Úprava genů lidského embrya může mít nezamýšlené důsledky pro lidské zdraví a pro společnost jako celek. Proto, když čínský vědec použil tuto metodu ve snaze učinit děti odolnější vůči HIV, mnoho z nich rychle odsoudilo tento pohyb jako předčasný a nezodpovědný. Příroda se ptala vědců, co brání tomu, aby byl tento postup považován za přijatelnou klinickou praxi.
Pokusy o zděděné změny v lidském genomu byly kontroverzní. Zde je to, co musíte udělat, aby byla tato technika bezpečná a přijatelná.
Šest měsíců po svatbě se Jeff Carroll a jeho manželka rozhodli, že nebudou mít děti. Carroll, 25letý bývalý desátník americké armády, se právě dozvěděl, že má mutaci, která způsobuje Huntingtonovu chorea, genetickou poruchu, která poškozuje mozek a nervový systém a vždy vede k předčasné smrti. Asi před čtyřmi roky byla jeho matka diagnostikována s touto nemocí a nyní se dozvěděl, že i on téměř určitě onemocní.
Vzhledem k 50% šanci předat stejný ponurý osud svým dětem se pár rozhodl, že děti jsou mimo otázku. "Právě jsme uzavřeli téma," říká Carroll.
Ještě v armádě začal studovat biologii v naději, že lépe pochopí jeho nemoc. Dozvěděl se, že existuje takový postup, jako je preimplantační genetická diagnostika nebo PGD. Carroll a jeho manželka mohli prakticky vyloučit možnost přenosu mutací pomocí in vitro fertilizace (IVF) a diagnostiky embryí. Rozhodli se zkusit štěstí a v roce 2006 měli dvojčata bez Huntingtonovy mutace.
Carroll je nyní vědcem na Western Washington University v Bellinghamu, kde používá další techniku, která by mohla párům pomoci v jeho situaci: genomická editace CRISPR. Tento mocný nástroj už použil ke změně exprese genu zodpovědného za Huntingtonovu chorobu v myších buňkách. Protože Huntingtonova chorea je způsobena pouze jedním genem a její důsledky jsou tak zničující, je toto onemocnění často uváděno jako příklad situace, kdy mohou být editační geny v lidském embryu - procedura, která může způsobit změny zděděné budoucími generacemi, a proto jsou kontroverzní - skutečně skutečně možné. oprávněné. Ale vyhlídka na použití CRISPR ke změně tohoto genu v lidských embryích se Carrollu stále obává. "Je to obrovský milník," říká. - Rozumím,že to lidé chtějí projít co nejdříve - včetně mě. Ale v této věci je třeba upustit od všech ambicí. “Tento postup může mít nepředvídatelné důsledky pro lidské zdraví a pro celou společnost. Trvá desetiletí výzkumu, než bude technologie bezpečná, řekl.
Veřejné mínění o úpravě genů pro prevenci nemoci je obecně pozitivní. Ale Carrolinu zdrženlivost sdílí mnoho vědců. Když v loňském roce vypukly zprávy, že čínský biofyzik používal úpravy genomu k tomu, aby se děti staly odolnější vůči HIV, mnoho vědců rychle tento krok odsoudilo jako předčasné a nezodpovědné.
Od té doby několik vědců a vědeckých společností žádalo moratorium na editaci zděděného lidského genomu. Ale takové moratorium vyvolává důležitou otázku, říká embryolog Tony Perry z University of Bath ve Velké Británii. "Kdy to lze odstranit?" - Jaké podmínky k tomu musí být splněny?
Propagační video:
Příroda se zeptala vědců a dalších zúčastněných stran, co brání tomu, aby byla genetická genová editace považována za přijatelnou klinickou metodu. Některé vědecké problémy lze pravděpodobně překonat, ale může být nutné změnit praxi klinických zkoušek a nalézt širší konsenzus o technologii pro metodu, která má být certifikována.
Za cíl: Kolik „chyb“můžete udělat?
Editace genomu je technicky náročná, ale co nejvíce přitahuje pozornost, je potenciál pro nežádoucí genetické změny, říká Martin Pera, výzkumník kmenových buněk v Jackson's Bar Harbor, Maine laboratoř. Dodává však, že to je problém, který bude pravděpodobně nejsnadnější vyřešit.
Nejoblíbenější metodou úpravy genů je systém CRISPR-Cas9. Samotný mechanismus je půjčován od některých bakterií, které jej používají k obraně proti virům řezáním DNA enzymem Cas9. Vědec může použít kousek RNA k nasměrování Cas9 do specifické oblasti v genomu. Jak se však ukáže, Cas9 a podobné enzymy štěpí DNA na jiných místech, zejména pokud jsou v genomu sekvence DNA, které jsou podobné požadovanému cíli. Tyto "vedlejší" řezy mohou vést ke zdravotním problémům, jako je změna genu, který inhibuje růst nádoru, může vést k rakovině.
Vědci se pokusili vyvinout alternativy k enzymu Cas9, které mohou být méně náchylné k chybám. Vyvinuli také verze Cas9, které dávají nižší chybovost.
Míra chyb se liší v závislosti na oblasti genomu, na kterou je enzym zaměřen. Mnoho enzymů pro editaci genů bylo studováno pouze u myší nebo lidských buněk pěstovaných v kultuře, nikoli u lidských embryí. Míra chybovosti se může lišit v myších a lidských buňkách, jakož i ve zralých a embryonálních buňkách.
Počet chyb nemusí být nula. Při každém dělení buněk dochází přirozeně k malému množství změn DNA. Někteří říkají, že určité změny pozadí mohou být přijatelné, zejména pokud se metoda používá k prevenci nebo léčbě vážné choroby.
Někteří vědci se domnívají, že míra chyb CRISPR je již dostatečně nízká, říká Perry. "Ale - a myslím si, že je to docela velké", ale - ještě jsme nepřišli na specifika úpravy lidských vajíček a embryí, "řekl.
Cíl, ale ne: jak přesná by měla být genomická editace?
Větší problém než vedlejší účinky mohou být změny DNA, které jsou cílené, ale nežádoucí. Poté, co Cas9 nebo podobný enzym odřízne DNA, je buňka ponechána zahojit ránu. Procesy opravy buněk jsou však nepředvídatelné.
Jednou formou opravy nebo opravy DNA je nehomologní připojení na konec, které odstraní některá písmena DNA v řezu - proces, který může být užitečný, pokud je účelem úpravy vypnout expresi mutantního genu.
Další forma opravy, nazývaná homologní oprava, umožňuje vědcům přepsat sekvenci DNA poskytnutím vzorku, který je zkopírován v místě řezu. Může být použit k nápravě stavu, jako je cystická fibróza, která je obvykle způsobena delecí (ztráta části chromozomu) v genu CFTR.
Oba procesy je obtížné kontrolovat. Delece způsobené nehomologním připojením konce se mohou lišit co do velikosti, čímž se vytvoří různé sekvence DNA. Homologní oprava umožňuje lepší kontrolu nad procesem úprav, ale vyskytuje se mnohem méně často než delece v mnoha typech buněk. Studie na myších mohou způsobit genomickou editaci CRISPR přesnější a efektivnější, než je tomu nyní, říká Andy Greenfield, genetik z Harwell Institute z British Medical Research Council, poblíž Oxfordu. Myši chovají velké potomky, a tak vědci mají mnoho pokusů dosáhnout úspěšné editace a zbavit se všech chyb. Totéž nelze říci o lidských embryích.
Dosud není jasné, jak účinná bude cílená homologní oprava u lidí, ani jak přesně to bude fungovat. V roce 2017 jedna skupina vědců použila CRISPR-Cas9 v lidských embryích k nápravě genových variant spojených se srdečním selháním. Embrya nebyla implantována, ale výsledky ukázaly, že modifikované buňky byly použity jako templát pro opravu DNA genomem matky, nikoli jako templát DNA poskytnutý vědci. To se může ukázat jako spolehlivější způsob úpravy DNA lidských embryí. Od té doby však další vědci uvedli, že nebyli schopni replikovat tyto výsledky. „Dosud úplně nechápeme, jak dochází k opravě DNA u embryí,“říká Jennifer Doudna, molekulární biologka na University of California v Berkeley."Potřebujeme hodně práce s jinými typy embryí, abychom pochopili alespoň základní věci."
Vědci vyvíjejí způsoby, jak vyřešit problémy spojené s opravou DNA. Dva příspěvky publikované v červnu diskutují o systému CRISPR, který může vložit DNA do genomu bez narušení obou řetězců, čímž obchází závislost na mechanismech opravy DNA. Pokud systémy úspěšně projdou dalším testováním, mohou vědcům umožnit lepší kontrolu procesu úprav.
Dalším přístupem je použití techniky zvané základní úpravy. Základní editory obsahují deaktivovaný Cas9 spolu s enzymem, který dokáže převést jedno písmeno DNA na jiné. Zakázaný Cas9 nasměruje editor bází do části genomu, kde chemicky modifikuje DNA přímo, aniž by jej ořízl. Výzkum zveřejněný v dubnu ukázal, že někteří z těchto základních editorů mohou také provádět nezamýšlené změny, ale práce stále zlepšuje jejich přesnost.
„Základní editace v současné době nesplňuje naše kritéria,“říká Matthew Porteus, dětský hematolog na Stanfordské univerzitě v Kalifornii. "Ale dokážete si představit, že se časem zlepší."
Přečtěte si pokračování zde.
Heidi Ledford