Ihmisalkion geenien muokkauksella voi olla tahattomia vaikutuksia ihmisten terveyteen ja koko yhteiskuntaan. Siksi, kun kiinalainen tutkija käytti tätä menetelmää yrittääkseen tehdä lapsista vastustuskykyisempiä HIV: lle, monet tuomitsivat siirron ennenaikaisena ja vastuuttomana. Luonto kysyi tutkijoilta, mikä estää tätä menettelyä pitämästä hyväksyttävänä kliinisenä käytännönä.
Yritykset tehdä periytyviä muutoksia ihmisen perimään ovat olleet kiistanalaisia. Tässä on mitä sinun täytyy tehdä, jotta tämä tekniikka olisi turvallista ja hyväksyttävää.
Kuusi kuukautta häät jälkeen Jeff Carroll ja hänen vaimonsa päättivät olla lapsettomia. Carroll, 25-vuotias entinen Yhdysvaltain armeijan ruumiillinen, sai juuri tietää, että hänellä on mutaatio, joka aiheuttaa Huntingtonin koreaa, geneettisen häiriön, joka vahingoittaa aivoja ja hermostoa ja johtaa aina muuttumattomaan ennenaikaiseen kuolemaan. Noin neljä vuotta sitten hänen äitinsä diagnosoitiin sairaus, ja nyt hän on oppinut, että myös hän sairastuu melkein varmasti.
Pariskunta päätti 50%: n mahdollisuudesta välittää sama synkkä kohtalo lapsilleen. "Suljimme juuri aiheen", Carroll sanoo.
Vielä armeijan ollessaan hän alkoi opiskella biologiaa toivoen paremmin ymmärtää sairauttaan. Hän oppi, että on olemassa sellainen toimenpide kuin implantaatiota edeltävä geneettinen diagnoosi tai PGD. Carroll ja hänen vaimonsa voisivat käytännössä sulkea pois mutaation leviämisen mahdollisuuden in vitro -hedelmöityksen (IVF) ja alkion diagnostiikan avulla. He päättivät kokeilla onneaan ja vuonna 2006 heillä oli kaksoset ilman Huntingtonin mutaatiota.
Carroll on nyt tutkija Länsi-Washingtonin yliopistossa Bellinghamissa, jossa hän soveltaa toista tekniikkaa, joka voisi auttaa parissa hänen ahdingossaan: CRISPR-genominen editointi. Hän on jo käyttänyt tätä tehokasta työkalua muuttaakseen Huntingtonin taudista vastuussa olevan geenin ilmentymistä hiiren soluissa. Koska Huntingtonin korea johtuu vain yhdestä geenistä ja sen seuraukset ovat niin tuhoisia, juuri tämä sairaus mainitaan usein esimerkkinä tilanteesta, jossa ihmisen alkion geenien muokkaaminen - menettely, joka voi aiheuttaa tulevien sukupolvien perimät muutokset ja on siten kiistanalainen - voi todella olla. oikeutettu. Mutta mahdollisuus käyttää CRISPR: ää tämän geenin muuttamiseksi ihmisalkioissa huolestuttaa edelleen Carrollia. "Tämä on valtava virstanpylväs", hän sanoo. - Ymmärrän,että ihmiset haluavat välittää sen mahdollisimman pian - myös minä. Mutta tässä asiassa kaikki tavoitteet on hylättävä. " Menetelmällä voi olla odottamattomia vaikutuksia ihmisten terveyteen ja koko yhteiskuntaan. Tutkimus vie vuosikymmeniä, ennen kuin tekniikka on turvallista, hän sanoi.
Yleinen mielipide geenien muokkaamisesta sairauden estämiseksi on yleensä myönteinen. Mutta monet tutkijat jakavat Carrollin hitauden. Kun viime vuonna puhkesi uutinen siitä, että kiinalainen biofyysikko käytti perimän muokkaamista yrittääkseen tehdä lapsista entistä vastustuskykyisempiä HIV: lle, monet tutkijat tuomitsivat muutoksen nopeasti ennenaikaiseksi ja vastuuttomaksi.
Siitä lähtien useat tutkijat ja tiedeyhteisöt ovat vaatineet moratoriota perinnöllisen ihmisen perimän muokkaamiseksi. Mutta tällainen moratorio herättää tärkeän kysymyksen, sanoo embryologi Tony Perry Bathin yliopistosta, Iso-Britannia.”Milloin se voidaan poistaa?” Hän sanoo. - Mitkä ehdot on täytettävä tätä varten?
Mainosvideo:
Luonto on kysynyt tutkijoilta ja muilta sidosryhmiltä, mikä estää geenigeenien muokkaamisen katsottavan hyväksyttäväksi kliiniseksi menetelmäksi. Jotkut tieteelliset ongelmat voidaan todennäköisesti voittaa, mutta voi olla tarpeen muuttaa kliinisiä tutkimuksia koskevaa käytäntöä ja löytää laajempi yksimielisyys varmennettavan menetelmän tekniikasta.
Tavoitteen ohi: Kuinka monta "virhettä" voit tehdä?
Genomien muokkaaminen on teknisesti haastavaa, mutta eniten huomiota herättävät mahdolliset epätoivotut geneettiset muutokset, sanoo Martin Pera, kantasolututkija Jacksonin Bar Harborissa, Mainen laboratoriossa. Hän lisää, että tämä on ongelma, joka todennäköisesti on helpoin ratkaista.
Suosituin geeninkäsittelymenetelmä on CRISPR-Cas9-järjestelmä. Itse mekanismi on lainattu joiltakin bakteereilta, jotka käyttävät sitä puolustamaan viruksia vastaan leikkaamalla DNA Cas9-entsyymin avulla. Tutkija voi käyttää pala RNA: ta ohjaamaan Cas9: tä tiettyyn genomialueeseen. Kuitenkin, kuten käy ilmi, Cas9 ja vastaavat entsyymit leikkaavat DNA: ta muissa paikoissa, etenkin kun genomissa on DNA-sekvenssejä, jotka ovat samankaltaisia kuin haluttu kohde. Nämä "sivu" viillot voivat johtaa terveysongelmiin, kuten kasvaimen kasvua estävän geenin vaihtaminen voi johtaa syöpään.
Tutkijat ovat yrittäneet kehittää Cas9-entsyymille vaihtoehtoja, jotka saattavat olla vähemmän alttiita virheille. He myös kehittivät Cas9-versiot, jotka antavat alhaisemman virhetason.
Virheprosentti vaihtelee sen mukaan, mihin genomialueeseen entsyymi kohdistuu. Monia geenien editointientsyymejä on tutkittu vain hiirissä tai ihmisen soluissa, joita on kasvatettu viljelmässä, ei ihmisalkioissa. Virheaste voi olla erilainen hiiren ja ihmisen soluissa, samoin kuin kypsissä ja alkion soluissa.
Virhelukeman ei tarvitse olla nolla. Pieni määrä DNA-muutoksia tapahtuu luonnollisesti joka kerta, kun solu jakautuu. Jotkut sanovat, että tietyt taustamuutokset voivat olla hyväksyttäviä, varsinkin jos menetelmää käytetään estämään tai hoitamaan vakava sairaus.
Joidenkin tutkijoiden mielestä CRISPR-virheaste on jo riittävän pieni, Perry sanoo. "Mutta - ja mielestäni tämä on melko iso" mutta "- emme ole vielä selvittäneet ihmisten munien ja alkioiden muokkaamisen yksityiskohtia", hän sanoi.
Kohde, mutta ei niin: kuinka tarkan genomisen muokkaamisen tulisi olla?
Suurempi ongelma kuin sivuvaikutukset voivat olla DNA-muutokset, jotka ovat kohdennettuja, mutta ei toivottuja. Sen jälkeen kun Cas9 tai vastaava entsyymi katkaisee DNA: n, solun jätetään parantamaan haava. Mutta solujen korjausprosessit ovat arvaamattomia.
Yksi DNA: n korjaus- tai korjausmuoto on ei-homologinen päätykiinnitys, joka poistaa osan DNA-kirjaimista leikkauksessa - prosessi, joka voi olla hyödyllinen, jos editoinnin tavoitteena on sammuttaa mutanttigeenin ilmentyminen.
Toinen korjausmuoto, nimeltään homologinen korjaus, sallii tutkijoiden kirjoittaa DNA-sekvenssin kirjoittamalla näytteen, joka kopioidaan leikkauskohtaan. Sitä voidaan käyttää sellaisen tilan korjaamiseen, kuten kystinen fibroosi, jonka yleensä aiheuttaa deleetio (kromosomiosan menetys) CFTR-geenissä.
Molempia prosesseja on vaikea hallita. Ei-homologisen pään liittymisen aiheuttamat deleetiot voivat vaihdella kooltaan, muodostaen erilaisia DNA-sekvenssejä. Homologinen korjaus mahdollistaa editointiprosessin paremman hallinnan, mutta se tapahtuu paljon harvemmin kuin poistot monissa solutyypeissä. Hiiritutkimukset voivat tehdä CRISPR: n genomieditoroinnista entistä tarkempaa ja tehokkaampaa kuin nyt, kertoo geneetikko Andy Greenfield, Yhdistyneen kuningaskunnan lääketieteellisen tutkimusneuvoston Harwell-instituutin lähellä Oxfordia. Hiirillä kasvatetaan suuria jälkeläisiä, joten tutkijoilla on monia yrityksiä menestyä editoinnissa ja päästä eroon kaikista virheistä. Samaa ei voida sanoa ihmisalkioista.
Ei ole vielä selvää, kuinka tehokas kohdennettu homologinen korjaus tulee olemaan ihmisissä tai edes kuinka se toimii. Vuonna 2017 yksi tutkijaryhmä käytti CRISPR-Cas9: tä ihmisalkioissa sydämen vajaatoimintaan liittyvien geenivarianttien korjaamiseksi. Alkioita ei implantoitu, mutta tulokset osoittivat, että modifioituja soluja käytettiin templaattina DNA: n korjaamiseen äidin perimän kanssa tutkijoiden tarjoaman DNA-templaatin sijasta. Tämä voi osoittautua luotettavammaksi tapaksi muokata ihmisalkioiden DNA: ta. Sittemmin muut tutkijat ovat ilmoittaneet, etteivät he ole pystyneet toistamaan näitä tuloksia. "Emme vielä ymmärrä täysin, kuinka DNA: n korjaus tapahtuu alkioissa", sanoo Jennifer Doudna, molekyylibiologi Kalifornian yliopistossa, Berkeley."Meidän on tehtävä paljon työtä muun tyyppisten alkioiden kanssa ymmärtääksemme ainakin perustiedot."
Tutkijat kehittävät tapoja ratkaista DNA: n korjaamiseen liittyvät ongelmat. Kaksi kesäkuussa julkaistua artikkelia käsittelee CRISPR-järjestelmää, joka voi insertoida DNA: n genomiin häiritsemättä molempia säikeitä ja ohittaa siten riippuvuuden DNA: n korjausmekanismeista. Jos järjestelmät läpäisevät lisätestauksen onnistuneesti, niiden avulla tutkijat voivat paremmin hallita muokkausprosessia.
Toinen lähestymistapa on käyttää tekniikkaa, jota kutsutaan perusmuokkaukseksi. Peruseditorit sisältävät käytöstä poistetun Cas9: n ja entsyymin, joka voi muuntaa yhden DNA-kirjaimen toiseksi. Vammainen Cas9 ohjaa peruseditorin genomiosaan, jossa se modifioi kemiallisesti DNA: ta suoraan katkaisematta sitä. Huhtikuussa julkaistu tutkimus osoitti, että jotkut näistä peruseditoijista voivat myös tehdä tahattomia muutoksia, mutta niiden tarkkuuden parantamiseksi jatketaan työtä.
"Perusmuokkaus ei tällä hetkellä täytä kriteerejämme", sanoo lasten hematologi Matthew Porteus Kalifornian Stanfordin yliopistosta. "Mutta voit kuvitella, että se paranee ajan myötä."
Lue jatko tästä.
Heidi Ledford