Úprava génov ľudského embrya môže mať nezamýšľané následky na ľudské zdravie a na spoločnosť ako celok. Preto, keď čínsky vedec použil túto metódu pri pokuse o zvýšenie odolnosti detí voči HIV, mnohí rýchlo odsúdili tento pohyb ako predčasný a nezodpovedný. Príroda sa pýtala vedcov, čo bráni tomu, aby sa tento postup považoval za prijateľný klinický postup.
Pokusy o uskutočnenie dedičných zmien v ľudskom genóme boli kontroverzné. Toto je potrebné urobiť, aby bola táto technika bezpečná a prijateľná.
Šesť mesiacov po svadbe sa Jeff Carroll a jeho manželka rozhodli, že nebudú mať deti. Carroll, 25-ročný bývalý desiatnik americkej armády, sa práve dozvedel, že má mutáciu, ktorá spôsobuje Huntingtonovu choréu, genetickú poruchu, ktorá ničí mozog a nervový systém a vždy vedie k predčasnej smrti. Asi pred štyrmi rokmi bola jeho matka diagnostikovaná s touto chorobou a teraz sa dozvedel, že aj on takmer určite ochorie.
Vzhľadom na 50% šancu odovzdať rovnaký pochmurný osud svojim deťom sa pár rozhodol, že deti sú vylúčené. „Práve sme tému uzavreli,“hovorí Carroll.
Ešte v armáde začal študovať biológiu v nádeji, že lepšie pochopí svoju chorobu. Dozvedel sa, že existuje taký postup, ako je preimplantačná genetická diagnostika alebo PGD. Carroll a jeho manželka mohli prakticky vylúčiť možnosť prenosu mutácií prostredníctvom in vitro fertilizácie (IVF) a diagnostiky embryí. Rozhodli sa skúsiť šťastie av roku 2006 mali dvojčatá bez Huntingtonovej mutácie.
Carroll je teraz vedecký pracovník na Univerzite v Západnom Washingtone v Bellinghame, kde používa ďalšiu techniku, ktorá by mohla pomôcť párom v jeho nešťastí: CRISPR genomická úprava. Tento silný nástroj už použil na zmenu expresie génu zodpovedného za Huntingtonovu chorobu v myšacích bunkách. Pretože Huntingtonova chorea je spôsobená iba jedným génom a jej dôsledky sú tak zničujúce, je to práve táto choroba, ktorá sa často uvádza ako príklad situácie, v ktorej môže byť editácia génov v ľudskom zárodku - postup, ktorý môže spôsobiť zmeny zdedené budúcimi generáciami, a preto je kontroverzná - skutočne skutočná. odôvodnený. Vyhliadky na použitie CRISPR na zmenu tohto génu v ľudských embryách však Carrolla stále znepokojujú. „Je to obrovský míľnik,“hovorí. - Rozumiem,že to ľudia chcú odovzdať čo najskôr - vrátane mňa. Ale v tejto veci musia byť zrušené všetky ambície. ““Tento postup môže mať nepredvídané následky pre ľudské zdravie a pre celú spoločnosť. Trvá desaťročia výskumu, kým bude technológia bezpečná, uviedol.
Verejná mienka o úprave génov na prevenciu chorôb je vo všeobecnosti pozitívna. Ale Carrolinu zdržanlivosť zdieľajú mnohí vedci. Keď minulý rok vypukli správy, že čínsky biofyzik používal úpravy genómu na to, aby sa deti stali odolnejšie voči HIV, mnohí vedci rýchlo odsúdili tento krok ako predčasný a nezodpovedný.
Odvtedy viacerí vedci a vedecké spoločnosti požadujú moratórium na úpravu zdedeného ľudského genómu. Ale také moratórium vyvoláva dôležitú otázku, hovorí embryológ Tony Perry z University of Bath vo Veľkej Británii. „Kedy sa dá odstrániť?“Hovorí. - Aké podmienky je potrebné splniť?
Propagačné video:
Príroda sa pýtala vedcov a ďalších zainteresovaných strán, čo bráni tomu, aby sa úpravy genetických génov považovali za prijateľnú klinickú metódu. Niektoré vedecké problémy sa pravdepodobne dajú prekonať, ale môže byť potrebné zmeniť prax pri klinických skúškach a nájsť širšiu zhodu v otázke technológie pre metódu, ktorá sa má certifikovať.
Za cieľom: Koľko „chýb“môžete urobiť?
Úprava genómu je technicky náročná, ale najväčšiu pozornosť venuje potenciálu nežiaducich genetických zmien, hovorí Martin Pera, výskumník kmeňových buniek v Jacksonovom laboratóriu v Bar Harbor v štáte Maine. Dodáva však, že toto je problém, ktorý bude pravdepodobne najľahšie vyriešiteľný.
Najobľúbenejšou metódou úpravy génov je systém CRISPR-Cas9. Samotný mechanizmus je požičiavaný od niektorých baktérií, ktoré ho používajú na obranu proti vírusom rezaním DNA enzýmom Cas9. Vedec môže použiť časť RNA na nasmerovanie Cas9 do špecifickej oblasti v genóme. Ako sa však ukázalo, Cas9 a podobné enzýmy štiepia DNA na iných miestach, najmä ak sú v genóme sekvencie DNA, ktoré sú podobné požadovanému cieľu. Tieto „vedľajšie“rezy môžu viesť k zdravotným problémom, ako napríklad zmena génu, ktorý inhibuje rast nádoru, môže viesť k rakovine.
Vedci sa pokúsili vyvinúť alternatívy k enzýmu Cas9, ktoré môžu byť menej náchylné k chybám. Vyvinuli tiež verzie Cas9, ktoré dávajú nižšiu chybovosť.
Miera chybovosti sa líši v závislosti od toho, na ktorú oblasť genómu sa enzým zameriava. Mnoho enzýmov na úpravu génov bolo študovaných iba na myšiach alebo ľudských bunkách pestovaných v kultúre, nie v ľudských embryách. Miera chybovosti sa môže líšiť v myšacích a ľudských bunkách, ako aj v zrelých a embryonálnych bunkách.
Počet chýb nemusí byť nula. Vždy, keď sa bunka delí, prirodzene sa vyskytuje malé množstvo zmien DNA. Niektorí hovoria, že určité zmeny v pozadí môžu byť prijateľné, najmä ak sa táto metóda používa na prevenciu alebo liečbu vážnych chorôb.
Niektorí vedci sa domnievajú, že miera chybovosti CRISPR je už dostatočne nízka, hovorí Perry. "Ale - a myslím si, že je to dosť veľké, ale" - ešte sme neprišli na špecifiká úpravy ľudských vajíčok a embryí, "uviedol.
Zacielenie, nie však: aká presná by mala byť genomická úprava?
Väčší problém ako vedľajšie účinky môžu byť zmeny DNA, ktoré sú cielené, ale nežiaduce. Po štiepení DNA Cas9 alebo podobným enzýmom sa bunka nechá ranu uzdraviť. Procesy opravy buniek sú však nepredvídateľné.
Jednou z foriem opravy alebo opravy DNA je nehomologické pripojenie koncov, ktoré odstraňuje niektoré písmená DNA v reze - proces, ktorý môže byť užitočný, ak je cieľom úpravy vypnúť expresiu mutantného génu.
Iná forma opravy, nazývaná homologická oprava, umožňuje výskumníkom prepísať sekvenciu DNA poskytnutím vzorky, ktorá je skopírovaná v mieste rezu. Môže sa použiť na nápravu stavu, ako je cystická fibróza, ktorá je zvyčajne spôsobená deléciou (stratou časti chromozómu) v géne CFTR.
Oba procesy je ťažké kontrolovať. Delécie spôsobené nehomologickým spájaním koncov sa môžu líšiť vo veľkosti, čím sa vytvoria rôzne sekvencie DNA. Homologická oprava umožňuje lepšiu kontrolu nad procesom úprav, ale vyskytuje sa oveľa menej často ako odstránenie v mnohých typoch buniek. Štúdie na myšiach by mohli viesť k presnejšiemu a efektívnejšiemu spracovaniu genómu CRISPR, ako je tomu v súčasnosti, hovorí Andy Greenfield, genetik z Harwell Institute z British Medical Research Council, neďaleko Oxfordu. Myši plemena veľkých potomkov, a tak vedci majú veľa pokusov o dosiahnutie úspešnej úpravy a zbaviť sa všetkých chýb. To isté sa nedá povedať o ľudských embryách.
Zatiaľ nie je jasné, ako účinná bude cielená homologická oprava u ľudí, ani ako presne to bude fungovať. V roku 2017 jedna skupina vedcov použila CRISPR-Cas9 v ľudských embryách na úpravu génových variantov spojených so srdcovým zlyhaním. Embryá neboli implantované, ale výsledky ukázali, že modifikované bunky boli použité ako templát na opravu DNA genómom matky, a nie ako templát DNA poskytnutý vedcami. Toto sa môže ukázať ako spoľahlivejší spôsob úpravy DNA ľudských embryí. Odvtedy však iní vedci uviedli, že neboli schopní replikovať tieto výsledky. „Zatiaľ úplne nechápeme, ako sa DNA opravuje u embryí,“hovorí Jennifer Doudna, molekulárna biológka na Kalifornskej univerzite v Berkeley."Potrebujeme veľa práce s inými druhmi embryí, aby sme pochopili aspoň základné veci."
Vedci vyvíjajú spôsoby, ako vyriešiť problémy spojené s opravou DNA. Dva príspevky uverejnené v júni diskutujú o systéme CRISPR, ktorý môže vložiť DNA do genómu bez narušenia obidvoch reťazcov, čím obchádza závislosť od mechanizmov opravy DNA. Ak systémy úspešne prejdú ďalším testovaním, môžu výskumníkom umožniť lepšiu kontrolu nad procesom úprav.
Ďalším prístupom je použitie techniky nazývanej základné úpravy. Základné editory obsahujú deaktivovaný Cas9 spolu s enzýmom, ktorý dokáže prevádzať jedno písmeno DNA na iné. Zakázaný Cas9 nasmeruje editora bázy do časti genómu, kde chemicky modifikuje DNA priamo bez toho, aby ju orezal. Výskum publikovaný v apríli ukázal, že niektorí z týchto základných editorov môžu vykonávať aj nezamýšľané zmeny, ale ich presnosť sa naďalej zvyšuje.
„Základné úpravy v súčasnosti nespĺňajú naše kritériá,“hovorí Matthew Porteus, detský hematológ na Stanfordskej univerzite v Kalifornii. „Ale viete si predstaviť, že sa časom zlepší.“
Prečítajte si pokračovanie tu.
Heidi Ledford