Au fost publicate trei articole științifice în care autorii raportează despre căderi pe scară largă de material genetic cromozomic și rearanjări ale ADN-ului. Rezultatele oamenilor de știință, spune articolul, consolidează preocupările cu privire la siguranța tehnologiilor de editare a genomului.
Ca urmare a unei serii de experimente în care modificarea embrionilor umani a fost efectuată folosind instrumentul de editare a genelor CRISPR-Cas9, oamenii de știință au stabilit că această tehnologie poate face schimbări semnificative și nedorite în genomul de la sau în apropierea sitului țintă al genomului.
Rezultatele cercetării au fost publicate în această lună pe serverul de preimprimare bioRxiv, dar nu au fost încă revizuite de la egal la egal. Cu toate acestea, articolele publicate oferă un indiciu bun că unii oameni de știință consideră că există un risc subestimat în editarea genomului cu CRISPR-Cas9. Experimentele anterioare au arătat că acest instrument de editare este capabil să provoace mutații ale genelor laterale la o distanță considerabilă de site-ul ADN-ului țintă, cu toate acestea, studii recente au relevat schimbări care apar în zone adiacente acestui site și nu pot fi observate prin metode standard.
„Pentru noi, impacturile precise sunt mai importante. După aceea, sunt mult mai dificil de eliminat”, spune Gaétan Burgio, genetician la Universitatea Națională Australiană din Canberra.
Problemele legate de siguranță sunt probabil subiectul principal al dezbaterii în curs de desfășurare despre dacă oamenii de știință pot folosi tehnologiile de editare a embrionilor umani pentru a preveni bolile genetice. Atitudinea față de această tehnologie ridică multe întrebări, deoarece creează schimbări ireversibile în genom, care vor fi apoi transmise descendenților din generație în generație. "Dacă tehnologia de editare a embrionilor umani în scopuri de reproducere sau de editare a așa-numitei linii germinale poate fi comparată cu primul zbor tripulat în spațiu, atunci noile date obținute de oamenii de știință pot fi asemănate cu o explozie de rachetă pe un pad de lansare chiar înainte de decolare", spune Fyodor Urnov de la Universitatea din California, Berkeley,care studiază editarea genomului (Fedor Urnov nu a participat la niciunul dintre studiile de mai sus).
Efecte nedorite
Oamenii de știință au efectuat primele experimente folosind CRISPR pentru a edita embrioni umani în 2015. De atunci, mai multe grupuri științifice din întreaga lume au început să studieze această tehnologie pentru editarea precisă a genelor. Totuși, o astfel de cercetare este încă rară și de regulă extrem de reglementată.
Video promotional:
Potrivit lui Mary Herbert, biolog în domeniul reproducerii la Newcastle University, Marea Britanie, un studiu recent evidențiază următoarele: Oamenii de știință știu puțin despre modul în care embrionii umani repara ADN-ul tăiat cu instrumente de editare a genomului (acesta este un pas cheie în editarea cu CRISPR-Cas9). „Trebuie să înțelegem amănunțit ce se întâmplă acolo înainte de a începe să folosim enzime care să taie ADN-ul”, adaugă Mary Herbert.
Prima dintre preimprimate a fost publicată online pe 5 iunie de biologul de dezvoltare Kathy Niakan de la Institutul Francis Crick din Londra și colegii săi. În studiul lor, cercetătorii au folosit CRISPR-Cas9 pentru a crea mutații în gena POU5F1, care are un impact mare asupra dezvoltării embrionare. Din 18 embrioni editați, aproximativ 22% au conținut modificări nedorite care afectează regiuni ADN mari adiacente genei POU5F1. În special, s-a observat o rearanjare a regiunilor ADN și ștergeri mari de câteva mii de nucleotide ADN - și acest lucru este mult mai mult decât se consideră de obicei în rândul oamenilor de știință care utilizează această abordare.
Un alt grup de cercetători, condus de biologul cu celule stem Dieter Egli, de la Universitatea Columbia din New York, a studiat embrionii produși de spermatozoizi care provoacă o mutație în gena EYS (această mutație duce la orbire). Oamenii de știință au încercat să corecteze această mutație folosind CRISPR-Cas9, dar aproximativ jumătate din embrionii testați au pierdut segmente mari din cromozomul lor (și în unele cazuri întregul cromozom) pe care se află gena EYS.
În cele din urmă, un al treilea grup de oameni de știință, condus de biologul reproducător Shoukhrat Mitalipov de la Universitatea de Sănătate și Știință din Oregon din Portland, a studiat embrionii produși cu spermă care poartă o mutație care provoacă boli de inimă. Oamenii de știință din această echipă par, de asemenea, au devenit convinși că editarea genomului afectează regiuni mari ale cromozomului care conține gena modificată.
În toate cercetările lor, oamenii de știință au folosit embrioni doar în scopuri științifice, și nu pentru a induce sarcina. Autorii de frunte ai acestor trei studii științifice, ale căror rezultate sunt reflectate în preimprimate, au refuzat să discute despre lucrările lor în detaliu cu departamentul de știri al revistei Nature până când articolele lor au fost publicate în reviste revizuite de la egal la egal.
Reparație imprevizibilă
Toate modificările înregistrate apar ca urmare a reparației ADN-ului, care este efectuat folosind instrumente de editare a genomului. CRISPR-Cas9 folosește o mică șir de ARN pentru a direcționa enzima Cas9 către un sit cu o secvență similară. Enzima apoi taie ambele catene de ADN pe acest site, iar sistemele de reparare a celulelor inchid acest decalaj.
Editarea are loc chiar în timpul reparației: cel mai adesea, celula închide bine acest gol cu un mecanism care este capabil să insereze sau să elimine o cantitate mică de nucleotide de ADN; cu toate acestea, acest mecanism funcționează cu erori. Dacă oamenii de știință inserează un șablon ADN, celula poate folosi uneori această secvență pentru a repara pauzele, rezultând o rescriere corectă. Cu toate acestea, ADN-ul tăiat poate, de asemenea, amesteca sau pierde bucăți mari ale cromozomului.
Lucrările anterioare folosind tehnologia CRISPR în embrioni de șoarece și alte tipuri de celule umane au arătat că editarea cromozomilor poate provoca efecte nedorite semnificative. Dar, potrivit lui Urnov, a fost important pentru oamenii de știință să-și demonstreze abordările în embrioni umani, deoarece diferite tipuri de celule pot reacționa diferit la editarea genomului.
Această rearanjare a regiunilor ADN poate fi fost trecută cu vederea în multe experimente, în care oamenii de știință încearcă, de obicei, să găsească exemple de editare nedorită, să spunem, schimbarea unei nucleotide ADN, sau inserții mici sau ștergeri de fragmente mici de nucleotide. Cu toate acestea, în experimentele recente, au fost cercetate în mod special ștergeri și rearanjări cromozomiale în apropierea locului țintă. „Și comunitatea științifică va lua rezultatele obținute chiar mai în serios decât înainte”, spune Urnov. „Aceste rezultate nu sunt deloc întâmplătoare”.
Modificări genetice
Echipele de cercetare care au efectuat cele trei studii descrise mai sus au explicat diferit mecanismul care stă la baza rearanjărilor din ADN. De exemplu, echipele de cercetare Egli și Nyakan consideră că cea mai mare parte a modificărilor observate în embrioni se datorează ștergerilor mari și reamenajărilor regiunilor ADN. Cu toate acestea, grupul lui Mitalipov a declarat că până la 40% din modificările detectate au fost cauzate de așa-numita conversie a genei, în care, ca urmare a proceselor de reparare a ADN-ului, o secvență este copiată dintr-un cromozom într-o pereche pentru a repara alta.
Mitalipov și colegii săi au raportat rezultate similare încă din 2017, însă unii oameni de știință au fost sceptici cu privire la faptul că conversia genelor este frecventă în embrioni. Oamenii de știință au observat următoarele: în primul rând, în timpul conversiei genice, cromozomii materni și paterni nu sunt localizați unul lângă celălalt și, în al doilea rând, analizele utilizate de echipa de cercetare pentru a determina conversia genelor ar putea dezvălui alte modificări cromozomiale, inclusiv ștergeri.
Egli și colegii săi din amprenta lor au dorit să verifice în mod direct prezența conversiei genice, dar nu au putut să o detecteze. Burjo observă că experimentele descrise în amprenta prealabilă a lui Mitalipov sunt similare cu cele efectuate de echipa sa de cercetare în 2017. Potrivit lui Jin-Soo Kim, genetician la Universitatea Națională din Seul și coautor al preimprimării Mitalipov, pauzele de ADN în diferite părți ale cromozomului pot fi corectate într-un alt mod - aceasta, în opinia sa, este una dintre soluțiile posibile ale problemei. …
