Inimese embrüo geenide redigeerimisel võivad olla soovimatud tagajärjed inimeste tervisele ja kogu ühiskonnale tervikuna. Seetõttu, kui Hiina teadlane kasutas seda meetodit, et muuta lapsed HIV-i suhtes vastupidavamaks, mõistsid paljud hukka selle käigu kui enneaegse ja vastutustundetu. Loodus küsis teadlastelt, mis takistab seda protseduuri pidada vastuvõetavaks kliiniliseks praktikaks.
Püüded teha pärilikke muutusi inimese genoomis on olnud vastuolulised. Selle tehnika ohutuks ja vastuvõetavaks muutmiseks peate tegema järgmist.
Kuus kuud pärast pulmi otsustasid Jeff Carroll ja tema naine lapsi mitte saada. 25-aastane endine USA armee kapral Carroll sai just teada, et tal on mutatsioon, mis põhjustab Huntingtoni koore, geneetilise häire, mis kahjustab aju ja närvisüsteemi ning põhjustab alati enneaegset surma. Umbes neli aastat tagasi diagnoositi ta emal haigus ja nüüd on ta teada saanud, et ka tema haigestub peaaegu kindlasti.
50-protsendilise tõenäosusega edastada sama sünge saatus oma lastele, otsustas paar, et lapsed on endast väljas. “Lõpetasime teema lihtsalt ära,” ütleb Carroll.
Veel sõjaväes olles hakkas ta õppima bioloogiat, lootuses oma haigusest paremini aru saada. Ta sai teada, et on olemas selline protseduur nagu implantatsiooni eelne geneetiline diagnoos ehk PGD. Carroll ja tema naine võisid praktiliselt välistada mutatsioonide edasikandumise võimaluse in vitro viljastamise (IVF) ja embrüodiagnostika abil. Nad otsustasid õnne proovida ja 2006. aastal sündisid neil kaksikud ilma Huntingtoni mutatsioonita.
Carroll on nüüd Bellinghami Lääne-Washingtoni ülikooli teadlane, kus ta rakendab veel ühte tehnikat, mis võiks aidata paaridel tema olukorda saada: CRISPRi genoomne redigeerimine. Ta on seda võimsat tööriista juba kasutanud Huntingtoni tõve eest vastutava geeni ekspressiooni muutmiseks hiirerakkudes. Kuna Huntingtoni koore on põhjustatud ainult ühest geenist ja selle tagajärjed on nii laastavad, tuuakse seda haigust sageli näitena olukorrast, kus inimese embrüo geenide redigeerimine - protseduur, mis võib põhjustada tulevaste põlvkondade päritud muutusi ja on seetõttu vaieldav - võib tõesti olla. õigustatud. Kuid CRISPRi kasutamise võimalus selle geeni muutmiseks inimese embrüoides teeb Carrolli endiselt muret. "See on suur verstapost," ütleb ta. - ma saan aruet inimesed tahaksid sellest võimalikult kiiresti mööduda - ka mina. Kuid selles küsimuses tuleb kõik ambitsioonid maha jätta. " Protseduuril võivad olla ettenägematud tagajärjed inimeste tervisele ja kogu ühiskonnale. Ta ütles, et tehnoloogia on aastakümnete pikkune uurimine.
Avalik arvamus geenide redigeerimise kohta haiguste ennetamiseks on üldiselt positiivne. Kuid Carrolli tagasihoidlikkust jagavad paljud teadlased. Kui eelmisel aastal levis uudis, et Hiina biofüüsik kasutas genoomi redigeerimist, et muuta lapsed HIV-i suhtes vastupidavamaks, mõistsid paljud teadlased kiirelt hukka selle muutuse kui enneaegse ja vastutustundetu.
Pärast seda on mitmed teadlased ja teadusühingud nõudnud moratooriumi päritud inimgenoomi redigeerimiseks. Kuid selline moratoorium tõstatab olulise küsimuse, ütles embrüoloog Tony Perry Suurbritannia Bathi ülikoolist. “Millal saab selle eemaldada?” Ütleb ta. - Millised tingimused peavad selleks olema täidetud?
Reklaamvideo:
Loodus on teadlastelt ja teistelt sidusrühmadelt küsinud, mis takistab geenigeenide redigeerimist aktsepteeritava kliinilise meetodina. Mõnedest teaduslikest probleemidest võib tõenäoliselt üle saada, kuid võib olla vajalik muuta kliiniliste uuringute tava ja leida laiem üksmeel sertifitseeritava meetodi tehnoloogia osas.
Sihtmärgist möödas: kui palju „vigu” saate teha?
Geenivaramu redigeerimine on tehniliselt keeruline, kuid kõige rohkem tähelepanu on pälvinud soovimatute geneetiliste muutuste potentsiaal, ütles Maine'i labori Jacksoni Bar Harbori tüvirakkude uurija Martin Pera. Kuid ta lisab, et see on probleem, mida on tõenäoliselt kõige lihtsam lahendada.
Kõige populaarsem geenide redigeerimise meetod on CRISPR-Cas9 süsteem. Mehhanism ise on laenatud mõnelt bakterilt, kes kasutab seda viiruste vastu kaitsmiseks, lõigates DNA ensüümiga Cas9. Teadlane võib kasutada tükk RNA-d Cas9 suunamiseks genoomi konkreetsesse piirkonda. Kuid nagu selgub, lõikavad Cas9 ja sarnased ensüümid DNA muudes kohtades, eriti kui genoomis on DNA-järjestusi, mis on soovitud sihtmärgiga sarnased. Need "külgmised" sisselõiked võivad põhjustada terviseprobleeme, näiteks tuumori kasvu pärssiva geeni muutmine võib põhjustada vähki.
Teadlased on püüdnud välja töötada ensüümi Cas9 alternatiive, mis võivad olla vähem altid eksima. Samuti arendasid nad välja Cas9 versioonid, mis annavad madalama veamäära.
Vea määr varieerub sõltuvalt genoomi piirkonnast, millele ensüüm on suunatud. Paljusid geeni redigeerimise ensüüme on uuritud ainult hiirtes või kultuuris kasvatatud inimrakkudes, mitte inimese embrüodes. Vea määr võib olla erinev nii hiire ja inimese rakkudes kui ka küpsetes ja embrüonaalsetes rakkudes.
Vigade arv ei pea olema null. Väike kogus DNA muutusi toimub loomulikult iga raku jagunemise korral. Mõned väidavad, et teatud taustmuutused võivad olla vastuvõetavad, eriti kui meetodit kasutatakse raske haiguse ennetamiseks või raviks.
Mõne uurija arvates on CRISPRi veamäär juba piisavalt madal, väidab Perry. "Kuid - ja ma arvan, et see on üsna suur" aga "-, pole inimmunade ja embrüote redigeerimise iseärasusi veel välja mõelnud," ütles ta.
Sihtmärk, kuid mitte nii: kui täpne peaks olema genoom redigeerimine?
Kõrvaltoimetest suuremaks probleemiks võivad olla DNA muutused, mis on suunatud, kuid ebasoovitavad. Pärast seda, kui Cas9 või sarnane ensüüm lõikab DNA, jäetakse rakk haava paranemiseks. Kuid rakkude parandamise protsessid on ettearvamatud.
Üks DNA parandamise ehk parandamise vorme on mittehomoloogiline otsa kinnitus, mis eemaldab lõikamisel osa DNA tähti - protsess, mis võib olla kasulik, kui redigeerimise eesmärk on mutantse geeni ekspressiooni väljalülitamine.
Teine parandamisviis, mida nimetatakse homoloogseks parandamiseks, võimaldab teadlastel DNA järjestust ümber kirjutada, pakkudes proovi, mis kopeeritakse jaotustüki kohas. Seda saab kasutada sellise seisundi nagu tsüstiline fibroos, mida tavaliselt põhjustab deletsioon (kromosoomi osa kaotus) CFTR-geenis, korrigeerimiseks.
Mõlemat protsessi on raske kontrollida. Mittehomoloogse otsa liitumisest põhjustatud deletsioonid võivad olla erineva suurusega, moodustades erinevad DNA järjestused. Homoloogne parandamine võimaldab redigeerimisprotsessi paremini kontrollida, kuid see toimub paljudes rakutüüpides palju harvemini kui kustutamine. Hiirtega tehtud uuringud võivad muuta CRISPR-i genoomse redigeerimise täpsemaks ja tõhusamaks kui see praegu on, ütles Oxfordi lähedal Suurbritannia meditsiiniliste uuringute nõukogu Harweli instituudi geneetik Andy Greenfield. Hiired kasvatavad suuri järglasi ja seetõttu on teadlastel palju katseid eduka toimetamise saavutamiseks ja kõigist vigadest vabanemiseks. Sama ei saa öelda inimembrüote kohta.
Veel pole selge, kui tõhus on homoloogne sihipärane parandamine inimestel või isegi kui täpselt see toimib. 2017. aastal kasutas üks teadlaste rühm CRISPR-Cas9 inimembrüodes südamepuudulikkusega seotud geenivariantide korrigeerimiseks. Embrüoid ei implanteeritud, kuid tulemused näitasid, et modifitseeritud rakke kasutati ema genoomiga DNA parandamiseks matriitsina, mitte teadlaste pakutud DNA matriitsina. See võib osutuda usaldusväärsemaks viisiks inimese embrüote DNA redigeerimiseks. Kuid sellest ajast peale on teised teadlased teatanud, et nad pole suutnud neid tulemusi korrata. "Me ei saa veel täielikult aru, kuidas DNA parandamine embrüodes toimub," ütleb Berkeley California ülikooli molekulaarbioloog Jennifer Doudna."Peame tegema palju tööd muud tüüpi embrüotega, et vähemalt põhiasjadest aru saada."
Teadlased töötavad välja viise, kuidas lahendada DNA parandamisega seotud probleeme. Kahes juunis avaldatud artiklis käsitletakse CRISPR-i süsteemi, mis võib sisestada DNA genoomi mõlemat ahelat katkestamata, vältides seeläbi sõltuvust DNA parandamise mehhanismidest. Kui süsteemid läbivad täiendava testimise edukalt, võivad need võimaldada teadlastel redigeerimisprotsessi paremini kontrollida.
Teine lähenemisviis on kasutada tehnikat, mida nimetatakse põhitoimetamiseks. Põhitoimetajad sisaldavad puudega Cas9 ja ensüümi, mis suudab teisendada ühe DNA tähe teiseks. Puudega Cas9 suunab põhitoimetaja genoomi sektsiooni, kus see modifitseerib keemiliselt DNA-d otse ilma seda lõikamata. Aprillis avaldatud uuringud näitasid, et mõned neist põhitoimetajatest võivad teha ka tahtmatuid muudatusi, kuid nende täpsuse parandamiseks jätkatakse tööd.
"Põhitoimetamine ei vasta praegu meie kriteeriumidele," ütleb Californias Stanfordi ülikooli laste hematoloog Matthew Porteus. "Kuid võite ette kujutada, et see läheb aja jooksul paremaks."
Loe jätkamist siit.
Heidi Ledford
