Technologia edytowania genów CRISPR z impetem wtargnęła na medyczne salony, pokazując możliwości leczenia szerokiego spektrum chorób – od cukrzycy typu II, aż do raka. Rozwój tej technologii idzie pełną parą naprzód, przeprowadzane są też już próby na ludziach. Niestety jednak, konsekwencje poprawiania genów w dużej mierze pozostają wciąż nieznane.
Nowa badanie zwróciło uwagę na jedną z możliwych konsekwencji. Okazało się, że krojenie ludzkich genów wzdłuż i wszerz może prowadzić do niezamierzonych mutacji. Jest jednak za wcześnie by móc stwierdzić, czy mutacje te są powodem do niepokoju.
Czym jest CRISPR?
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat) jest, najkrócej rzecz ujmując, bardzo precyzyjnym sposobem na majstrowanie przy genach. Edycja genów była kiedyś bardzo niedokładnym i drogim procesem. Dziś naukowcy mogą „wejść” w DNA i właściwie przenosić jego fragmenty metodą kopiuj-wklej.
Mechanizm ten da się zauważyć u bakterii. Stosują system obronny, polegający na wycinaniu DNA inwazyjnego wirusa i wkomponowaniu go we własne. Następnie replikują nową sekwencję, by zapobiec przyszłemu rozprzestrzenianiu się wirusa.
W 2012 roku naukowcy udoskonalili technologię i ujawnili, że każde DNA (nie tylko bakterii) posiada te zdolność – a proces ten działa również u ludzi. Wired donosi:
W 2012 roku naukowcy zmienili CRISPR z systemu obronnego bakterii, w narzędzie do edytowania genów. Podmienili bakteryjny system CRISPR RNA na prowadzone, zmodyfikowane RNA. To RNA działało jak swoisty list gończy – mówiło łowcy nagród, enzymowi Cas9, gdzie powinien szukać.
Enzym skanuje genom komórki by znaleźć pasujące DNA, a następnie wyciąga je z enzymów komórki. Dla naprawienia szkody, naukowcy są dziś w stanie dodać lub zmienić DNA wewnątrz komórki. Karmiąc Cas9 odpowiednią sekwencją lub poprzez sterowanie RNA, badacze mogą wycinać i wklejać sekwencje DNA, o długości do 20 par zasad, do genomu w dowolnym punkcie.
Od momentu odkrycia, CRIPSR było używane w wielu imponujących przedsięwzięciach – od produkcji grzybów które nie brązowieją, aż do usuwania HIV z ludzkich komórek. Dokonano również postępu w zwalczaniu chorób genetycznych, takich jak: anemia sierpowatokrwinkowa, niektóre formy ślepoty czy dystrofia mięśniowa. Obecnie w Chinach trwają badania kliniczne, w których limfocyty-T pacjentów z rakiem są edytowane, w celu usunięcia białka które zatrzymuje reakcje immunologiczne.
Po skończonej procedurze komórki są umieszczane ponownie w pacjentach. Zostało zatwierdzone już pierwsze badanie CRISPR w USA, które będzie obejmowało trzy zmiany w limfocytach-T.
Naukowcy usuną limfocyty-T u 18 pacjentów z różnymi rodzajami raka, a następnie przeprowadzą na tych komórkach procedurę CRISPR. Pierwsza edycja będzie polegała na wstawieniu genu dla białka, zaprojektowanego do wykrywania komórek rakowych i nakazywania limfocytom-T do obierania ich za cel. Druga zmiana to usuwanie naturalnych białek limfocytów-T, które mogą zakłócać ten proces.
Trzecia to obrona: Będzie polegała na usunięciu białka identyfikującego limfocyty-T jako komórki odpornościowe i zapobiegnięciu wyłączeniu ich przez komórki nowotworowe. Następnie naukowcy wprowadzą komórki z powrotem do pacjenta. – donosi Nature.
CRISPR prowadzi do setek niespodziewanych mutacji
Niedawne badanie opublikowane na łamach czasopisma Nature Methods wzbudza obawy, że testowanie CRISPR na ludziach może być przedwczesne. Nawet jeśli chodzi o CRISPR-Cas9. Poprzez modyfikację enzymu Cas9, znacznie poprawia się możliwości edycji genów. W niektórych wypadkach obniżając margines błędu do „niewykrywalnych poziomów”. Pomimo tego jednak że technologia ta jest niezwykle precyzyjna, nie jest idealna. Może więc przypadkowo trafić inne części genomu.
Nie jest to wada wcześniej niespotykana. Była już obiektem testów, zazwyczaj przy pomocy algorytmu komputerowego, stworzonego do przewidywania, gdzie mogą wystąpić takie niezamierzone mutacje. Obszary te były następnie przeszukiwane, by stwierdzić czy takie mutacje rzeczywiście miały miejsce. W nowym badaniu zastosowano inną metodę poszukiwania niechcianych mutacji. Opierała się o osobne badanie, w którym wykorzystano CRISPR-Cas do korygowania mutacji genetycznej, w celu przywrócenia wzorku u niewidomych myszy.
Naukowcy podzielili cały genom myszy poddanych CRISPR, by wyszukać mutację. Oprócz zamierzonej genetycznej edycji, odkryto ponad 100 dodatkowych przemieszczeń. Wraz z ponad 1500 mutacji pojedynczych nukleotydów. Współautor badania, dr Stephen Tsang z Columbia University Medical Center, powiedział Scienmag:
Uważamy, że kluczowym jest uznanie przez środowisko naukowe możliwych zagrożeń, związanych z niezamierzonymi mutacjami powodowanymi przez CRISPR, w tym mutacji pojedynczych nukleotydów i mutacjami w niekodujących regionach genomu… Badacze nie używający sekwencjonowania całego genomu, do znalezienia niechcianych mutacji, mogą nie zauważyć potencjalnie istotnych zmian. Zmiana nawet pojedynczego nukleotydu może mieć ogromne znaczenie.
Wciąż jednak wielu badaczy nastawionych jest optymistycznie, twierdząc że powstawanie niezamierzonych mutacji jest problemem możliwym do rozwiązania. Sama technologia zaś może zostać udoskonalona, w celu zmniejszenia zmian niezamierzonych. Ponadto trwające obecnie próby kliniczne obejmują osoby poważnie chore, które prawdopodobnie chciałyby kontynuować terapię eksperymentalną, pomimo ryzyka.
Co to oznacza dla genetycznie modyfikowanej żywności?
Zaskakującym może wydawać się fakt, że CRISPR i inne narzędzia do edycji genów, są stosowane również w przemyśle spożywczym. Genetycznie modyfikowane plony, w których zmienione zostało DNA, zostały już stworzone – i zjedzone. New York Times informował już o pierwszym obiedzie z genetycznie edytowaną żywnością, w tym soją i ziemniakami wyprodukowanymi przez jeden z koncernów farmaceutycznych.
W przeciwieństwie do genetycznie zmodyfikowanej żywności (GE), która może zawierać geny innych gatunków – Nic nie jest do roślin dodawane, ani od nich odejmowane – powiedział André Choulika, dyrektor generalny Cellectis, w Times. To tylko to, co stworzyła natura. Póki co nie da się stwierdzić, jak edycja genów może wpłynąć na żywność i środowisko. Technologia ta jednak rozwija się w najlepsze, więc z pewnością prędzej czy później poznamy odpowiedź.
Produkty spożywcze wytwarzane poprzez edytowanie genów nie podlegają regulacji USDA (Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych), ani żadnych innych agencji regulacyjnych. Jednakże rada doradcza poinformowała, że żywność poddana modyfikacji genetycznej nie może być oznaczona jako organiczna. Póki co znajduje się ona poza wszelkimi regulacjami. – donosi Times. Do tej pory technologia została wykorzystana do produkcji soi o zmienionych profilach kwasów tłuszczowych, ziemniaków które nie brązowieją tak szybko i takich, które pozostają świeże na dłużej (a także nie produkują kancerogenów podczas smażenia). Ten ostatni gatunek może trafić do sprzedaży już w 2019 roku.
W wywiadzie dla GM Watch Michael Antoniou, londyński genetyk molekularny wyjaśnił, że mogą pojawić się znaczne zmiany – zarówno w kontekście rolnictwa jak i medycyny – wskutek edytowania genów. Wymaga to długoterminowego badania pod kątem bezpieczeństwa i toksyczności. Jak wyjaśnia:
Wiele z niezamierzonych mutacji powstałych w wyniku edycji genów – podobnie jak te wywołane przez kulturę tkankową – niewątpliwie będzie miało korzystny wpływ na funkcjonowanie genu. Jednak wiele z nich nie będzie, a ich skutki będą dotykały również ostatecznych wersji produktów, trafiających do sprzedaży.
Tak więc przeprowadzenie sekwencji całego genomu jest konieczne, by zidentyfikować wszystkie niezamierzone mutacje, będące efektem procedury CRISPR. Ważne jest również ustalenie jakie są skutki tych mutacji, wobec ogólnych wzorów funkcjonowania genów.
Ponadto ważnym jest by uznać, że zamierzona zmiana w danym genie może również mieć niezamierzone skutki. Np. całkowite zakłócenie lub modyfikacja funkcji enzymu, może prowadzić do nieoczekiwanych lub nieprzewidywalnych biochemicznych reakcji ubocznych, które mogą wyraźnie zmienić skład organizmu – np. pól uprawnych.
Zmiany kompozycji, w produktach spożywczych wytwarzanych technikami edytowania genomu, nie mogą zostać dostatecznie rozpoznane za pomocą metod profilowania molekularnego. Metody te bowiem posiadają typowe dla siebie, nieodłączne ograniczenia. Konieczne jest zatem przeprowadzenie długoterminowych badań nad toksycznością. Wobec braku tych analiz, twierdzenie że edytowanie genów jest precyzyjne, opiera się na wierze, a nie na nauce.
Inne pułapki edycji genetycznej
Dzięki możliwościom jakie daje CRISPR, zachodzić mogą trzy kategorie zmian DNA. Wszystkie będą podlegały ocenie zasadności i etyczności, zarówno przez świat nauki, jak i opinii publicznej.
- Zarodkowe DNA korygowane jest, w celu wyeliminowania wad genetycznych związanych z chorobą dziedziczną. Choć zastosowanie to zyskało największe poparcie, niektórzy naukowcy twierdzą, że nie ma potrzeby stosowania tej metody. Istnieje już bowiem technologia testowania i wyboru embrionów wolnych od chorób genetycznych, stosowana w klinikach in vitro.
- Modyfikacja genów w celu ochrony danej osoby przed przyszłymi chorobami.
- Rozszerzenie genetyczne, w którym geny są instalowane lub modyfikowane w cel zmiany wyglądu lub potencjału fizycznego bądź psychicznego.
Ostatnia daje szansę na stworzenie „zaprojektowanych niemowląt”, o określonym kolorze włosów lub zwiększonym ilorazie inteligencji. Jest to powodem dla którego m.in. ok. 40 krajów już zakazało inżynierii genetycznej zarodków ludzkich.
Stosowanie CRISPR na ludziach jest wciąż kwestią kontrowersyjną, częściowo dlatego że to wszystko jest po prostu zbyt proste. Fakt, że naukowcy są w stanie efektywnie edytować dowolny gen – w przypadku niektórych odmian raka, ale też potencjalnie w przypadku predyspozycji do rudych włosów, nadwagi czy byciu dobrym z matematyki – martwi etyków ze względu na to, co stanie się jeśli możliwość taka dostanie się w niewłaściwe ręce.
Ponieważ CRISPR staje się procedurą szeroko stosowaną w rolnictwie i medycynie, pojawiają się pytania natury moralnej i etycznej. Niewielu zaprotestuje przeciw używaniu CRISPR do leczenia pacjentów chorujących na raka, którzy znajdują się w stanie terminalnym. Ale co z chorobami przewlekłymi? Albo niepełnosprawnością? Jeśli niedokrwistość sierpowata może być korygowana za pomocą CRISPR, nie powinno dotyczyć to również otyłości, która powoduje tak wiele zagrażających życiu chorób? Kto decyduje gdzie powinna przebiegać ta linia?
Źródło:
http://articles.mercola.com/sites/articles/archive/2017/06/13/crispr-gene-editing-dangers.aspx
Opracowała Ewa Wysocka
