У людських ембріонів, в яких попрацював редагуючий апарат CRISPR/Cas, з'являються незаплановані хромосомні перебудови.
З'явився кілька років тому метод генетичного редагування CRISPR/Cas швидко став науково-технологічним хітом. І крім нього є методи, що дозволяють вносити правки в ДНК, проте вони або більш трудомісткі і потребують багато часу, або можуть працювати тільки з певними ділянками геному, або не дуже точні в тому сенсі, що крім потрібної експериментальної правки в ДНК з'являється багато побічних правок.
CRISPR/Cas виявився простішим, швидшим і точнішим. Вихідне це система противірусного захисту у бактерій: спеціальний білок розпізнає чужорідну ДНК у бактеріальній клітці і розрізає її, не даючи вірусу розмножуватися. Біологи пристосували молекулярний апарат CRISPR/Cas до клітин тварин і рослин. Тепер ферменту, який повинен розрізати ДНК, дають як зразок шматок послідовності генетичного коду, який потрібно розрізати, і він цю послідовність шукає в клітинній ДНК.
Після того, як в ДНК з'явився розріз, клітина намагається його зашити - в ній включаються ферменти ремонту ДНК. Щоб зашити розріз, ремонтні ферменти використовують шаблон, який їм підсовують експериментатори. Шаблон можна синтезувати яким завгодно, так що після зашивання розрізу в ДНК з'являється та послідовність, яка потрібна досліднику. Так можна не тільки вносити експериментальні мутації, а й, наприклад, виправляти дефекти в ДНК, які можуть призвести до хвороб.
Якщо говорити про клінічні перспективи, то очевидно, що CRISPR/Cas потрібно використовувати з ембріонами: якщо виправити погану мутацію в ембріоні, вийде здоровий організм. CRISPR/Cas якийсь час застосовували до зародків тварин, аж до мавп, але було ясно, що рано чи пізно справа дійде до людей. У 2015 році експеримент з редагуванням людського ембріона поставили дослідники з Університету Сунь Ятсена. А в 2018 році Хе Цзянькуй (He Jiankui) з Південного науково-технологічного університету оголосив, що йому вдалося за допомогою CRISPR/Cas внести в людські ембріони мутацію, що захищає від ВІЛ - і, що найголовніше, з цих ембріонів народилися дві дівчинки.
У науково і навколонауковому світі негайно піднялася буря з приводу того, наскільки етично і безпечно використовувати CRISPR/Cas в клінічних цілях. Питання безпеки багато в чому зводиться до того, як точно працює метод. Навіть якщо CRISPR/Cas редагує точніше інших подібних методів, це ще не означає, що його точності достатньо для медичного використання.
У 2017 році в Nature Medicine вийшла стаття, в якій говорилося, що людські гени складно виправляти за допомогою CRISPR/Cas. Автори статті спиралися на результати комп'ютерного моделювання, але незабаром стали з'являтися експериментальні роботи, які описували зайві мутації в справжніх ембріонах, відредагованих CRISPR/Cas. Так, рік тому ми писали про одне дослідження, опубліковане в Nature Biotechnology: у ньому говорилося, що в людських і мишачих клітинах, в яких попрацював CRISPR/Cas, відбуваються позапланові перебудови в ДНК.
Нещодавно на сайті bceRxiv з'явилося відразу три статті на ту ж тему - що CRISPR/Cas дозволяє собі багато зайвого. У всіх трьох випадках мова йде про людські ембріони, що виникли при заплідненні в пробірці - вони створювалися саме для наукових цілей і не призначалися для пересадки жінкам. У першій статті співробітники Інституту Френсіса Кріка описують, як вони редагували ген POU5F1, який бере участь в ембріональному розвитку. Всього ембріонів було 18, і у 22% з них в ДНК поруч з редагованим геном з'явилися побічні зміни, що не передбачалися експериментом. Зміни в деяких випадках виявлялися досить великі - з хромосоми могло зникнути близько тисячі нуклеотидів.
В іншому випадку дослідники з Колумбійського університету намагалися виправити у ембріона мутацію в гені EYS, через яку згодом починається пігментний ретиніт, що призводить до сліпоти (ембріони виходили при заплідненні сперматозоїдами з мутантним EYS). У половини ембріонів після редагування CRISPR/Cas виявилися втрачені великі сегменти на хромосомі поруч з геном EYS, а то і хромосома цілком.
Нарешті, у третій статті співробітники Орегонського університету науки і здоров'я пишуть про побічні зміни в ДНК у ембріонів, яким намагалися виправити мутацію в гені MYBPC3, що призводить до серцевих хвороб. Це продовження їхніх експериментів з людськими ембріонами і серцевою мутацією, про які ми писали три роки тому. Мутацію виправити вдавалося, але попутно в хромосомі з геном MYBPC3 з'являлися якісь дефекти.
Не факт, що всі ці хромосомні зміни могли б призвести до хвороб або аномалій розвитку. З іншого боку, тим дівчаткам, яких за допомогою CRISPR/Cas спробували захистити від ВІЛ, могло пощастити, і редагуючий апарат спрацював у них точно. Однак для того, що використовувати CRISPR/Cas в медичних цілях, його, що називається, потрібно доводити до розуму. Потрібно зрозуміти, в яких випадках він провокує ті чи інші побічні зміни в ДНК, з якою ймовірність, і які молекулярні механізми тут задіяні.
І нехай він ніколи не стане стовідсотково точним, все ж ті батьки, яким захочеться позбавити майбутню дитину від небажаної мутації, повинні знати, з якою ймовірністю вони зможуть отримати здоровий ембріон, не обтяжений побічними дефектами від генетичної редактури.
За матеріалами The Scientist.