Kolme tieteellistä artikkelia on julkaistu, joissa kirjoittajat raportoivat kromosomien geneettisen materiaalin suurista laskeutumisista ja DNA: n uudelleenjärjestelyistä. Artikkelin mukaan tutkijoiden havainnot vahvistavat huolta genomien muokkaustekniikoiden turvallisuudesta.
Koesarjan tuloksena, jossa ihmisalkioiden modifiointi suoritettiin geeninkäsittelytyökalulla CRISPR-Cas9, tutkijat ovat todenneet, että tämä tekniikka voi tehdä merkittäviä ja ei-toivottuja muutoksia genomiin genomin kohdekohdassa tai sen lähellä.
Tutkimuksen tulokset julkaistiin tässä kuussa bioRxiv-esipainatuspalvelimella, mutta niitä ei ole vielä tarkistettu. Julkaistut artikkelit antavat kuitenkin hyvän osoituksen siitä, että joidenkin tutkijoiden mielestä genomien muokkaamisessa CRISPR-Cas9: llä on aliarvioitu riski. Aikaisemmat kokeet ovat osoittaneet, että tämä editointityökalu kykenee aiheuttamaan sivugeenimutaatioita huomattavalla etäisyydellä kohde-DNA-kohdasta, mutta viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet muutoksia, joita tapahtuu tämän sivuston vieressä olevilla alueilla ja joita ei ehkä havaita standardimenetelmillä.
”Meille tarkat vaikutukset ovat tärkeämpiä. Niitä on paljon vaikeampaa poistaa jälkikäteen”, sanoo geneetikko Gaétan Burgio Australian kansallisesta yliopistosta Canberrassa.
Turvallisuuteen liittyvät kysymykset ovat todennäköisesti keskustelun aiheena siitä, voivatko tutkijat käyttää ihmisen alkionmuokkaustekniikkaa geneettisten sairauksien estämiseen. Asenne tähän tekniikkaan herättää monia kysymyksiä, koska se aiheuttaa perimässä peruuttamattomia muutoksia, jotka siirretään sitten jälkeläisille sukupolvelta toiselle. "Jos ihmisen alkioiden muokkaamista lisääntymistarkoituksiin tai ns. Ituradan muokkaamista voidaan verrata ensimmäiseen miehitettyyn avaruuteen tapahtuvaan lennoon, tutkijoiden saamaa uutta tietoa voidaan verrata raketin räjähdykseen laukaisupaneelilla heti ennen lähtöä", sanoo Fjodor Urnov Kalifornian yliopisto, Berkeley,kuka opiskelee genomin muokkausta (Fedor Urnov ei osallistunut mihinkään edellä mainituista tutkimuksista).
Ei-toivotut vaikutukset
Tutkijat suorittivat ensimmäiset CRISPR-kokeilut ihmisalkioiden muokkaamiseksi vuonna 2015. Sittemmin useat tieteelliset ryhmät ympäri maailmaa ovat alkaneet tutkia tätä tekniikkaa tarkan geenien muokkaamiseksi. Tällainen tutkimus on kuitenkin edelleen harvinaista ja yleensä hyvin säänneltyä.
Mainosvideo:
Newcastlen yliopistossa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa, lisääntymisbiologin Mary Herbertin mukaan äskettäisessä tutkimuksessa korostetaan seuraavaa: Tutkijat tietävät vähän siitä, kuinka ihmisalkiat korjaavat DNA: ta leikkaamalla genomin muokkaustyökaluilla (tämä on tärkeä askel muokkaamisessa CRISPR-Cas9: llä). "Meidän on ymmärrettävä perusteellisesti, mitä siellä tapahtuu, ennen kuin alamme käyttää DNA: ta leikkaavia entsyymejä", lisää Mary Herbert.
Ensimmäisen tulostamisen julkaisi verkossa 5. kesäkuuta Lontoon Francis Crick -instituutin kehitysbiologi Kathy Niakan ja hänen kollegansa. Tutkijat käyttivät tutkimuksessaan CRISPR-Cas9: ää mutaatioiden luomiseen POU5F1-geeniin, jolla on suuri vaikutus alkion kehitykseen. 18 muokatusta alkiosta noin 22% sisälsi ei-toivottuja muutoksia, jotka vaikuttivat suuriin DNA-alueisiin POU5F1-geenin vieressä. Erityisesti havaittiin DNA-alueiden uudelleenjärjestelyä ja useiden tuhansien DNA-nukleotidien suuria deleetioita - ja tämä on paljon enemmän kuin tätä lähestymistapaa käyttävien tutkijoiden yleensä katsotaan.
Toinen tutkijaryhmä, jota johtaa kantasolubiologi Dieter Egli New Yorkin Columbian yliopistosta, tutki EYS-geenin muuntavien sperman tuottamia alkioita (tämä mutaatio johtaa sokeuteen). Tutkijat yrittivät korjata tämän mutaation CRISPR-Cas9: llä, mutta noin puolet kaikista testatuista alkioista menetti suuret kromosomisegmenttinsä (ja joissain tapauksissa koko kromosomin), jolla EYS-geeni sijaitsee.
Lopuksi, kolmas tutkijaryhmä, jota johtaa lisääntymisbiologi Shoukhrat Mitalipov Portlandin Oregonin terveys- ja tiedeyliopistosta, tutki alkioita, jotka on saatu käyttämällä siittiöitä, joissa on sydänsairauksia aiheuttava mutaatio. Tämän ryhmän tutkijat näyttävät myös olevan vakuuttuneita siitä, että genomin muokkaaminen vaikuttaa kromosomin suuriin alueisiin, jotka sisältävät modifioidun geenin.
Kaikissa tutkimuksissaan tutkijat käyttivät alkioita vain tieteellisiin tarkoituksiin, eivätkä raskauden aikaansaamiseksi. Näiden kolmen tieteellisen tutkimuksen johtajat, joiden tulokset heijastuvat ennakolta, kieltäytyivät keskustelemasta työstään yksityiskohtaisesti Nature-lehden Uutishuoneen kanssa, kunnes heidän artikkelinsa julkaistiin vertaisarvioiduissa lehdissä.
Arvaamaton korjaus
Kaikki tallennetut muutokset johtuvat DNA: n korjauksesta, joka suoritetaan genomin muokkaustyökaluilla. CRISPR-Cas9 käyttää pientä RNA-juostetta Cas9-entsyymin ohjaamiseksi kohtaan, jolla on samanlainen sekvenssi. Sitten entsyymi katkaisee molemmat DNA-juosteet tässä paikassa, ja solunkorjausjärjestelmät sulkevat tämän aukon.
Editointi tapahtuu juuri korjauksen aikana: Useimmiten solu sulkee tiukasti tämän raon mekanismilla, joka kykenee insertioimaan tai poistamaan pienen määrän DNA-nukleotideja; tämä mekanismi toimii kuitenkin virheillä. Jos tutkijat lisäävät DNA-mallin, solu voi joskus käyttää kyseistä sekvenssiä tauon korjaamiseksi, mikä johtaa oikean uudelleenkirjoituksen tekemiseen. Leikattu DNA voi kuitenkin myös sekoittaa tai menettää kromosomin suuria paloja.
Aikaisempi CRISPR-tekniikkaa käyttävä työ hiiren alkioissa ja muun tyyppisissä ihmisen soluissa on osoittanut, että kromosomien muokkaaminen voi aiheuttaa merkittäviä haittavaikutuksia. Mutta Urnovin mukaan tutkijoiden kannalta oli tärkeää osoittaa lähestymistapojaan ihmisalkioissa, koska erityyppiset solut voivat reagoida eri tavalla genomin muokkaamiseen.
Tällainen DNA-alueiden uudelleenjärjestely on saattanut olla unohdettu monissa kokeissa, joissa tutkijat yleensä yrittävät löytää esimerkkejä ei-toivotusta muokkaamisesta, esimerkiksi yhden DNA-nukleotidin muutoksesta tai pienten nukleotidifragmenttien pienistä insertioista tai deleetioista. Viimeaikaisissa kokeissa tutkittiin kuitenkin erityisesti suuria deleetioita ja kromosomaalisia uudelleenjärjestelyjä kohdekohdan lähellä. "Ja tiedeyhteisö suhtautuu saatuihin tuloksiin entistä vakavammin", Urnov sanoo. "Nämä tulokset eivät ole ollenkaan vahingossa."
Geneettiset muutokset
Tutkimusryhmät, jotka ovat suorittaneet edellä kuvatut kolme tutkimusta, ovat selittäneet eri tavalla DNA: n sisäisten uudelleenjärjestelyjen taustalla olevan mekanismin. Esimerkiksi Eglin ja Nyakanin tutkimusryhmät uskovat, että suurin osa alkioissa havaituista muutoksista johtuu DNA-alueiden suurista poistoista ja uudelleenjärjestelyistä. Mitalipov-ryhmä kuitenkin totesi, että jopa 40% havaituista muutoksista aiheutui niin kutsutusta geenimuunnosta, jossa DNA: n korjausprosessien seurauksena sekvenssi kopioidaan yhdestä kromosomista pariin toisen korjaamiseksi.
Mitalipov ja hänen kollegansa ilmoittivat samanlaisia tuloksia vuonna 2017, mutta jotkut tutkijat suhtautuivat skeptisesti siihen tosiasiaan, että geenimuuntaminen on yleistä alkioissa. Tutkijat huomasivat seuraavan: Ensinnäkin geenimuuntamisen aikana äidin ja isän kromosomit eivät sijaitse vierekkäin, ja toiseksi, tutkimusryhmän geenimuuntamisen määrittämiseen käyttämät analyysit voisivat paljastaa muita kromosomaalisia muutoksia, mukaan lukien deleetiot.
Egli ja hänen kollegansa esipaineessaan halusivat suoraan kokeellisesti tarkistaa geenimuunnoksen esiintymisen, mutta eivät pystyneet havaitsemaan sitä. Burjo toteaa, että Mitalipovin esitteessä kuvatut kokeet ovat samanlaisia kuin hänen tutkimusryhmänsä vuonna 2017 suorittamat kokeet. Soulin kansallisen yliopiston geneetikon ja Mitalipov-esikuvan tekijän Jin-Soo Kimin mukaan kromosomin eri osissa olevat DNA-katkot voidaan korjata jollain muulla tavalla - tämä on hänen mielestään yksi mahdollisista ratkaisuista ongelmaan …