Boli publikované tri vedecké články, v ktorých autori referujú o rozsiahlych spádoch chromozómového genetického materiálu a preusporiadaní DNA. Zistenia vedcov, v článku hovorí, posilňujú obavy o bezpečnosť technológií na úpravu genómu.
V dôsledku série experimentov, v ktorých sa modifikácia ľudských embryí uskutočňovala pomocou nástroja na úpravu génov CRISPR-Cas9, vedci zistili, že táto technológia môže urobiť významné a nežiaduce zmeny v genóme na cieľovom mieste genómu alebo blízko neho.
Výsledky prieskumu boli uverejnené tento mesiac na serveri pre bioptický predtlač bioRxiv, ale ešte neboli recenzované. Publikované články však poskytujú dobrý náznak, že niektorí vedci sa domnievajú, že pri editácii genómu s CRISPR-Cas9 existuje podceňované riziko. Predchádzajúce experimenty ukázali, že tento editačný nástroj je schopný spôsobiť mutácie postranných génov vo značnej vzdialenosti od cieľového miesta DNA, nedávne štúdie však odhalili zmeny, ktoré sa vyskytujú v oblastiach susediacich s týmto miestom a nemusia byť zaznamenané štandardnými metódami.
„Pre nás sú presnejšie dopady dôležitejšie. Potom je oveľa ťažšie ich eliminovať, “hovorí Gaétan Burgio, genetik na Austrálskej národnej univerzite v Canberre.
Otázky bezpečnosti pravdepodobne budú hlavnou témou prebiehajúcej diskusie o tom, či vedci môžu na prevenciu genetických chorôb využívať technológie úpravy ľudských embryí. Postoj k tejto technológii vyvoláva mnoho otázok, pretože vytvára nezvratné zmeny v genóme, ktoré sa potom prenášajú na potomkov z generácie na generáciu. „Ak je možné technológiu úpravy ľudských embryí na reprodukčné účely alebo úpravu takzvanej zárodočnej línie porovnávať s prvým letom s posádkou do vesmíru, potom nové vedecké údaje možno prirovnať k výbuchu rakety na odpaľovacej rampe tesne pred vzletom,“hovorí Fyodor Urnov z Kalifornská univerzita, Berkeley,ktorý študuje editáciu genómu (Fedor Urnov sa nezúčastnil na žiadnom z vyššie uvedených štúdií).
Nežiaduce účinky
Vedci vykonali prvé experimenty s použitím CRISPR na úpravu ľudských embryí už v roku 2015. Odvtedy niekoľko vedeckých skupín po celom svete začalo študovať túto technológiu na presnú génovú editáciu. Takýto výskum je však stále zriedkavý a zvyčajne je vysoko regulovaný.
Propagačné video:
Podľa Mary Herbertovej, reprodukčnej biológky na Newcastle University vo Veľkej Británii, nedávna štúdia zdôrazňuje toto: Vedci vedia málo o tom, ako ľudské embryá opravujú DNA rezanú pomocou nástrojov na úpravu genómu. (Toto je kľúčový krok pri úprave pomocou CRISPR-Cas9). „Musíme dôkladne pochopiť, čo sa tam deje, skôr ako začneme používať enzýmy na rezanie DNA,“dodáva Mary Herbert.
Prvý z preprintov publikoval on-line 5. júna vývojová biológka Kathy Niakan z inštitútu Francis Crick Institute v Londýne a jej kolegovia. Vo svojej štúdii vedci použili CRISPR-Cas9 na vytvorenie mutácií v géne POU5F1, čo má veľký vplyv na embryonálny vývoj. Z 18 upravených embryí asi 22% obsahovalo nežiaduce zmeny ovplyvňujúce veľké oblasti DNA susediace s génom POU5F1. Pozorovalo sa najmä preskupenie oblastí DNA a veľké delécie niekoľkých tisíc nukleotidov DNA - a to je oveľa viac, ako sa bežne predpokladá medzi vedcami, ktorí používajú tento prístup.
Iný tím vedcov vedený biologom kmeňových buniek Dieterom Egli z Columbia University v New Yorku študoval embryá produkované spermiami, ktoré mutujú gén EYS (táto mutácia vedie k oslepnutiu). Vedci sa pokúsili opraviť túto mutáciu pomocou CRISPR-Cas9, ale približne polovica všetkých testovaných embryí stratila veľké segmenty svojho chromozómu (av niektorých prípadoch celý chromozóm), na ktorom je umiestnený gén EYS.
Nakoniec tretia skupina vedcov vedená reprodukčným biológom Shoukhratom Mitalipovom z Oregonskej univerzity zdravia a vedy v Portlande študovala embryá získané pomocou spermií, ktoré nesú mutáciu spôsobujúcu srdcové choroby. Vedci v tomto tíme sa tiež zdajú byť presvedčení, že úprava genómu ovplyvňuje veľké oblasti chromozómu obsahujúceho modifikovaný gén.
Vo všetkých svojich výskumoch vedci používali embryá iba na vedecké účely, a nie na vyvolanie tehotenstva. Vedúci autori týchto troch vedeckých štúdií, ktorých výsledky sa odrážajú v predtlačiach, odmietli podrobne diskutovať o svojej práci v redakcii časopisu Nature, kým neboli ich články uverejnené v recenzovaných časopisoch.
Neočakávateľná náprava
Všetky zaznamenané zmeny vznikajú v dôsledku opravy DNA, ktorá sa vykonáva pomocou nástrojov na úpravu genómu. CRISPR-Cas9 používa malé vlákno RNA na nasmerovanie enzýmu Cas9 na miesto s podobnou sekvenciou. Enzým potom na tomto mieste odreže oba vlákna DNA a systémy na opravu buniek túto medzeru uzavrú.
K úpravám dochádza iba počas opravy: bunka najčastejšie pevne uzavrie túto medzeru mechanizmom, ktorý je schopný vložiť alebo odstrániť malé množstvo nukleotidov DNA; tento mechanizmus však pracuje s chybami. Ak vedci vložia šablónu DNA, bunka môže niekedy použiť túto sekvenciu na opravu zlomenia, čo vedie k správnemu prepisovaniu. Rezaná DNA však môže tiež zamiešať alebo stratiť veľké kúsky chromozómu.
Predchádzajúca práca s použitím technológie CRISPR v myších embryách a iných typoch ľudských buniek ukázala, že editácia chromozómov môže spôsobiť významné nežiaduce účinky. Podľa Urnova bolo však dôležité, aby vedci demonštrovali svoje prístupy v ľudských embryách, pretože rôzne typy buniek môžu na úpravu genómu reagovať odlišne.
Toto preskupenie oblastí DNA sa mohlo prehliadnuť pri mnohých experimentoch, pri ktorých sa vedci zvyčajne snažia nájsť príklady nechcených úprav, povedzme, zmeny jedného nukleotidu DNA alebo malé inzercie alebo delécie malých fragmentov nukleotidov. Avšak v posledných experimentoch boli špecificky skúmané konkrétne delécie a chromozomálne prestavby v blízkosti cieľového miesta. „Vedecká obec bude brať získané výsledky ešte vážnejšie ako predtým,“hovorí Urnov. „Tieto výsledky nie sú vôbec náhodné.“
Genetické zmeny
Výskumné tímy, ktoré vykonali vyššie uvedené tri štúdie, odlišne vysvetlili mechanizmus, ktorý je základom preusporiadania v rámci DNA. Napríklad výskumné tímy Egli a Nyakan veria, že väčšina zmien pozorovaných u embryí je spôsobená veľkými deléciami a prestavbami oblastí DNA. Mitalipovova skupina však uviedla, že až 40% zistených zmien bolo spôsobené takzvanou génovou konverziou, pri ktorej sa v dôsledku procesov opravy DNA skopíruje sekvencia z jedného chromozómu do páru, aby sa opravila ďalšia.
Mitalipov a jeho kolegovia hlásili podobné výsledky už v roku 2017, niektorí vedci však boli skeptickí, že génová konverzia je bežná u embryí. Vedci si všimli nasledujúce skutočnosti: po prvé, počas génovej konverzie sa materské a otcovské chromozómy nenachádzajú vedľa seba, a po druhé, analýzy použité výskumným tímom na určenie génovej konverzie môžu odhaliť ďalšie chromozomálne zmeny vrátane delécií.
Egli a jeho kolegovia v ich predtlači chceli priamo experimentálne overiť prítomnosť génovej konverzie, ale nedokázali ju zistiť. Burjo poznamenáva, že experimenty opísané v predtlači Mitalipova sú podobné pokusom uskutočneným jeho výskumným tímom v roku 2017. Podľa Jin-Soo Kim, genetika na Seoulskej národnej univerzite a spoluautora predtlače Mitalipov, je možné zlomiť DNA v rôznych častiach chromozómu opraviť iným spôsobom - podľa jeho názoru je to jedno z možných riešení problému. …