Byly publikovány tři vědecké články, ve kterých autoři referují o rozsáhlých dopadech chromozomového genetického materiálu a přeskupení DNA. Zjištění vědců, článek uvádí, posilují obavy o bezpečnost technologií pro editaci genomu.
V důsledku řady experimentů, ve kterých byla modifikace lidských embryí provedena pomocí nástroje pro úpravu genů CRISPR-Cas9, vědci prokázali, že tato technologie může provádět významné a nežádoucí změny v genomu na cílovém místě genomu nebo v jeho blízkosti.
Výsledky výzkumu byly zveřejněny tento měsíc na předtiskovém serveru bioRxiv, ale dosud nebyly recenzovány. Publikované články však poskytují dobrý náznak, že někteří vědci se domnívají, že při úpravě genomu s CRISPR-Cas9 existuje podceňované riziko. Předchozí experimenty ukázaly, že tento editační nástroj je schopen způsobovat mutace postranních genů ve značné vzdálenosti od cílového místa DNA, avšak nedávné studie odhalily změny, které se vyskytují v oblastech sousedících s tímto místem a nemusí být zaznamenány standardními metodami.
„Pro nás jsou důležitější přesné dopady. Potom je mnohem obtížnější je odstranit, “říká Gaétan Burgio, genetik na australské národní univerzitě v Canberře.
Bezpečnostní obavy budou pravděpodobně hlavním tématem probíhající debaty o tom, zda mohou vědci použít technologie úpravy lidských embryí k prevenci genetických chorob. Postoj k této technologii vyvolává mnoho otázek, protože vytváří nevratné změny v genomu, které se pak přenesou na potomky z generace na generaci. „Pokud lze technologii úpravy lidských embryí pro reprodukční účely nebo úpravy takzvané zárodečné linie porovnat s prvním letem s posádkou do vesmíru, lze nová data získaná vědci přirovnat k raketové explozi na odpalovací rampě těsně před vzletem,“říká Fyodor Urnov z University of California, Berkeley,kdo studuje editaci genomu (Fedor Urnov se nezúčastnil žádného z výše uvedených studií).
Nežádoucí účinky
Vědci provedli první experimenty pomocí CRISPR k úpravě lidských embryí již v roce 2015. Od té doby začalo několik vědeckých skupin po celém světě studovat tuto technologii pro přesnou editaci genů. Takový výzkum je však stále vzácný a obvykle vysoce regulovaný.
Propagační video:
Podle Mary Herbert, reprodukčního biologa z Newcastle University ve Velké Británii, poslední studie zdůrazňuje následující: Vědci vědí jen málo o tom, jak lidská embrya opravují DNA řezanou pomocí genomových editačních nástrojů (Toto je klíčový krok při úpravách pomocí CRISPR-Cas9). "Musíme důkladně pochopit, co se tam děje, než v něm začneme používat enzymy štěpící DNA," dodává Mary Herbert.
První z předtisků zveřejnil on-line 5. června vývojová biologka Kathy Niakan z institutu Francis Crick v Londýně a její kolegové. Ve své studii vědci použili CRISPR-Cas9 k vytvoření mutací v genu POU5F1, což má velký dopad na embryonální vývoj. Z 18 upravených embryí asi 22% obsahovalo nežádoucí změny ovlivňující velké oblasti DNA sousedící s genem POU5F1. Zejména bylo pozorováno přeskupení oblastí DNA a velké delece několika tisíc nukleotidů DNA - a to je mnohem více, než je obvykle uvažováno mezi vědci používajícími tento přístup.
Další skupina vědců vedená biologem kmenových buněk Dieterem Egliem z Columbia University v New Yorku studovala embrya produkovaná spermatem, která způsobuje mutaci v genu EYS (tato mutace vede k oslepnutí). Vědci se pokusili tuto mutaci opravit pomocí CRISPR-Cas9, ale asi polovina všech testovaných embryí ztratila velké segmenty svého chromozomu (av některých případech celý chromozom), na kterém je umístěn gen EYS.
Konečně třetí skupina vědců vedená reprodukčním biologem Shoukhratem Mitalipovem z Oregonské zdravotnické a vědecké univerzity v Portlandu studovala embrya produkovaná pomocí spermií, která nesou mutaci způsobující srdeční choroby. Vědci v tomto týmu se také zdají být přesvědčeni, že úprava genomu ovlivňuje velké oblasti chromozomu obsahujícího modifikovaný gen.
Ve všech svých výzkumech vědci použili embrya pouze pro vědecké účely, a nikoli k vyvolání těhotenství. Přední autoři těchto tří vědeckých studií, jejichž výsledky se odrážejí v předtiskech, odmítli podrobně diskutovat o své práci se zpravodajským oddělením časopisu Nature, dokud nebyly jejich články publikovány v recenzovaných časopisech.
Nepředvídatelná náprava
Všechny zaznamenané změny vznikají v důsledku opravy DNA, která se provádí pomocí nástrojů pro úpravu genomu. CRISPR-Cas9 používá malé vlákno RNA k nasměrování enzymu Cas9 na místo s podobnou sekvencí. Enzym pak na tomto místě štěpí oba řetězce DNA a systémy pro opravu buněk tuto mezeru uzavírají.
K úpravám dochází právě během opravy: nejčastěji buňka pevně uzavře tuto mezeru pomocí mechanismu, který je schopen vložit nebo odstranit malé množství nukleotidů DNA; tento mechanismus však pracuje s chybami. Pokud vědci vloží šablonu DNA, buňka může někdy použít tuto sekvenci k opravě přestávky, což má za následek správné přepsání. Řezaná DNA však může také zamíchat nebo ztratit velké kousky chromozomu.
Předchozí práce s využitím technologie CRISPR v myších embryích a dalších typech lidských buněk ukázala, že editace chromozomů může způsobit významné nežádoucí účinky. Podle Urnova však bylo důležité, aby vědci demonstrovali své přístupy v lidských embryích, protože různé typy buněk mohou reagovat různě na editaci genomu.
Takové přeskupení oblastí DNA může být přehlíženo v mnoha experimentech, ve kterých se vědci obvykle snaží najít příklady nežádoucí editace, řekněme, změnu v jednom nukleotidu DNA nebo malé inzerce nebo delece malých fragmentů nukleotidů. V nedávných experimentech však byly konkrétně zkoumány specifické delece a chromozomální přestavby v blízkosti cílového místa. "A vědecká komunita bude brát získané výsledky ještě vážněji než dříve," říká Urnov. "Tyto výsledky nejsou vůbec náhodné."
Genetické změny
Výzkumné týmy, které provedly výše uvedené tři studie, různě vysvětlily mechanismus, který je základem přeskupení v rámci DNA. Například výzkumné týmy Egli a Nyakan věří, že většina změn pozorovaných u embryí je způsobena velkými delecí a přestavbami oblastí DNA. Mitalipovova skupina však uvedla, že až 40% detekovaných změn bylo způsobeno tzv. Genovou konverzí, ve které je v důsledku procesů opravy DNA zkopírována sekvence z jednoho chromozomu do dvojice, aby byla opravena druhá.
Mitalipov a jeho kolegové informovali podobné výsledky již v roce 2017, ale někteří vědci byli skeptičtí ohledně skutečnosti, že genová konverze je běžná u embryí. Vědci si všimli následujícího: za prvé, během genové přeměny nejsou mateřské a otcovské chromozomy umístěny vedle sebe, a za druhé, analýzy použité výzkumným týmem k určení genové konverze mohou odhalit další chromozomální změny, včetně delecí.
Egli a jeho kolegové ve svém předtištěném tisku chtěli přímo experimentálně ověřit přítomnost genové konverze, ale nemohli ji detekovat. Burjo poznamenává, že experimenty popsané v předtisku Mitalipova jsou podobné experimentům prováděným jeho výzkumným týmem v roce 2017. Podle Jin-Soo Kim, genetika na Soulské národní univerzitě a spoluautorem předtisku Mitalipov, lze zlomení DNA v různých částech chromozomu opravit jiným způsobem - podle jeho názoru je to jedno z možných řešení problému …