Det er publisert tre vitenskapelige artikler der forfatterne rapporterer om storstilt nedfall av kromosom genetisk materiale og DNA-omorganiseringer. Forskernes funn, sier artikkelen, forsterker bekymring for sikkerheten til genomredigeringsteknologier.
Som et resultat av en serie eksperimenter der modifisering av menneskelige embryoer ble utført ved hjelp av genredigeringsverktøyet CRISPR-Cas9, har forskere slått fast at denne teknologien kan gjøre betydelige og uønskede endringer i genomet ved eller i nærheten av målstedet til genomet.
Resultatene fra forskningen ble publisert denne måneden på bioRxiv preprint-serveren, men har ennå ikke blitt fagfellevurdert. Imidlertid gir de publiserte artiklene en god indikasjon på at noen forskere mener det er en undervurdert risiko i genomredigering med CRISPR-Cas9. Tidligere eksperimenter har vist at dette redigeringsverktøyet er i stand til å forårsake sidegenemutasjoner i betydelig avstand fra DNA-målet, men nylige studier har imidlertid avdekket endringer som oppstår i områder ved siden av dette stedet og kan ikke merkes av standardmetoder.
“For oss er presise virkninger viktigere. De er mye vanskeligere å eliminere etterpå, sier Gaétan Burgio, genetiker ved Australian National University i Canberra.
Sikkerhetsproblemer vil sannsynligvis være hovedtemaet i den pågående debatten om hvorvidt forskere kan bruke teknologier for redigering av mennesker for å forhindre genetiske sykdommer. Holdningen til denne teknologien reiser mange spørsmål, siden den skaper irreversible endringer i genomet, som deretter vil bli gitt videre til etterkommere fra generasjon til generasjon. "Hvis teknologien for redigering av menneskelige embryoer for reproduksjonsformål eller redigering av den såkalte kimlinjen kan sammenlignes med den første bemannede flukten ut i verdensrommet, kan de nye dataene som er innhentet av forskere, sammenlignes med en raketteksplosjon på sjøsiden rett før start," sier Fyodor Urnov fra University of California, Berkeley,som studerer genomredigering (Fedor Urnov deltok ikke i noen av de ovennevnte studiene).
Uønskede effekter
Forskere gjennomførte de første eksperimentene med CRISPR for å redigere menneskelige embryoer tilbake i 2015. Siden den gang har flere vitenskapelige grupper over hele verden begynt å studere denne teknologien for presis genredigering. Imidlertid er slik forskning fortsatt sjelden og vanligvis sterkt regulert.
Salgsfremmende video:
I følge Mary Herbert, en reproduktiv biolog ved Newcastle University, Storbritannia, fremhever en fersk studie følgende: Forskere vet lite om hvordan menneskelige embryoer reparerer DNA-kutt med redigeringsverktøy for genom. (dette er et viktig trinn i redigering med CRISPR-Cas9). "Vi må forstå grundig hva som foregår der før vi begynner å bruke DNA-kuttende enzymer i det," legger Mary Herbert til.
Den første av fortrykkene ble publisert online 5. juni av utviklingsbiologen Kathy Niakan fra Francis Crick Institute i London og hennes kolleger. I sin studie brukte forskerne CRISPR-Cas9 for å lage mutasjoner i POU5F1-genet, som har stor innvirkning på embryonal utvikling. Av de 18 redigerte embryoene inneholdt omtrent 22% uønskede forandringer som påvirker store DNA-regioner ved siden av POU5F1-genet. Dette inkluderer omorganiseringer av DNA-regioner og store slettinger av flere tusen DNA-nukleotider - og dette er mye mer enn det som vanligvis regnes blant forskere som bruker denne tilnærmingen.
En annen gruppe forskere, ledet av stamcellebiolog Dieter Egli fra Columbia University i New York City, studerte embryoer produsert av sæd som forårsaker en mutasjon i EYS-genet (denne mutasjonen fører til blindhet). Forskere prøvde å korrigere denne mutasjonen ved å bruke CRISPR-Cas9, men omtrent halvparten av alle testede embryoer mistet store deler av kromosomet (og i noen tilfeller hele kromosomet), som EYS-genet ligger på.
Til slutt studerte en tredje gruppe forskere, ledet av reproduksjonsbiologen Shoukhrat Mitalipov fra Oregon Health and Science University i Portland, embryoer produsert ved bruk av sæd som bærer en mutasjon som forårsaker hjertesykdom. Forskere på dette teamet ser også ut til å ha blitt overbevist om at redigering av genom påvirker store regioner i kromosomet som inneholder det modifiserte genet.
I all sin forskning brukte forskerne embryoer bare til vitenskapelige formål, og ikke for å indusere graviditet. De ledende forfatterne av disse tre vitenskapelige studiene, hvis resultater gjenspeiles i fortrykkene, avviste å diskutere arbeidet sitt i detalj med nyhetsavdelingen i tidsskriftet Nature inntil artiklene deres ble publisert i fagfellevurderte tidsskrifter.
Uforutsigbar erstatning
Alle registrerte endringer oppstår som et resultat av DNA-reparasjon, som utføres ved hjelp av redigeringsverktøy for genom. CRISPR-Cas9 bruker en liten RNA-streng for å lede Cas9-enzymet til et sted med en lignende sekvens. Enzymet kutter deretter begge DNA-strengene på dette stedet, og cellereparasjonssystemene lukker dette gapet.
Redigering skjer bare under reparasjon: oftest lukker cellen tett dette gapet med en mekanisme som er i stand til å sette inn eller fjerne en liten mengde DNA-nukleotider; denne mekanismen fungerer imidlertid med feil. Hvis forskere setter inn en DNA-mal, kan cellen noen ganger bruke den sekvensen for å reparere bruddet, noe som resulterer i en korrekt omskrivning. Imidlertid kan det kuttede DNAet også stokke eller miste store biter av kromosomet.
Tidligere arbeid ved bruk av CRISPR-teknologi i musembryoer og andre typer humane celler har vist at kromosomredigering kan gi betydelige uønskede effekter. Men ifølge Urnov var det viktig for forskere å demonstrere sine tilnærminger i menneskelige embryoer, siden forskjellige typer celler kan reagere forskjellig på redigering av genomet.
Denne omorganiseringen av DNA-regioner kan ha blitt oversett i mange eksperimenter, der forskere vanligvis prøver å finne eksempler på uønsket redigering, for eksempel, en endring i ett DNA-nukleotid, eller små innsettinger eller sletting av små fragmenter av nukleotider. I nylige eksperimenter var det imidlertid spesielt store delesjoner og kromosomale omorganiseringer i nærheten av målstedet som ble spesielt undersøkt. "Og det vitenskapelige samfunnet vil ta resultatene som er oppnådd enda mer alvorlig enn før," sier Urnov. "Disse resultatene er ikke tilfeldig."
Genetiske forandringer
Forskerteamene som har utført de tre studiene som er beskrevet ovenfor, har på annen måte forklart mekanismen som ligger til grunn for omorganiseringene innen DNA. For eksempel tror Egli og Nyakana forskerteamene at de fleste endringene observert i embryoer skyldes store slettinger og omorganiseringer av DNA-regioner. Mitalipovs gruppe uttalte imidlertid at opptil 40% av de påviste endringene var forårsaket av den såkalte genomdannelsen, der, som et resultat av DNA-reparasjonsprosesser, kopieres en sekvens fra ett kromosom i et par for å reparere et annet.
Mitalipov og kollegene rapporterte lignende resultater tilbake i 2017, men noen forskere var skeptiske til at genkonvertering er vanlig i embryoer. Forskerne la merke til følgende: For det første, under genkonvertering, er ikke mor- og fosterkromosomene plassert ved siden av hverandre, og for det andre kan analysene som brukes av forskerteamet for å bestemme genomdannelse, avsløre andre kromosomale endringer, inkludert slettinger.
Egli og kollegene i fortrykket deres ønsket direkte å eksperimentelt verifisere tilstedeværelsen av genkonvertering, men kunne ikke oppdage det. Burjo bemerker at eksperimentene som er beskrevet i Mitalipovs fortrykk, ligner de som ble utført av forskerteamet hans i 2017. I følge Jin-Soo Kim, genetiker ved Seoul National University og medforfatter av Mitalipov-forhåndstrykket, kan DNA-brudd i forskjellige deler av kromosomet korrigeres på noen annen måte - dette er etter hans mening en av de mulige løsningene på problemet …
