Publicēti trīs zinātniski raksti, kuros autori ziņo par liela apjoma hromosomu ģenētiskā materiāla izkrišanu un DNS pārkārtojumiem. Rakstā minētie zinātnieku secinājumi pastiprina bažas par genoma rediģēšanas tehnoloģiju drošību.
Eksperimentu sērijas rezultātā, kurā tika veikta cilvēka embriju modifikācija, izmantojot gēnu rediģēšanas rīku CRISPR-Cas9, zinātnieki ir noskaidrojuši, ka šī tehnoloģija var radīt būtiskas un nevēlamas izmaiņas genomā genoma mērķa vietā vai tās tuvumā.
Pētījuma rezultāti šomēnes tika publicēti bioRxiv pirmsdrukas serverī, taču tie vēl nav salīdzinoši pārskatīti. Tomēr publicētie raksti sniedz labu norādi, ka daži zinātnieki uzskata, ka, izmantojot CRISPR-Cas9, genoma rediģēšanā pastāv nepietiekams risks. Iepriekšējie eksperimenti parādīja, ka šis rediģēšanas rīks spēj izraisīt sānu gēnu mutācijas ievērojamā attālumā no mērķa DNS vietas, tomēr jaunākie pētījumi ir atklājuši izmaiņas, kas notiek apgabalos, kas atrodas blakus šai vietai, un tos var nepamanīt ar standarta metodēm.
“Mums precīzāka ietekme ir svarīgāka. Pēc tam tos ir daudz grūtāk novērst,”saka Gaétan Burgio, ģenētiķis Austrālijas Nacionālajā universitātē Kanberā.
Drošība, iespējams, ir galvenā pašreiz notiekošo debašu tēma par to, vai zinātnieki var izmantot cilvēku embriju rediģēšanas tehnoloģijas ģenētisko slimību profilaksei. Attieksme pret šo tehnoloģiju rada daudz jautājumu, jo tā rada neatgriezeniskas izmaiņas genomā, kuras pēc tam tiks nodotas pēcnācējiem no paaudzes paaudzē. "Ja cilvēka embriju rediģēšanas reproduktīvajiem nolūkiem vai tā saucamās dīgļu līnijas rediģēšanas tehnoloģiju var salīdzināt ar pirmo apkalpoto lidojumu kosmosā, tad zinātnieku iegūtos jaunos datus var pielīdzināt raķetes sprādzienam palaišanas spilventiņā tieši pirms pacelšanās," saka Fjodors Urnovs no Kalifornijas Universitāte, Bērklija,kurš pēta genoma rediģēšanu (Fjodors Urnovs nepiedalījās nevienā no iepriekšminētajiem pētījumiem).
Nevēlamas sekas
Zinātnieki pirmos eksperimentus, izmantojot CRISPR, veica cilvēku embriju rediģēšanai jau 2015. gadā. Kopš tā laika vairākas zinātniskās grupas visā pasaulē ir sākušas pētīt šo tehnoloģiju precīzai gēnu rediģēšanai. Tomēr šādi pētījumi joprojām ir reti un parasti ir ļoti reglamentēti.
Reklāmas video:
Pēc Marijas Herbertas, Ņūkāslas universitātes, Apvienotajā Karalistē, reproduktīvās bioloģes, nesenais pētījums izceļ sekojošo: Zinātnieki maz zina par to, kā cilvēka embriji labo DNS, izmantojot DNS genoma rediģēšanas rīkus. (tas ir galvenais solis rediģēšanā ar CRISPR-Cas9). “Mums ir rūpīgi jāizprot, kas tur notiek, pirms sākam tajā izmantot DNS griešanas fermentus,” piebilst Marija Herberta.
Pirmo no iespiedumiem 5. jūnijā tiešsaistē publicēja attīstības biologe Keitija Niakāna no Fransisa Krika institūta Londonā un viņas kolēģi. Savā pētījumā pētnieki izmantoja CRISPR-Cas9, lai radītu mutācijas POU5F1 gēnā, kam ir liela ietekme uz embriju attīstību. No 18 rediģētajiem embrijiem aptuveni 22% saturēja nevēlamas izmaiņas, kas skāra lielus DNS reģionus, kas atrodas blakus POU5F1 gēnam. Īpaši tika novērota DNS reģionu pārkārtošanās un vairāku tūkstošu DNS nukleotīdu liela delecija - un tas ir daudz vairāk, nekā parasti uzskata zinātnieki, kuri izmanto šo pieeju.
Cita pētnieku grupa, ko vadīja cilmes šūnu biologs Dīters Egli no Kolumbijas universitātes Ņujorkas pilsētā, pētīja embrijus, ko ražo sperma, kas mutē EYS gēnu (šī mutācija noved pie akluma). Zinātnieki mēģināja labot šo mutāciju, izmantojot CRISPR-Cas9, taču apmēram puse no visiem pārbaudītajiem embrijiem zaudēja lielus savas hromosomas (un dažos gadījumos arī visas hromosomas) segmentus, uz kuriem atrodas EYS gēns.
Visbeidzot, trešā zinātnieku grupa, ko vadīja reproduktīvā biologa Shoukhrat Mitalipov no Oregonas Veselības un zinātnes universitāte Portlandē, pētīja embrijus, kas ražoti, izmantojot spermu, kam ir mutācija, kas izraisa sirds slimības. Šķiet, ka arī šīs komandas zinātnieki ir pārliecinājušies, ka genoma rediģēšana ietekmē lielos hromosomas reģionus, kas satur modificēto gēnu.
Visos pētījumos zinātnieki izmantoja embrijus tikai zinātniskiem mērķiem, nevis grūtniecības ierosināšanai. Šo trīs zinātnisko pētījumu vadošie autori, kuru rezultāti atspoguļoti iespiedumos, atteicās detalizēti apspriest savu darbu ar žurnāla Nature Newsroom, līdz viņu raksti tika publicēti recenzētos žurnālos.
Neparedzama atlīdzība
Visas reģistrētās izmaiņas rodas DNS remonta rezultātā, kas tiek veikts, izmantojot genoma rediģēšanas rīkus. CRISPR-Cas9 izmanto nelielu RNS virkni, lai novirzītu Cas9 enzīmu uz vietu ar līdzīgu secību. Pēc tam ferments šajā vietā sagriež abus DNS virzienus, un šūnu atjaunošanas sistēmas aizver šo plaisu.
Rediģēšana notiek tieši labošanas laikā: visbiežāk šūna cieši aizver šo plaisu ar mehānismu, kas spēj ievietot vai noņemt nelielu daudzumu DNS nukleotīdu; tomēr šis mehānisms darbojas ar kļūdām. Ja zinātnieki ievieto DNS veidni, šūna dažreiz var izmantot šo secību, lai labotu pārtraukumu, kā rezultātā tiek veikta pareiza pārrakstīšana. Tomēr sagrieztā DNS var arī sajaukt vai zaudēt lielus hromosomas gabalus.
Iepriekšējais darbs, izmantojot CRISPR tehnoloģiju peļu embrijos un cita veida cilvēka šūnās, parādīja, ka hromosomu rediģēšana var izraisīt ievērojamas nevēlamas blakusparādības. Bet, pēc Urnova domām, zinātniekiem bija svarīgi parādīt savu pieeju cilvēka embrijos, jo dažāda veida šūnas var atšķirīgi reaģēt uz genoma rediģēšanu.
Šī DNS reģionu pārkārtošanās, iespējams, tika ignorēta daudzos eksperimentos, kuros zinātnieki parasti mēģina atrast nevēlamas rediģēšanas piemērus, teiksim, mainot vienu DNS nukleotīdu, vai arī mazu nukleotīdu fragmentu mazu ievietošanu vai izdzēšanu. Tomēr nesenajos eksperimentos īpaši tika pētītas lielas delecijas un hromosomu pārkārtojumi mērķa vietā. “Un zinātniskā sabiedrība iegūtos rezultātus uztvers vēl nopietnāk nekā iepriekš,” saka Urnovs. "Šie rezultāti nepavisam nav nejauši."
Ģenētiskās izmaiņas
Pētnieku grupas, kas veica trīs iepriekš aprakstītos pētījumus, atšķirīgi izskaidroja mehānismu, kas ir pamatā pārkārtojumiem DNS iekšienē. Piemēram, Egli un Nyakana pētījumu grupas uzskata, ka lielākās daļas embrijos novēroto izmaiņu iemesls ir liela DNS reģionu izdzēšana un pārkārtošanās. Tomēr Mitalipova grupa paziņoja, ka līdz 40% no atklātajām izmaiņām ir izraisījusi tā saucamā gēna pārveidošana, kurā DNS remonta procesu rezultātā no vienas hromosomas tiek kopēta secība pārī, lai labotu citu.
Mitalipovs un viņa kolēģi ziņoja par līdzīgiem rezultātiem jau 2017. gadā, taču daži zinātnieki bija skeptiski noskaņoti par to, ka gēnu pārveidošana ir izplatīta embrijos. Zinātnieki pamanīja sekojošo: pirmkārt, gēnu pārveidošanas laikā mātes un tēva hromosomas neatrodas viena otrai blakus, un, otrkārt, analīzes, kuras pētnieku grupa izmantoja, lai noteiktu gēnu pārvēršanu, varētu atklāt citas hromosomu izmaiņas, ieskaitot dzēšanas.
Egli un viņa kolēģi savā pirmsdrukāšanā vēlējās tieši eksperimentāli pārbaudīt gēna konversijas klātbūtni, taču nespēja to atklāt. Burjo atzīmē, ka Mitalipova pirmsdrukā aprakstītie eksperimenti ir līdzīgi tiem, kurus viņa pētījumu komanda veica 2017. gadā. Pēc Jinas-Soo Kimas, Seulas Nacionālās universitātes ģenētiķa un Mitalipova pirmsdrukas līdzautora, DNS pārtraukumus dažādās hromosomas daļās var labot citādā veidā - tas, viņaprāt, ir viens no iespējamiem problēmas risinājumiem. …