Naučnici uspjeli nemoguće: Precizno izmijenili gene ljudskih embrija

Naime, naučnici s Columbia Universityja objavili su da su u ljudskim embrijima u vrlo ranoj fazi razvoja uspjeli napraviti precizne promjene u DNA bez velikih kromosomskih oštećenja kakva su se ranije često viđala kod klasične tehnologije izmjene gena poznate kao CRISPR-Cas9.

Drugim riječima, tehnologija koja se do jučer činila pregrubom za embrije sada je pokazala da može biti mnogo finija. No upravo zato dio naučnika i bioetičara strahuje da bi se područje moglo opasno približiti ideji o stvaranju "dizajniranih beba".

Rad još nije prošao recenziju i objavljen je kao preprint na bioRxivu, što znači da ga drugi stručnjaci tek trebaju detaljno provjeriti.

Finija promjena gena

Istraživanje je proveo tim pod vodstvom Dietera Eglija s Columbia Universityja. U njemu je korištena tehnologija koja se zove editiranje baza i novija je inačica tehnologije CRISPR-Cas9. Za razliku od klasičnog CRISPR-Cas9, koji se često opisuje kao molekularne škare jer reže obje niti dvostruke zavojnice DNA, editiranje baza djeluje suptilnije. Ono ne pokušava rezati unutar genoma, nego kemijski promijeniti jedno "slovo" DNA u drugo.

Kako funkcionira tehnologija?

DNA se može zamisliti kao golema knjiga života napisana četirima slovima, odnosno dušičnim bazama: A, T, C i G.

Tehnologiju CRISPR-Cas9 naučnici su preuzeli od bakterija i pretvorili je u alat. Naime, bakterije nakon susreta s virusom koji ih napada mogu pohraniti djeliće njegove DNA kao molekularnu memoriju, a zatim ih koristiti kao uputu za prepoznavanje i rezanje virusne DNA ako se virus ponovno pojavi. U tom sistemu kratka RNA molekula vodi protein Cas9 do odgovarajućeg virusnog genetskog zapisa, a Cas9 ga zatim presiječe i tako pomaže bakteriji da zaustavi infekciju.

Kod uređivanja gena CRISPR-Cas9 koristi se za precizno rezanje DNA na odabranom mjestu, a zatim se prirodnim mehanizmima popravka DNA geni mogu inaktivirati, mutacije ispraviti ili umetnuti novi genetski slijed. No taj popravak nije uvijek uredan niti se može kontrolirati. Može završiti brisanjem većih dijelova genoma, odnosno delecijama, ili drugim nepoželjnim promjenama.

Editiranje baza razvijeno je iz CRISPR tehnologije, ali ne radi isto kao klasični CRISPR-Cas9.

Kod editiranja baza CRISPR sistem također služi za pronalaženje tačne lokacije u genomu, ali je Cas9 modificiran tako da ne reže DNA ili reže samo jednu nit. Na njega je vezan enzim koji kemijski pretvara jednu bazu u drugu, a stanica potom dovršava proces i učvršćuje promjenu.

Editiranje baza sličnije je ispravljanju tipfelera. Cilj mu je promijeniti jedno slovo, primjerice A u G, bez velikog reza kroz dvostruku zavojnicu DNA.

Uredili gene važne za holesterol i bolesti krvi

U novom radu naučnici su testirali adeninske editore baza, odnosno alate koji mogu pretvarati A u G. Ciljali su dva područja: gen PCSK9, važan u regulaciji kolesterola, i gene HBG1/2, povezane s fetalnim hemoglobinom, što je važno za bolesti poput anemije srpastih stanica i beta-talasemije. Hemoglobin je protein u crvenim krvnim stanicama koji prenosi kisik.

Najvažniji rezultat pokusa bio je taj da je editiranje bilo učinkovito, a autori nisu otkrili velike delecije niti kromosomske abnormalnosti na ciljanim mjestima. To je ključno jer su raniji pokušaji korištenja klasičnog CRISPR-Cas9 u ljudskim embrijima pokazali da rezanje DNA može izazvati ozbiljan genomski kaos.

Problem nesavršenstva
Egli je ranije upozoravao na taj problem tehnologije CRISPR-Cas9. Njegov tim je 2020. u časopisu Cell objavio rad koji je pokazao da ona u ljudskim embrijima može dovesti do gubitka velikih dijelova kromosoma ili čak cijelog kromosoma. Columbia University tada je upozorio da takvi nalazi pokazuju zašto je potreban izniman oprez prije bilo kakvog približavanja kliničkim primjenama.

Nova studija pokušaj je odgovora na taj problem. Prema preprintu, on je zasad ohrabrujući, ali ne i konačan. Autori navode da editiranje/mijenjanje baza nije izazvalo velike kromosomske poremećaje, da su male insercije i delecije bile rijetke i da su neželjene promjene izvan ciljanog mjesta ovisile o kratkoj RNA molekuli koja vodi cijeli sistem (modificirani protein Cas9 spojen s posebnim enzimom) do tačnog mjesta u genomu gdje treba djelovati.

Važan je bio i način na koji su naučnici unijeli alat za uređivanje gena u embrije. Kada su editor baza ubacili izravno kao gotov protein, i to u trenutku oplodnje ili vrlo brzo nakon nje, embriji su se mogli nastaviti razvijati do blastociste. Blastocista je rana faza embrija, nekoliko dana nakon oplodnje, prije nego što bi se u prirodnim uvjetima ugnijezdila u maternici.

Iz tako uređenih embrija naučnici su mogli dobiti i embrionalne matične stanice, odnosno stanice koje se mogu razviti u različite vrste tkiva. No kada su isti alat pokušali unijeti kao RNA, dakle kao uputu prema kojoj bi stanica sama trebala proizvesti editor, razvoj embrija se rano zaustavio. To pokazuje da kod ovakvih zahvata nije važan samo alat koji se koristi, nego i trenutak i oblik u kojem se unosi.

Problem mozaičnosti

No, problem nije riješen u cijelosti. Prema izvještaju Wall Street Journala, u Eglijevoj studiji gotovo 80 posto embrija postalo je mozaično, što znači da genetska promjena u DNA nije zahvatila sve stanice; dio je zadržao nepromijenjen gen. Mozaičnost je velik problem za bilo kakvu kliničku primjenu jer bi embrij mogao imati mješavinu uređenih i neuređenih stanica. Ako se želi spriječiti nasljedna bolest, takav rezultat nije dovoljno pouzdan.

Egli zato ne tvrdi da su naučnici spremni za uređivanje beba. "Ne nudimo javnosti konačno 'u redu je, sutra ćete imati genski uređene bebe'", rekao je Egli za Wall Street Journal. Dodao je da je to proces koji se mora odvijati kroz raspravu usklađenu sa znanstvenim napretkom.

Za New York Times Egli je rekao da naučnici mogu dati podatke za raspravu, ali da se tu njihova uloga zaustavlja i da drugi moraju preuzeti širu društvenu odluku.

(Vijesti.ba)