Cilvēka embrija gēnu rediģēšanai var būt neparedzētas sekas cilvēku veselībai un sabiedrībai kopumā. Tāpēc, kad ķīniešu zinātnieks izmantoja šo metodi, mēģinot padarīt bērnus izturīgākus pret HIV, daudzi ātri vien nosodīja gājienu kā pāragru un bezatbildīgu. Daba pētniekiem jautāja, kas traucē šo procedūru uzskatīt par pieņemamu klīnisko praksi.
Mēģinājumi veikt iedzimtas izmaiņas cilvēka genomā ir bijuši pretrunīgi. Lūk, kas jums jādara, lai šī tehnika būtu droša un pieņemama.
Sešus mēnešus pēc kāzām Džefs Kerols un viņa sieva nolēma bērnus neņemt. Kerols, 25 gadus vecs bijušais ASV armijas kaprālis, tikko uzzināja, ka viņam ir mutācija, kas izraisa Hantingtona horeju - ģenētisku traucējumu, kas bojā smadzenes un nervu sistēmu un vienmēr noved pie priekšlaicīgas nāves. Apmēram pirms četriem gadiem viņa mātei tika diagnosticēta slimība, un tagad viņš ir uzzinājis, ka arī viņš gandrīz noteikti saslimst.
Saskaroties ar 50% iespēju nodot to pašu drūmo likteni saviem bērniem, pāris nolēma, ka bērni ir ārpus jautājuma. “Mēs tikko noslēdzām tēmu,” saka Kerola.
Vēl atrodoties armijā, viņš sāka studēt bioloģiju, cerot labāk izprast savu slimību. Viņš uzzināja, ka pastāv tāda procedūra kā pirmsimplantācijas ģenētiskā diagnoze jeb PGD. Kerols un viņa sieva praktiski varētu izslēgt mutāciju pārnešanas iespēju, izmantojot in vitro apaugļošanu (IVF) un embriju diagnostiku. Viņi nolēma izmēģināt veiksmi, un 2006. gadā viņiem bija dvīņi bez Hantingtona mutācijas.
Kerols tagad ir Rietumu Vašingtonas universitātes pētnieks Belingemā, kur viņš izmanto citu paņēmienu, kas varētu palīdzēt pāriem viņa nožēlojamā stāvoklī: CRISPR genomiskā rediģēšana. Viņš jau ir izmantojis šo jaudīgo rīku, lai mainītu gēna ekspresiju, kas ir atbildīgs par Hantingtona slimību peles šūnās. Tā kā Hantingtona horeju izraisa tikai viens gēns, un tā sekas ir tik postošas, tieši šī slimība bieži tiek minēta kā piemērs situācijai, kurā gēnu rediģēšana cilvēka embrijā - procedūra, kas var izraisīt nākamo paaudžu pārmantotās izmaiņas, un tāpēc ir pretrunīga - patiešām var būt pamatots. Bet izredzes izmantot CRISPR, lai mainītu šo gēnu cilvēka embrijos, joprojām satrauc Carroll. "Tas ir milzīgs pavērsiens," viņš saka. - Es saprotu,ka cilvēki vēlas to nokārtot pēc iespējas ātrāk - ieskaitot mani. Bet šajā jautājumā ir jāatsakās no visām ambīcijām. " Procedūrai var būt neparedzētas sekas cilvēku veselībai un visai sabiedrībai. Viņš paudīs gadu desmitiem pētījumu, līdz tehnoloģija būs droša.
Sabiedrības viedoklis par gēnu rediģēšanu slimību profilaksei kopumā ir pozitīvs. Bet Karollas atturībai ir daudz zinātnieku. Kad pagājušajā gadā parādījās ziņas, ka ķīniešu biofiziķis izmanto genoma rediģēšanu, lai mēģinātu bērnus padarīt izturīgākus pret HIV, daudzi zinātnieki ātri nosodīja šo soli kā pāragru un bezatbildīgu.
Kopš tā laika vairāki pētnieki un zinātniskās sabiedrības ir aicinājušas noteikt moratoriju iedzimtā cilvēka genoma rediģēšanai. Bet šāds moratorijs rada svarīgu jautājumu, saka embriologs Tonijs Perijs no Batas Universitātes Lielbritānijā. “Kad to var noņemt?” Viņš saka. - Kādi nosacījumi tam ir jāizpilda?
Reklāmas video:
Daba pētniekiem un citām ieinteresētajām personām ir jautājusi, kas neļauj ģenētisko gēnu rediģēšanu uzskatīt par pieņemamu klīnisko metodi. Dažas zinātniskas problēmas, iespējams, var pārvarēt, taču var būt nepieciešams mainīt klīnisko pētījumu praksi un rast plašāku vienprātību par sertificējamās metodes tehnoloģiju.
Garām mērķim: cik daudz kļūdu jūs varat izdarīt?
Genoma rediģēšana ir tehniski izaicinoša, taču tas, kas ir piesaistījis visvairāk uzmanības, ir nevēlamu ģenētisku izmaiņu potenciāls, saka Martins Pera, cilmes šūnu pētnieks Džeksona Bāra ostā, Meinas laboratorijā. Tomēr viņš piebilst, ka šī ir problēma, kuru, visticamāk, būs visvieglāk atrisināt.
Vispopulārākā gēnu rediģēšanas metode ir CRISPR-Cas9 sistēma. Pats mehānisms ir aizgūts no dažām baktērijām, kuras to izmanto aizsardzībai pret vīrusiem, sagriežot DNS ar Cas9 enzīmu. Zinātnieks var izmantot RNS gabalu, lai novirzītu Cas9 uz noteiktu reģionu genomā. Tomēr, kā izrādās, Cas9 un līdzīgi fermenti sagriež DNS citās vietās, it īpaši, ja genomā ir DNS secības, kas ir līdzīgas vēlamajam mērķim. Šie "sānu" griezumi var izraisīt veselības problēmas, piemēram, mainot gēnu, kas kavē audzēja augšanu, var rasties vēzis.
Pētnieki ir mēģinājuši izstrādāt alternatīvas fermentam Cas9, kuras varētu būt mazāk pakļautas kļūdām. Viņi arī izstrādāja Cas9 versijas, kas nodrošina zemāku kļūdu līmeni.
Kļūdu līmenis mainās atkarībā no tā, kurā genoma apgabalā enzīms ir mērķēts. Daudzi gēnu rediģēšanas fermenti ir pētīti tikai pelēm vai cilvēka šūnām, kas audzētas kultūrā, nevis cilvēku embrijiem. Kļūdu līmenis peles un cilvēka šūnās, kā arī nobriedušās un embrionālās šūnās var būt atšķirīgs.
Kļūdu skaitam nav jābūt nullei. Neliels daudzums DNS izmaiņu notiek dabiski katru reizi, kad šūna dalās. Daži saka, ka noteiktas fona izmaiņas var būt pieņemamas, īpaši, ja šo metodi izmanto nopietnas slimības profilaksei vai ārstēšanai.
Daži pētnieki domā, ka CRISPR kļūdu līmenis jau ir pietiekami zems, norāda Perijs. "Bet - un es domāju, ka tas ir diezgan liels" bet "- mēs vēl neesam izdomājuši cilvēku olu un embriju rediģēšanas specifiku," viņš teica.
Mērķis, bet ne tik: cik precīzai vajadzētu būt genoma rediģēšanai?
Lielāka problēma nekā blakusparādības var būt mērķtiecīgas, bet nevēlamas DNS izmaiņas. Pēc tam, kad Cas9 vai līdzīgs ferments sagriež DNS, šūna tiek atstāta brūces dziedēšanai. Bet šūnu remonta procesi nav prognozējami.
Viena no DNS labošanas jeb labošanas formām ir nehomoloģiska gala piestiprināšana, kas noņem dažus no DNS burtiem griezumā - process, kas var būt noderīgs, ja rediģēšanas mērķis ir izslēgt mutanta gēna ekspresiju.
Vēl viens labošanas veids, ko sauc par homoloģisku labošanu, ļauj pētniekiem pārrakstīt DNS secību, nodrošinot paraugu, kas tiek kopēts griezuma vietā. To var izmantot, lai koriģētu tādu stāvokli kā cistiskā fibroze, ko parasti izraisa CFTR gēna dzēšana (hromosomas daļas zaudēšana).
Abus procesus ir grūti kontrolēt. Deleciju, ko izraisa nehomologu galu savienošana, lielums var atšķirties, veidojot dažādas DNS sekvences. Homologs labojums ļauj labāk kontrolēt rediģēšanas procesu, taču daudzos šūnu tipos tas notiek daudz retāk nekā dzēšana. Pētījumi ar pelēm varētu padarīt CRISPR genomu rediģēšanu precīzāku un efektīvāku nekā tas ir tagad, saka Andijs Grīnfīlds, ģenētiķis Apvienotās Karalistes Medicīnas pētījumu padomes Harvelas institūtā netālu no Oksfordas. Peles audzē lielus pēcnācējus, un tāpēc pētniekiem ir daudz mēģinājumu panākt veiksmīgu rediģēšanu un atbrīvoties no visām kļūdām. To pašu nevar teikt par cilvēku embrijiem.
Pagaidām nav skaidrs, cik efektīvs būs mērķtiecīgs homologs remonts cilvēkiem vai pat cik precīzi tas darbosies. 2017. gadā viena zinātnieku grupa izmantoja CRISPR-Cas9 cilvēka embrijos, lai labotu gēnu variantus, kas saistīti ar sirds mazspēju. Embriji nebija implantēti, taču rezultāti parādīja, ka modificētās šūnas tika izmantotas kā paraugs DNS labošanai ar mātes genomu, nevis pētnieku sniegtā DNS veidne. Var izrādīties, ka tas ir ticamāks veids, kā rediģēt cilvēka embriju DNS. Bet kopš tā laika citi pētnieki ir ziņojuši, ka viņi nav spējuši atkārtot šos rezultātus. "Mēs vēl pilnībā neizprotam, kā DNS atjaunošanās notiek embrijos," saka Dženifera Doudna, Kalifornijas universitātes Bērklija molekulārā bioloģe."Mums ir daudz jāstrādā ar citiem embriju veidiem, lai saprastu vismaz pamata lietas."
Pētnieki izstrādā veidus, kā atrisināt problēmas, kas saistītas ar DNS remontu. Divos jūnijā publicētos dokumentos apskatīta CRISPR sistēma, kas var ievietot DNS genomā, neizjaucot abus virzienus, tādējādi apejot atkarību no DNS atjaunošanas mehānismiem. Ja sistēmas veiksmīgi izturēs papildu testus, tās var ļaut pētniekiem labāk kontrolēt rediģēšanas procesu.
Vēl viena pieeja ir izmantot paņēmienu, ko sauc par pamata rediģēšanu. Pamata redaktoros ir atspējots Cas9 kopā ar fermentu, kas var pārveidot vienu DNS burtu citā. Invalīds Cas9 novirza pamatredaktoru uz genoma sadaļu, kur tas ķīmiski modificē DNS tieši, to nesagriežot. Aprīlī publicētie pētījumi parādīja, ka daži no šiem pamata redaktoriem var arī veikt neparedzētas izmaiņas, taču turpina uzlabot to precizitāti.
"Pamata rediģēšana šobrīd neatbilst mūsu kritērijiem," saka Metjū Portijs, bērnu hematologs no Stenfordas universitātes Kalifornijā. "Bet jūs varat iedomāties, ka laika gaitā tas kļūs labāks."
Lasiet turpinājumu šeit.
Heidi Ledforda