Эксперименты, в которых для модификации человеческих эмбрионов используется инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9, показали, что эта операция ведет к нежелательным последствиям не только в самом месте редактирования ДНК, но и в его окрестностях.
Фото: Reuters
Фото: Reuters
Три исследования на эту тему опубликованы в июне на сервере препринтов bioRxiv, то есть рецензирования они еще не прошли. Но, взятые вместе, они дают представление о том, что риски редактирования человеческих эмбрионов при помощи «генетических ножниц» CRISPR-Cas9 недооцениваются. Предыдущие эксперименты уже показали, как «ножницы» могут незаметно вносить изменения в отдаленные от места воздействия локусы ДНК, а теперь выясняется, что под угрозой и ближайшие окрестности точки вмешательства, да и сама она.
Небезопасность метода, вероятно, станет в очередной раз причиной жарких дебатов: стоит ли вообще рисковать, редактируя геномы человеческого эмбриона, того, что будут побеждены некоторые генетические болезни. В каждом конкретном случае, вероятно, да, но дефекты, вызванные неловкими действиями «ножниц», будут передаваться из поколения в поколение, и понять, к каким последствиям это приведет, пока невозможно.
«Если сравнить редактирование эмбрионов человека в репродуктивных целях с космическим полетом, то данные этих трех исследований придется сравнить со взрывом ракеты-носителя на стартовом столе»,— говорит Федор Урнов, один из ведущих специалистов по CRISPR-Cas9, сотрудник Калифорнийского университета в Беркли. Он не принимал участия ни в одном из трех исследований.
Первые опыты с CRISPR-Cas9-редактированием человеческих эмбрионов были проведены еще в 2015 году, с тех пор несколько групп ученых во всем мире регулярно пытаются внести изменения в человеческую ДНК. Работы их строго регламентированы.
Упомянутые три исследования обращают внимание не на сам процесс CRISPR-Cas9-редактирования, а на то, как ДНК эмбриона ведет себя после редактирования, как она восстанавливается, объясняет биолог, специалист по репродуктивным механизмам Мэри Герберт из Университета Ньюкасла, Великобритания. По ее мнению, прежде чем всерьез приступать к редактированию человеческого генома, надо составить точную карту изменений, которые вносятся CRISPR-Cas9-редактированием в ДНК.
Итак, первый из препринтов — группа исследователей во главе с Кэти Ниакан из Института им. Фрэнсиса Крика в Лондоне. Ученые использовали CRISPR-Cas9 для воздействия на ген POU5F1 — он играет ключевую роль в эмбриональном развитии и производстве стволовых клеток. Из 18 отредактированных геномов эмбрионов 22% содержали нежелательные изменения, затрагивающие большие участки ДНК поблизости от POU5F1: встречались и перестановки участков, и большие эпизоды делеции — по несколько тысяч букв ДНК, то есть намного больше, чем прежде считали ученые, работавшие с CRISPR-Cas9.
Другая группа во главе с исследователем стволовых клеток Дитером Эгли из Колумбийского университета в Нью-Йорке изучала эмбрионы, в которые мужская гамета привнесла мутацию в гене EYS. Ученые пытались с помощью CRISPR-Cas9 исправить эту мутацию, но около половины эмбрионов, как показало тестирование, потеряло большие сегменты хромосомы, а иногда и всю хромосому, в которой расположен EYS.
И третья группа, возглавляемая биологом-репродуктологом Шухратом Миталиповым из Орегонского медицинского университета в Портленде, изучала эмбрионы, полученные с использованием сперматозоидов с мутацией, которая вызывает заболевание сердца. Ученые также нашли признаки того, что редактирование затронуло большие области той хромосомы, где содержался мутировавший ген.
Все три группы редактировали геномы эмбрионов исключительно с научными целями, никто не имел в виду их развитие в плод.
Изменения стали следствием восстановления ДНК, а это необходимая часть процедуры CRISPR-Cas9-редактирования. Изменения в ДНК случаются во время этого восстановления: чаще всего разрез затягивается с ошибкой, может возникать перетасовка букв генома, а еще часть хромосомы может просто исчезнуть при ремонте.
В предыдущих работах других ученых было показано, что CRISPR-редактирование может вызывать значительные нежелательные эффекты в отдаленных от места воздействия частях хромосомы. По мнению Федора Урнова, важность нынешних работ в том, что они показали, как на CRISPR-Cas9 реагируют человеческие эмбрионы, прежние опыты проводились в основном на мышах, а разные типы клеток могут по-разному реагировать на редактирование. «Мы не можем относиться к этим результатам как к случайности,— уверен Федор Урнов,— это очень серьезное событие!»
По материалам статьи https://www.nature.com/articles/d41586-020-01906-4