Å redigere genene til det menneskelige embryoet kan ha utilsiktede konsekvenser for menneskers helse og for samfunnet som helhet. Derfor, da en kinesisk forsker brukte denne metoden i et forsøk på å gjøre barn mer motstandsdyktige mot HIV, var mange raske med å fordømme flyttingen som for tidlig og uansvarlig. Nature spurte forskere hva som hindrer denne prosedyren i å bli betraktet som en akseptabel klinisk praksis.
Forsøk på å gjøre arvelige endringer i menneskets genom har vært kontroversielle. Her er hva du må gjøre for å gjøre denne teknikken trygg og akseptabel.
Seks måneder etter bryllupet bestemte Jeff Carroll og kona seg for ikke å få barn. Carroll, en 25 år gammel tidligere amerikansk hærkorporal, fikk nettopp vite at han har en mutasjon som forårsaker Huntingtons chorea, en genetisk lidelse som skader hjernen og nervesystemet og alltid fører til for tidlig død. For rundt fire år siden fikk moren diagnosen sykdommen, og nå har han fått vite at også han nesten helt sikkert vil bli syk.
Overfor 50% sjanse for å videreføre den samme dystre skjebnen til barna deres, bestemte paret at barn var uaktuelle. "Vi har nettopp lukket emnet," sier Carroll.
Mens han fortsatt var i hæren, begynte han å studere biologi i håp om å bedre forstå sin sykdom. Han lærte at det er en slik prosedyre som genetisk diagnose fra preimplantasjon, eller PGD. Carroll og kona kunne praktisk talt utelukke muligheten for mutasjonsoverføring gjennom in vitro-befruktning (IVF) og embryodiagnostikk. De bestemte seg for å prøve lykken, og i 2006 fikk de tvillinger uten Huntingtons mutasjon.
Carroll er nå forsker ved Western Washington University i Bellingham, hvor han bruker en annen teknikk som kan hjelpe par i hans situasjon: CRISPR genomisk redigering. Han har allerede brukt dette kraftige verktøyet for å endre uttrykket av genet som er ansvarlig for Huntingtons sykdom i museceller. Fordi Huntingtons chorea er forårsaket av bare ett gen, og konsekvensene av det er så ødeleggende, er det denne sykdommen som ofte blir sitert som et eksempel på en situasjon der genredigering i det menneskelige embryoet - en prosedyre som kan forårsake endringer arvet av fremtidige generasjoner, og derfor er kontroversiell - virkelig kan være berettiget. Men utsiktene til å bruke CRISPR for å endre dette genet i menneskelige embryoer bekymrer fortsatt Carroll. "Dette er en enorm milepæl," sier han. - Jeg forstår,at folk vil passere det så snart som mulig - inkludert meg. Men i denne saken må alle ambisjoner droppes. " Prosedyren kan ha uforutsette konsekvenser for menneskers helse og for hele samfunnet. Det vil ta flere tiår med forskning før teknologien er trygg, sa han.
Offentlig opinion om redigering av gener for å forhindre sykdom er generelt positivt. Men Carrolls tilbakeholdenhet deles av mange forskere. Da nyheter brøt i fjor om at en kinesisk biofysiker brukte genomredigering for å prøve å gjøre barn mer motstandsdyktige mot HIV, var mange forskere raske med å fordømme flyttingen som for tidlig og uansvarlig.
Siden den gang har flere forskere og vitenskapelige samfunn bedt om et moratorium for redigering av det arvede menneskelige genom. Men et slikt moratorium reiser et viktig spørsmål, sier embryolog Tony Perry fra University of Bath, Storbritannia. "Når kan den fjernes?" Sier han. - Hvilke vilkår må være oppfylt for dette?
Salgsfremmende video:
Naturen har spurt forskere og andre interessenter hva som hindrer genetisk genredigering i å bli betraktet som en akseptabel klinisk metode. Noen vitenskapelige problemer kan antagelig overvinnes, men det kan være nødvendig å endre praksis i kliniske studier og finne bredere enighet om teknologien for en metode som skal sertifiseres.
Forbi målet: Hvor mange “feil” kan du lage?
Genredigering er teknisk utfordrende, men det som har vakt mest oppmerksomhet er potensialet for uønskede genetiske forandringer, sier Martin Pera, en stamcelleforsker ved Jacksons Bar Harbor, Maine lab. Likevel, legger han til, er dette problemet som sannsynligvis vil være det enkleste å løse.
Den mest populære genredigeringsmetoden er CRISPR-Cas9-systemet. Selve mekanismen er lånt fra noen bakterier, som bruker den til å forsvare seg mot virus ved å kutte DNA med Cas9-enzymet. En forsker kan bruke et stykke RNA for å lede Cas9 til en spesifikk region i genomet. Imidlertid, som det viser seg, kutter Cas9 og lignende enzymer DNA andre steder, spesielt når det er DNA-sekvenser i genomet som ligner på ønsket mål. Disse "side" -innsnittene kan føre til helseproblemer, som å endre et gen som hemmer tumorvekst kan føre til kreft.
Forskere har prøvd å utvikle alternativer til Cas9-enzymet som kan være mindre utsatt for feil. De utviklet også versjoner av Cas9 som gir en lavere feilrate.
Feilfrekvensen varierer avhengig av hvilken region i genomet enzymet er målrettet mot. Mange genredigerende enzymer er bare blitt studert på mus eller humane celler dyrket i kultur, ikke i menneskelige embryoer. Feilfrekvensen kan være forskjellig i mus- og menneskeceller, så vel som i modne og embryonale celler.
Feiltellingen trenger ikke være null. En liten mengde DNA-forandringer skjer naturlig hver gang en celle deler seg. Noen sier at visse bakgrunnsendringer kan være akseptable, spesielt hvis metoden brukes til å forhindre eller behandle en alvorlig sykdom.
Noen forskere mener CRISPR-feilprosenten allerede er lav nok, sier Perry. "Men - og jeg synes dette er ganske stort" men "- vi har ikke funnet ut det spesifikke ved å redigere menneskelige egg og embryoer ennå," sa han.
Mål, men ikke slik: hvor nøyaktig skal genomisk redigering være?
Et større problem enn bivirkninger kan være DNA-endringer som er målrettede, men uønskede. Etter at Cas9 eller et lignende enzym kutter DNA, blir cellen igjen for å helbrede såret. Men cellereparasjonsprosesser er uforutsigbare.
En form for DNA-reparasjon, eller reparasjon, er ikke-homolog endefeste, som fjerner noen av DNA-bokstavene ved snittet - en prosess som kan være nyttig hvis formålet med redigering er å slå av uttrykket til et mutant gen.
En annen form for reparasjon, kalt homolog reparasjon, lar forskere omskrive DNA-sekvensen ved å tilveiebringe en prøve som er kopiert på stedet for kuttet. Det kan brukes til å korrigere en tilstand som cystisk fibrose, som vanligvis er forårsaket av en sletting (tap av en del av et kromosom) i CFTR-genet.
Begge prosesser er vanskelige å kontrollere. Slettinger forårsaket av ikke-homolog endeforbindelse kan variere i størrelse og danne forskjellige DNA-sekvenser. Homolog reparasjon gir bedre kontroll over redigeringsprosessen, men den forekommer mye sjeldnere enn sletting i mange celletyper. Studier på mus kan gjøre CRISPR genomisk redigering mer nøyaktig og effektiv enn den er nå, sier Andy Greenfield, en genetiker ved Harwell Institute i Storbritannias medisinske forskningsråd, nær Oxford. Mus avler store avkom, og forskere har derfor mange forsøk på å oppnå vellykket redigering og bli kvitt alle feil. Det samme kan ikke sies om menneskelige embryoer.
Det er foreløpig ikke klart hvor effektiv målrettet homolog reparasjon vil være hos mennesker, eller til og med hvor nøyaktig den vil fungere. I 2017 brukte en gruppe forskere CRISPR-Cas9 i menneskelige embryoer for å korrigere genvarianter assosiert med hjertesvikt. Embryoene ble ikke implantert, men resultatene viste at de modifiserte cellene ble brukt som en mal for DNA-reparasjon med mors genom, snarere enn DNA-malen levert av forskerne. Dette kan vise seg å være en mer pålitelig måte å redigere DNA fra menneskelige embryoer. Men siden den gang har andre forskere rapportert at de ikke har klart å gjenskape disse resultatene. "Vi forstår ennå ikke helt hvordan DNA-reparasjon skjer i embryoer," sier Jennifer Doudna, en molekylærbiolog ved University of California, Berkeley."Vi trenger å jobbe mye med andre typer embryoer for å forstå minst grunnleggende ting."
Forskere utvikler måter å løse problemene knyttet til DNA-reparasjon. To artikler publisert i juni diskuterer CRISPR-systemet, som kan sette inn DNA i genomet uten å forstyrre begge trådene, og dermed omgå avhengigheten av DNA-reparasjonsmekanismer. Hvis systemene lykkes videre testing, kan de tillate forskere å bedre kontrollere redigeringsprosessen.
En annen tilnærming er å bruke en teknikk som kalles grunnleggende redigering. De grunnleggende redaksjonene inneholder en deaktivert Cas9 sammen med et enzym som kan konvertere en DNA-bokstav til en annen. Den funksjonshemmede Cas9 dirigerer baseredaktøren til en del av genomet, der den kjemisk modifiserer DNA direkte uten å kutte det. Forskning publisert i april viste at noen av disse grunnleggende redaktørene også kan gjøre utilsiktede endringer, men arbeidet fortsetter med å forbedre nøyaktigheten.
"Grunnleggende redigering oppfyller for øyeblikket ikke kriteriene våre," sier Matthew Porteus, en pediatrisk hematolog ved Stanford University i California. "Men du kan tenke deg at det vil bli bedre etter hvert."
Les fortsettelsen her.
Heidi Ledford
