За допомогою системи генетичного редагування CRISPR/Cas ембріони людину позбавили мутації, що викликає хворобу серця.
У 2015 році в журналі Protein & Cell з'явилася без перебільшення епохальна стаття китайських дослідників, в якій вони описували, як їм вдалося відредагувати гени в людському ембріоні. Використані в експериментах ембріони спочатку не змогли б розвиватися, як треба - яйцеклітини були запліднені відразу двома сперматозоїдами, а в таких випадках далі найперших етапів ембріогенезу справа не йде - так що результати лише вказували на можливість подібної процедури з людським матеріалом. Проте відразу після виходу статті серед фахівців у генній інженерії та біотехнології виникала бурхлива дискусія про те, чи етично ось так втручатися в людські гени.
Заодно маса людей дізналася про метод CRISPR/Cas - саме з його допомогою правили гени у ембріона. Цей метод ми неодноразово описували, так що зараз нагадаємо лише, що спочатку систему CRISPR/Cas виявили в бактеріях, у яких вона служить для захисту від вірусів; згодом же виявилося, що молекулярну машину CRISPR/Cas можна використовувати для точного виправлення послідовності ДНК в клітинах тварин і рослин (втім, щодо точності методу останнім часом з'являються деякі сумніви). Перспективи у CRISPR/Cas виявилися настільки привабливими, що дослідники все-таки вирішили, що можна використовувати метод і з людськими зародками. І ось зараз, через два роки після горезвісної статті в Protein & Cell виходить стаття в Nature, в якій описується, як людський зародок за допомогою CRISPR/Cas позбавили від небезпечної мутації, що призводить до складного серцевого розладу.
Шухрат Міталіпов і його колеги з Орегонського університету науки і здоров'я взяли понад сто яйцеклітин, щоб запліднити їх сперматозоїдами, у яких була мутація в гені MYBPC3. Дефекти в цьому гені ведуть до розвитку гіпертрофічної кардіоміопатії: стінка серцевого м'яза стає ненормально товстою, волокна в ній розташовуються неправильно, в результаті порушується ритм скорочень, виникає серцева недостатність тощо. Чоловікові, чиї сперматозоїди використовували в експерименті, через генетичну кардіоміопатію свого часу довелося поставити імплантат-дефібрилятор. Мета ж дослідників була в тому, щоб отримати ембріони без мутації в MYBPC3.Молекулярний
апарат для редагування генів вводили в запліднену яйцеклітину, причому в деякі яйцеклітини CRISPR/Cas вводили відразу ж після запліднення, а в інші - через кілька годин. Редагуюча машина повинна була виправити мутацію в батьківських генах. Яйцеклітина після прибуття сперматозоїда якийсь час чекає, освоюючись з отриманим «вантажем», а потім починає підготовку до поділу. Перед поділом вся ДНК подвоюється, відповідно, в ембріоні з'являється друга копія мутантного гена. Якщо редагуюча машина увійде в зародок трохи погодячи, їй треба буде виправити додаткову копію потрібного гена, але вона не завжди це робить - в результаті виходить те, що називається мозаїцизмом: у ембріона є дві різні копії одного і того ж гена, і згодом якісь клітини отримують нормальну версію, а якісь - мутантну. Попередні досліди з мишачими ембріонами показали, що якщо ввести CRISPR/Cas-редактор майже одночасно з заплідненням, то мозаїцизму можна уникнути. Нові експерименти це тільки підтвердили: з 58 яйцеклітин, яким вводили CRISPR/Cas відразу після запліднення, у 42 зародків редагування пройшло успішно, а мозаїчним за геном виявився тільки один. З іншого боку, серед 54 ембріонів, яким вводили редагуючу машину через 18 годин після запліднення, мозаїчними виявилися цілих тринадцять. (Самі редагуючі молекули, зробивши свою справу, швидко розпадалися.)
Важливо підкреслити, що тут зародки були абсолютно нормальними, в них не було ніяких хромосомних аномалій, як у зародках з китайської статті, і, в принципі, якби їх пересадили жінці, з них могли б вийти здорові діти без мутації і без кардіоміопатії.З іншого боку, легко помітити, що ефективність методу CRISPR/Cas не стовідсоткова - лише 75% ембріонів вдалося позбавити мутації. Якщо ж говорити про можливе застосування CRISPR/Cas в клініці, то вкрай бажано, щоб він працював у всіх зародках, а не в 75%
.Наконець, є відома проблема точності CRISPR-редагування, про яку ми писали буквально днями. Автори роботи запевняють, що ніякого «лівого редагування» в піддослідних ембріонах не сталося. Водночас сама мутація в гені MYBPC3 була досить рідкісною: дійсно, зміни в MYBPC3 зазвичай виявляються найбільш вірогідною причиною гіпертрофічної кардіоміопатії, але ж зміни в ДНК можуть бути різними. І в деяких випадках, націлюючи машину CRISPR/Cas на який-небудь дефект в потрібному гені, ми можемо раптом виявити, що схожі цілі є і в інших ділянках нашої неосяжної ДНК, тільки в інших ділянках вони ніякі не дефекти
. Але в цілому дослідники домоглися своєї мети - вони показали, що редагуючий метод CRISPR/Cas працює на здорових ембріонах, які можуть нормально розвинутися. І навіть якщо до клініки справа не дійде, з таких експериментів можна отримати масу корисних даних. Наприклад, зараз раптом вдалося побачити, що зародки виправляють свою ДНК після втручання CRISPR/Cas не так, як інші клітини. Ферменти системи CRISPR/Cas вирізають фрагмент ДНК з мутацією, так що клітині доводиться ставити тут заплатку. Як шаблон для латки разом молекулярним редактором у клітку запускають зразок - шматочок ДНК з потрібною послідовністю, на основі якої клітина латає власну хромосому; і саме так роблять, наприклад, стовбурові клітини. Зародки ж чинять інакше - вони не звертали ніякої уваги на ту ДНК, яку їм ввели ззовні, використовуючи материнські хромосоми як зразок для заплатки на хромосоми батьківські.