдят този ход като преждевременен и безотговорен. Природата попита изследователите какво пречи тази процедура да се счита за приемлива клинична практика.
Опитите да се направят наследствени промени в човешкия геном бяха противоречиви. Ето какво трябва да направите, за да направите тази техника безопасна и приемлива.
Шест месеца след сватбата, Джеф Карол и съпругата му решиха да нямат деца. Карол, 25-годишен бивш ефрейтор на американската армия, току-що научи, че има мутация, която причинява хорея на Хънтингтън, генетично разстройство, което унищожава мозъка и нервната система и неизменно води до преждевременна смърт. Преди около четири години майка му беше диагностицирана с болестта, а сега научи, че и той почти сигурно ще се разболее.
Изправени пред 50% шанс да предадат същата мрачна съдба на децата си, двойката реши, че децата не са в състояние. „Току-що затворихме темата“, казва Карол.
Докато е още в армията, той започва да учи биология с надеждата да разбере по-добре болестта си. Той научи, че има такава процедура като предимплантационна генетична диагноза или PGD. Карол и съпругата му практически биха могли да изключат възможността за предаване на мутацията чрез ин витро оплождане (IVF) и ембрио диагностика. Те решават да опитат късмета си и през 2006 г. имат близнаци без мутация на Хънтингтън.
Керъл вече е изследовател от Университета в Уестърнг Вашингтон в Белингам, където прилага друга техника, която може да помогне на двойките в неговото тежко положение: CRISPR геномично редактиране. Той вече е използвал този мощен инструмент, за да промени експресията на гена, отговорен за болестта на Хънтингтън в миши клетки. Тъй като хореята на Хънтингтън се причинява само от един ген и последиците от нея са толкова пагубни, именно тази болест често се цитира като пример за ситуация, при която редактирането на гени в човешкия ембрион - процедура, която може да причини промени, наследени от бъдещите поколения и следователно е противоречива - наистина може да бъде обосновано. Но перспективата за използване на CRISPR за промяна на този ген в човешките ембриони все още тревожи Карол. „Това е огромен крайъгълен камък“, казва той. - Разбирам,че хората искат да го преминат възможно най-бързо - включително и аз. Но по този въпрос всички амбиции трябва да отпаднат. Процедурата може да има непредвидени последици за човешкото здраве и за цялото общество. Той ще отнеме десетилетия изследвания, преди технологията да е безопасна, каза той.
Общественото мнение относно редактирането на гени за предотвратяване на заболяването като цяло е положително. Но сдържаността на Карол се споделя от много учени. Когато миналата година се появиха новини, че китайски биофизик използва редактирането на геноми, за да се опита да направи децата по-устойчиви на ХИВ, много учени бързо осъдиха този ход като преждевременен и безотговорен.
Оттогава няколко изследователи и научни общества призовават за мораториум върху редактирането на наследствения човешки геном. Но такъв мораториум повдига важен въпрос, казва ембриологът Тони Пери от университета в Бат, Великобритания. „Кога може да бъде премахнат?“, Казва той. - Какви условия трябва да бъдат изпълнени за това?
Промоционално видео:
Природата попита изследователи и други заинтересовани страни какво пречи на редактирането на генетични гени да се счита за приемлив клиничен метод. Вероятно някои научни проблеми могат да бъдат преодолени, но може да се наложи промяна в практиката на клиничните изпитвания и намиране на по-широк консенсус за технологията, за да бъде сертифициран метод.
Минала цел: Колко „грешки“можете да направите?
Редактирането на генома е технически предизвикателно, но това, което получава най-голямо внимание, е потенциалът за нежелани генетични промени, казва Мартин Пера, изследовател на стволови клетки в лабораторията на Джаксън в Бар Харбър, Мейн. И все пак, добавя той, това е проблемът, който вероятно е най-лесният за решаване.
Най-популярният метод за редактиране на гени е системата CRISPR-Cas9. Самият механизъм е взаимстван от някои бактерии, които го използват за защита от вируси чрез рязане на ДНК с ензима Cas9. Учен може да използва парче РНК, за да насочи Cas9 към определен регион в генома. Въпреки това, както се оказва, Cas9 и подобни ензими режат ДНК на други места, особено когато в генома има ДНК последователности, които са подобни на желаната цел. Тези "странични" разрези могат да доведат до здравословни проблеми, като промяна на ген, който инхибира растежа на тумора, може да доведе до рак.
Изследователите са се опитали да разработят алтернативи на ензима Cas9, които може да са по-малко податливи на грешки. Те също разработиха версии на Cas9, които дават по-нисък процент на грешки.
Коефициентът на грешка варира в зависимост от това към кой регион от генома е насочен ензимът. Много ензими за редактиране на гени са изследвани само при мишки или човешки клетки, отглеждани в култура, а не в човешки ембриони. Коефициентът на грешка може да бъде различен в миши и човешки клетки, както и в зрели и ембрионални клетки.
Броят на грешките не трябва да е нула. Малко количество ДНК промени се случва естествено всеки път, когато клетката се дели. Някои казват, че някои промени на фона могат да бъдат приемливи, особено ако методът се използва за предотвратяване или лечение на сериозно заболяване.
Някои изследователи смятат, че степента на грешки в CRISPR вече е достатъчно ниска, казва Пери. "Но - и мисля, че това е доста голямо" но "- все още не сме разбрали спецификата на редактирането на човешки яйца и ембриони", каза той.
Цел, но не е така: колко точно трябва да бъде геномното редактиране?
По-голям проблем от страничните ефекти могат да бъдат промените в ДНК, които са насочени, но нежелателни. След Cas9 или подобен ензим разрязва ДНК, клетката се оставя да заздрави раната. Но процесите на ремонт на клетки са непредсказуеми.
Една форма на поправяне или поправяне на ДНК е нехомологично крайно закрепване, което премахва някои от буквите на ДНК при отрязването - процес, който може да бъде полезен, ако целта на редактирането е да се изключи експресията на мутантния ген.
Друга форма на поправка, наречена хомолозен ремонт, позволява на изследователите да пренапишат последователността на ДНК, като предоставят проба, която се копира на мястото на разреза. Може да се използва за коригиране на състояние като муковисцидоза, което обикновено се причинява от делеция (загуба на част от хромозома) в CFTR гена.
И двата процеса са трудни за контрол. Делециите, причинени от нехомологично свързване на край, могат да варират по размер, образувайки различни ДНК последователности. Хомоложният ремонт позволява по-добър контрол върху процеса на редактиране, но се случва много по-рядко от изтриванията при много типове клетки. Проучванията върху мишки могат да направят генетичното редактиране на CRISPR по-точно и ефективно, отколкото сега, казва Анди Грийнфийлд, генетик от института Харуел на Обединения съвет за медицински изследвания във Великобритания, близо до Оксфорд. Мишките отглеждат голямо потомство и затова изследователите имат много опити да постигнат успешно редактиране и да се отърват от всички грешки. Същото не може да се каже за човешките ембриони.
Все още не е ясно колко ефективен целенасочен хомолозен ремонт ще бъде при хората или дори как точно ще работи. През 2017 г. една група учени използва CRISPR-Cas9 в човешки ембриони, за да коригира генните варианти, свързани със сърдечна недостатъчност. Ембрионите не са имплантирани, но резултатите показват, че модифицираните клетки са използвани като шаблон за възстановяване на ДНК с генома на майката, а не ДНК шаблонът, предоставен от изследователите. Това може да се окаже по-надежден начин за редактиране на ДНК на човешки ембриони. Но оттогава други изследователи съобщават, че не са успели да повторят тези резултати. "Все още не разбираме напълно как се извършва поправянето на ДНК в ембрионите", казва Дженифър Дудна, молекулярна биоложка от Калифорнийския университет в Бъркли.„Трябва да свършим много работа с други видове ембриони, за да разберем поне основните неща.“
Изследователите разработват начини за решаване на проблемите, свързани с възстановяването на ДНК. Две доклади, публикувани през юни, обсъждат системата CRISPR, която може да вмъкне ДНК в генома, без да нарушава и двете направления, като по този начин заобикаля зависимостта от механизмите за възстановяване на ДНК. Ако системите преминат успешно допълнително тестване, те могат да позволят на изследователите да контролират по-добре процеса на редактиране.
Друг подход е използването на техника, наречена основно редактиране. Основните редактори съдържат инвалид Cas9 заедно с ензим, който може да преобразува една буква от ДНК в друга. Деактивираният Cas9 насочва основния редактор към част от генома, където химически модифицира ДНК директно, без да го реже. Изследвания, публикувани през април, показаха, че някои от тези основни редактори също могат да направят неволни промени, но работата продължава да подобрява тяхната точност.
„Основното редактиране в момента не отговаря на нашите критерии“, казва Матю Портей, педиатричен хематолог от Станфордския университет в Калифорния. "Но можете да си представите, че с времето ще стане по-добре."
Прочетете продължението тук.
Хайди Ледфорд