Három tudományos cikket tettek közzé, amelyekben a szerzők a kromoszóma genetikai anyagának nagyszabású lerakódásáról és a DNS átrendeződésekről számoltak be. A cikk szerint a tudósok megállapításai megerősítik a genomszerkesztő technológiák biztonságával kapcsolatos aggodalmakat.
A kísérletek sorozatának eredményeként, amelyben az emberi embriókat módosították a CRISPR-Cas9 génszerkesztő eszköz segítségével, a tudósok megállapították, hogy ez a technológia jelentős és nemkívánatos változásokat hozhat a genomban a genom célhelyén vagy annak közelében.
A kutatás eredményeit ebben a hónapban közzétették a bioRxiv preprint kiszolgálón, de még nem tették közzé szakmai áttekintést. A közzétett cikkek azonban jó jelzést adnak arról, hogy egyes tudósok szerint alulbecsült kockázatot jelent a CRISPR-Cas9 segítségével végzett genomszerkesztés. A korábbi kísérletek azt mutatták, hogy ez a szerkesztő eszköz képes a cél-gén helyétől nagy távolságra oldalsó génmutációkat okozni, azonban a közelmúltbeli tanulmányok olyan változásokat tártak fel, amelyek az adott hely melletti területeken fordulnak elő, és standard módszerrel nem észrevehetők.
„Számunkra a pontos hatások fontosabbak. Ezeket utólag sokkal nehezebb eltávolítani”- mondja Gaétan Burgio, a genetikai szakember az ausztrál nemzeti egyetemen Canberrában.
A biztonsággal kapcsolatos aggodalmak valószínűleg a jelenleg folyó vita fő témája, arról, hogy a tudósok felhasználhatják-e az emberi embriók szerkesztési technológiáit a genetikai betegségek megelőzésére. A technológiához való hozzáállás sok kérdést vet fel, mivel visszafordíthatatlan változásokat idéz elő a genomban, amelyet azután leszármazottaknak adnak át nemzedékről nemzedékre. "Ha az emberi embriók reprodukciós célokra történő szerkesztésének vagy az úgynevezett csíravonal szerkesztésének technológiáját összehasonlíthatjuk az első űrrepüléses ember által végrehajtott repüléssel, akkor a tudósok által kapott új adatok egy rakéta robbanásának hasonlíthatók egy indítópadon közvetlenül a felszállás előtt" - mondja Fjodor Urnov. Kaliforniai Egyetem, Berkeley,aki a genomszerkesztést tanulmányozza (Urnov Fedor a fenti tanulmányok egyikében sem vett részt).
Nem kívánt hatások
A tudósok 2015-ben végezték el az első kísérleteket a CRISPR segítségével az emberi embriók szerkesztésére. Azóta a világ számos tudományos csoportja elkezdi tanulmányozni ezt a technológiát a pontos génszerkesztés érdekében. Az ilyen kutatások azonban még mindig ritkák és általában szigorúan szabályozottak.
Promóciós videó:
Mary Herbert, a brit Newcastle University reproduktív biológusának véleménye szerint a közelmúltban készített tanulmány a következőkre hívja fel a figyelmet: A tudósok keveset tudnak arról, hogy az emberi embriók hogyan javítják meg a DNS-t genomszerkesztő eszközökkel (ez kulcsfontosságú lépés a CRISPR-Cas9 szerkesztésében). "Alaposan meg kell értenünk, hogy mi folyik ott, mielőtt elkezdenénk használni benne a DNS-vágó enzimeket" - tette hozzá Mary Herbert.
Az első nyomtatványt június 5-én, online közzétette Kathy Niakan, a londoni Francis Crick Intézet fejlődési biológusa és munkatársai. Tanulmányaikban a kutatók a CRISPR-Cas9-et használtak mutációk létrehozására a POU5F1 génben, amely nagy hatással van az embrionális fejlődésre. A 18 szerkesztett embrióból körülbelül 22% tartalmazott nem kívánt változásokat, amelyek a POU5F1 gén szomszédságában lévő nagy DNS-régiókat érintik. Különösen a DNS-régiók átrendeződését és több ezer DNS-nukleotid nagy delécióinak megfigyelését figyelték meg - és ez sokkal több, mint ezt a megközelítést alkalmazó tudósok általában figyelembe veszik.
A kutatók egy másik csoportja, az őssejt-biológus, Dieter Egli vezetésével, a new yorki Columbia Egyetemen tanulmányozta a sperma által termelt embriókat, amelyek mutációt okoznak az EYS génben (ez a mutáció vaksághoz vezet). A tudósok megpróbálták korrigálni ezt a mutációt a CRISPR-Cas9 segítségével, de az összes vizsgált embrió kb. Fele elvesztette kromoszómájának nagy részét (és egyes esetekben a teljes kromoszómát), amelyen az EYS gén található.
Végül a tudósok egy harmadik csoportja, a szaporodási biológus Shoukhrat Mitalipov vezetésével, a portlandi Oregon Egészségügyi és Tudományos Egyetemen, olyan spermával nyert embriókat vizsgáltak, amelyek szívbetegséget okozó mutációt hordoznak. Úgy tűnik, hogy a csapat tudósai is meggyőződtek arról, hogy a genom szerkesztése a módosított gént tartalmazó kromoszóma nagy részeire is hatással van.
Az összes kutatásuk során a tudósok az embriókat csak tudományos célokra használták, és nem a terhesség kiváltására. E három tudományos tanulmány, amelynek eredményeit tükrözik az előirányzatok, vezető szerzői elutasították, hogy munkájukat részletesen megbeszéljék a Nature folyóirat hírosztályával, amíg cikkeik meg nem jelennek recenzált folyóiratokban.
Kiszámíthatatlan javítás
Az összes rögzített változás a DNS-javítás eredményeként merül fel, amelyet genomszerkesztő eszközökkel hajtanak végre. A CRISPR-Cas9 egy kis RNS-szál felhasználásával irányítja a Cas9 enzimet egy hasonló szekvenciájú helyre. Az enzim ekkor levágja mindkét DNS-szálat ezen a helyen, és a sejtjavító rendszerek lezárják ezt a rést.
A szerkesztés éppen a javítás során történik: a sejt általában egy olyan mechanizmussal szorosan bezárja ezt a rést, amely képes kis mennyiségű DNS-nukleotidot beilleszteni vagy eltávolítani; ez a mechanizmus azonban hibákkal működik. Ha a tudósok beillesztnek egy DNS-sablont, a sejt néha felhasználhatja ezt a szekvenciát a törés kijavításához, ami helyes átírást eredményez. A vágott DNS azonban a kromoszóma nagy darabjait is eltörheti vagy elvesztheti.
A CRISPR technológiával végzett korábbi munka az egér embriókban és más típusú emberi sejtekben kimutatta, hogy a kromoszóma szerkesztése jelentős nemkívánatos hatásokat okozhat. Urnov szerint azonban a tudósok számára fontos volt bemutatni az emberi embriókban alkalmazott megközelítésüket, mivel a különféle sejttípusok eltérően reagálhatnak a genom szerkesztésére.
A DNS-régiók ilyen átrendeződését sok kísérletnél figyelmen kívül hagyták, amelyek során a tudósok általában megkísérelnek példákat találni a nem kívánt szerkesztésre, mondjuk egy DNS-nukleotid változására, vagy a nukleotidok kis töredékeinek kis beillesztésére vagy delécióira. A legutóbbi kísérletekben azonban kifejezetten nagy deléciókat és kromoszómális átrendeződéseket vizsgáltak a célhely közelében. "És a tudományos közösség a korábban még komolyabban fogja venni az elért eredményeket" - mondja Urnov. "Ezek az eredmények egyáltalán nem véletlenszerűek."
Genetikai változások
A három fent leírt vizsgálatot elvégző kutatócsoportok eltérően magyarázták a DNS-ben zajló átrendeződések alapjául szolgáló mechanizmust. Például az Egli és a Nyakana kutatócsoportok úgy vélik, hogy az embriókban megfigyelt változások többsége a DNS-régiók nagy delécióinak és átrendeződésének köszönhető. Mitalipov csoportja azonban kijelentette, hogy a kimutatott változások akár 40% -át az úgynevezett génkonverzió okozza, amelyben a DNS-javítási folyamatok eredményeként egy szekvenciát másolnak az egyik kromoszómából egy párban a másik helyrehozására.
Mitalipov és kollégái hasonló eredményeket jelentettek 2017-ben, ám egyes tudósok szkeptikusak voltak abban a tényben, hogy a génkonverzió gyakori az embriókban. A tudósok a következőket észlelték: egyrészt a génkonverzió során az anyai és apai kromoszómák nem helyezkednek el egymás mellett, másrészt a kutatócsoport által a génkonverzió meghatározására alkalmazott elemzések más kromoszómális változásokat, köztük a deléciókat is felfedhetnek.
Egli és munkatársai az előzetes nyomtatásban közvetlenül kísérletileg akarták ellenőrizni a génkonverzió jelenlétét, de nem tudták kimutatni. Burjo megjegyzi, hogy a Mitalipov előzetes nyomtatásában leírt kísérletek hasonlóak a kutatócsoportja által 2017-ben elvégzett kísérletekhez. Jin-Soo Kim, a Szöuli Nemzeti Egyetem genetikusa és a Mitalipov előnyoma társszerzője szerint a kromoszóma különböző részeinek DNS-törése más módon is korrigálható - véleménye szerint ez a kérdés egyik lehetséges megoldása. …