Avaldatud on kolm teadusartiklit, milles autorid käsitlevad kromosoomi geneetilise materjali ulatuslikke langusi ja DNA ümberkorraldusi. Artiklis öeldakse, et teadlaste järeldused suurendavad muret genoomi redigeerimise tehnoloogiate ohutuse pärast.
Pärast katseseeriat, mille käigus viidi läbi inimese embrüote modifitseerimine, kasutades geeni redigeerimise tööriista CRISPR-Cas9, on teadlased tuvastanud, et see tehnoloogia võib genoomis teha olulisi ja ebasoovitavaid muutusi genoomi sihtkohas või selle läheduses.
Uurimistulemused avaldati sel kuul bioRxiv eelprintimise serveris, kuid neid pole veel eelretsenseeritud. Avaldatud artiklid annavad siiski hea viite sellele, et mõnede teadlaste arvates on CRISPR-Cas9 abil genoomi redigeerimisel alahinnatud oht. Varasemad katsed on näidanud, et see redigeerimisriist on võimeline põhjustama külggeenide mutatsioone sihtmärk-DNA saidist märkimisväärsel kaugusel, kuid hiljutised uuringud on näidanud muutusi, mis toimuvad selle saidiga külgnevatel aladel ja mida standardmeetodid ei pruugi märgata.
„Meie jaoks on täpsemad mõjud olulisemad. Neid on tagantjärele palju raskem kõrvaldada,”ütleb Canberra Austraalia riikliku ülikooli geneetik Gaétan Burgio.
Ohutusprobleemid on tõenäoliselt põhiteemaks käimasolevas arutelus selle üle, kas teadlased saavad geneetiliste haiguste ennetamiseks kasutada inimese embrüote redigeerimise tehnoloogiaid. Suhtumine sellesse tehnoloogiasse tekitab palju küsimusi, kuna see tekitab genoomis pöördumatuid muutusi, mis kanduvad seejärel põlvest põlve edasi. "Kui inimembrüote reprodutseerimise või niinimetatud iduliini redigeerimise tehnoloogiat saab võrrelda esimese mehitatud lennuga kosmosesse, siis teadlaste saadud uusi andmeid saab võrrelda raketi plahvatusega stardiplaadil vahetult enne õhkutõusmist," ütleb Fjodor Urnov California ülikool, Berkeley,kes õpib genoomi redigeerimist (Fedor Urnov ei osalenud üheski eelnimetatud uuringus).
Soovimatud tagajärjed
Teadlased viisid esimesed katsed CRISPR-i abil läbi inimese embrüote redigeerimise juba 2015. aastal. Sellest ajast alates on mitmed teadusrühmad kogu maailmas hakanud seda tehnoloogiat uurima geenide täpseks redigeerimiseks. Kuid sellised uuringud on endiselt haruldased ja tavaliselt väga reguleeritud.
Reklaamvideo:
Suurbritannias Newcastle'i ülikooli reproduktiivbioloogi Mary Herberti sõnul tuuakse värskes uuringus esile järgmist: Teadlased teavad vähe sellest, kuidas inimese embrüod parandavad genoomi redigeerimise tööriistadega lõigatud DNA-d (see on CRISPR-Cas9-ga redigeerimise põhietapp). "Peame põhjalikult aru saama, mis seal toimub, enne kui hakkame selles DNA-d lõikavaid ensüüme kasutama," lisab Mary Herbert.
Londoni Francis Cricki Instituudi arengubioloog Kathy Niakan ja tema kolleegid avaldasid veebis 5. juunil esimese ettekirjutuse. Teadlased kasutasid oma uuringus CRISPR-Cas9 geeni POU5F1 mutatsioonide loomiseks, millel on suur mõju embrüonaalsele arengule. 18-st redigeeritud embrüost sisaldas umbes 22% soovimatuid muutusi, mis mõjutasid POU5F1 geeni külgnevaid suuri DNA piirkondi. Eriti täheldati DNA piirkondade ümberkorraldamist ja mitme tuhande DNA nukleotiidi suurtest deletsioonidest - ja seda on palju rohkem, kui seda lähenemist kasutavate teadlaste seas tavaliselt peetakse.
Teine teadlaste meeskond, keda juhtis tüvirakkude bioloog Dieter Egli New Yorgi Columbia ülikoolist, uuris EYS-geeni muteerivate sperma toodetud embrüoid (see mutatsioon viib pimedaks). Teadlased üritasid seda mutatsiooni CRISPR-Cas9 abil parandada, kuid umbes pooled kõigist testitud embrüodest kaotasid oma kromosoomi (ja mõnel juhul kogu kromosoomi) suured segmendid, millel asub EYS-i geen.
Lõpuks uuris kolmas teadlaste rühm Portlandi Oregoni tervise- ja teadusülikooli reproduktiivbioloogi Shoukhrat Mitalipovi juhtimisel embrüoid, mis on toodetud sperma abil ja millel on südamehaigusi põhjustav mutatsioon. Tundub, et ka selle meeskonna teadlased on veendunud, et genoomi redigeerimine mõjutab kromosoomi suuri piirkondi, mis sisaldavad modifitseeritud geeni.
Kõigis uuringutes kasutasid teadlased embrüoid ainult teaduslikel eesmärkidel, mitte raseduse esilekutsumiseks. Nende kolme teadusliku uurimistöö, mille tulemusi kajastuvad eeltrükid, juhtiv autorid keeldusid oma tööst üksikasjalikult ajakirja Nature uudisteosakonnaga arutamast, kuni nende artiklid avaldati eelretsenseeritavates ajakirjades.
Ettearvamatu remont
Kõik registreeritud muudatused tekivad DNA parandamise tulemusel, mis viiakse läbi genoomi redigeerimise tööriistade abil. CRISPR-Cas9 kasutab väikest RNA ahelat Cas9 ensüümi suunamiseks sarnase järjestusega saidile. Seejärel lõikab ensüüm selles kohas mõlemad DNA ahelad ja rakuparandussüsteemid sulgevad selle lünga.
Redigeerimine toimub vahetult parandamise ajal: enamasti sulgeb rakk selle tühimiku tihedalt mehhanismiga, mis on võimeline sisestama või eemaldama väikese koguse DNA nukleotiide; see mehhanism töötab siiski vigadega. Kui teadlased sisestavad DNA-malli, saab rakk mõnikord seda järjestust kasutada pausi parandamiseks, mille tulemuseks on korrektne ümberkirjutamine. Kuid lõigatud DNA võib ka kromosoomi suuri tükke segamini ajada või kaotada.
Varasem CRISPR-tehnoloogia abil hiireembrüodes ja muud tüüpi inimrakkudes tehtud töö on näidanud, et kromosoomi redigeerimine võib põhjustada olulisi soovimatuid tagajärgi. Kuid Urnovi sõnul oli teadlaste jaoks oluline demonstreerida oma lähenemist inimese embrüotele, kuna eri tüüpi rakud võivad genoomi redigeerimisele erinevalt reageerida.
Sellist DNA piirkondade ümberkorraldamist on paljudes katsetes kahe silma vahele jäetud, kus tavaliselt proovivad teadlased leida näiteid soovimatust redigeerimisest, näiteks ühe DNA nukleotiidi muutumisest või nukleotiidide väikeste fragmentide väikestest lisamistest või kustutamistest. Kuid hiljutistes katsetes uuriti spetsiaalselt suuri deletsioone ja kromosomaalseid ümberkorraldusi sihtkoha lähedal. “Ja teadusringkonnad võtavad saadud tulemusi senisest veelgi tõsisemalt,” ütleb Urnov. "Need tulemused pole sugugi juhuslikud."
Geneetilised muutused
Kolm ülalkirjeldatud uuringut läbi viinud uurimisrühmad on erinevalt selgitanud DNA-siseste ümberkorralduste aluseks olevat mehhanismi. Näiteks Egli ja Nyakana uurimisrühmad usuvad, et enamik embrüodes täheldatud muutustest on tingitud DNA piirkondade suurtest deletsioonidest ja ümberkorraldustest. Mitalipovi grupp nentis aga, et kuni 40% tuvastatud muutustest oli põhjustatud niinimetatud geenikonversioonist, mille käigus DNA parandusprotsesside tulemusel kopeeritakse järjestus ühest kromosoomist paaris teise parandamiseks.
Mitalipov ja tema kolleegid teatasid sarnastest tulemustest juba 2017. aastal, kuid mõned teadlased olid skeptilised selle suhtes, et geenide muundamine on embrüote puhul tavaline. Teadlased märkasid järgmist: esiteks ei paikne geeni muundamise ajal ema ja isa kromosoomid üksteise kõrval ja teiseks võiksid uurimisrühma poolt geeni muundamise kindlaksmääramiseks kasutatud analüüsid paljastada muud kromosoomi muutused, sealhulgas deletsioonid.
Egli ja tema kolleegid soovisid oma eeltrükis otseselt geenimuundamise olemasolu eksperimentaalselt kontrollida, kuid ei suutnud seda tuvastada. Burjo märgib, et Mitalipovi eeltrükis kirjeldatud katsed on sarnased tema uurimisrühma 2017. aastal tehtud katsetega. Seouli riikliku ülikooli geneetiku ja Mitalipovi eeltrüki kaasautori Jin-Soo Kimi sõnul saab kromosoomi erinevates osades esinevaid DNA purunemisi muul viisil korrigeerida - see on tema arvates temaatika üks võimalikke lahendusi. …
