Редактирование генов, используемых для восстановления больных генов

«Мертвые генные мутации удалены из человеческих эмбрионов в предварительном исследовании», сообщает The Guardian. Исследователи использовали метод редактирования генов для устранения недостатков ДНК, которые могут вызывать часто-фатальное состояние сердца, гипертрофическую кардиомиопатию. Это унаследованное состояние сердца вызвано генетическим изменением (мутацией) в одном или нескольких генах. У младенцев, рожденных с гипертрофической кардиомиопатией, есть больные и жесткие сердечные мышцы, что может привести к внезапной неожиданной смерти в детском возрасте, а также у молодых спортсменов по причине того, что зачастую они не могут правильно оценить свое состояние, и поэтому они напрягаются при тренировке. В этом опыте исследователи использовали метод, называемый CRISPR-cas9, для распознания, с последующим удалением дефектных генов. CRISPR-cas9 действует как пара молекулярных ножниц, позволяя ученым вырезать определенные участки ДНК. Эта техника вызвала большой интерес в научном сообществе с момента ее выхода в 2014 году. Но пока не было практических предложений для здоровья человека. Исследования находятся на ранней стадии и не могут легально использоваться в качестве лечения, чтобы помочь семьям, страдающим гипертрофической кардиомиопатией. И ни один из модифицированных эмбрионов не был имплантирован в матку. Хотя техника показала высокую степень точности, пока еще не ясно, достаточно ли она безопасна для разработки в качестве лечения. Сперма, использованная в исследовании, исходила от одного человека с дефектными генами, поэтому исследование нужно повторять с использованием клеток от других людей, чтобы убедиться, что результаты могут быть воспроизведены. Ученые говорят, что сейчас важно, чтобы общество начало дискуссию о этических и правовых последствиях технологии. В настоящее время против закона внедрять генетически измененные человеческие эмбрионы для создания беременности, хотя такие эмбрионы могут быть разработаны для исследований. Откуда взялась история? Исследование проводилось исследователями из Университета здоровья и науки штата Орегон и Института биологических исследований им. Салка в США, Института фундаментальной науки и Сеульского университета в Корее и BGI-Shenzen и BGI-Quingdao в Китае. Он финансировался Орегонским университетом здоровья и науки, Институтом фундаментальной науки, Благотворительным фондом им. Г. Гарольда и Лейлы Ю. Матерс, Фондом Мокси и благотворительным фондом Леона М. и Гарри Б. Хелмсли и Шэньчжэньским муниципальным правительством Китая , Исследование было опубликовано в рецензируемом журнале Nature. Существует четкий и точный отчет об исследовании. Несмотря на то, что отчеты от ITV News, Sky News и The Independent были в основном точными, они заявили о текущем этапе исследований: Sky News и ITV News заявили, что могут искоренить «тысячи унаследованных условий», а Independent утверждает, что «открывается возможность полностью уничтожить унаследованные болезни». Хотя это может быть возможным, мы пока не знаем, могут ли другие унаследованные заболевания быть столь же целенаправленными, как и эта мутация генов. а Методика CRISPR-cas9 находится только в зачаточном состоянии и (с учетом этики) просто невозможно использовать генетическое редактирование для выбора желаемых характеристик, большинство из которых не являются результатом одного единственного, идентифицируемого гена. Ни один уважаемый ученый не попытался бы выполнить такую ​​процедуру. Что это за исследование? Это была серия  экспериментов, проведенных в лабораториях, для проверки влияния техники CRISPR-Cas9 на клетки человека и эмбрионы. Этот тип научных исследований помогает нам больше узнать о генах и о том, как они могут быть изменены технологией. Он не говорит нам, какими будут последствия, если бы это использовалось как лечение. В чем заключалось исследование? Исследователи провели серию экспериментов на клетках человека, используя сначала метод CRISPR-cas9 на модифицированных клетках кожи, затем на очень ранних эмбрионах, а затем на яйцах в момент оплодотворения спермой. Они использовали генетическое секвенирование и анализ, чтобы оценить влияние этих различных экспериментов на клетки и то, как они развивались, до пяти дней. Было подсчитано, какая часть клеток, несущих дефектные мутации может быть восстановлена, независимо от того, вызвал ли этот процесс другие нежелательные мутации, и были ли вовлечены в процесс все или только некоторые из клеток в эмбрионе. Исследователи использовали клетки кожи (которые были модифицированы в стволовые клетки) и сперматозоиды от одного человека, который перенес мутацию MYBPC3 в своем геноме и донорские яйца у женщин без генетической мутации. Это мутация, которая, как известно, вызывает гипертрофическую кардиомиопатию. Обычно в таких случаях примерно половина эмбрионов будет иметь мутацию, а половина — нет, так как существует 50-50 вероятность того, что эмбрион наследует мужскую или женскую версию гена. Метод CRISPR-cas9 может использоваться для выбора и удаления определенных генов из нити ДНК. Когда это происходит, обычно обрезанные концы нити соединяются вместе, но это вызывает проблемы, поэтому их нельзя использовать для лечения людей. Ученые создали генетический шаблон здоровой версии гена, который они ввели одновременно с использованием CRISPR-cas9 для удаления мутированного гена. Они надеялись, что ДНК восстановит себя здоровой версией гена. Одной из важных проблем с изменением генетического материала является разработка «мозаичных» эмбрионов, где некоторые из клеток скорректировали генетический материал, а другие имеют оригинальный дефектный ген. Если это случится, врачи не смогут определить, здоров ли зародыш. Ученым необходимо было проверить все клетки эмбрионов, полученные в эксперименте, чтобы выяснить, были ли все клетки скорректированным геном или была ли эта методика в смеси. Они также выполняли целые последовательности генома на некоторых эмбрионах, чтобы проверить наличие несвязанных генетических изменений, которые могут быть случайно введены во время процесса. Все эмбрионы в исследовании были разрушены в соответствии с законодательством о генетических исследованиях на эмбрионах. Каковы были основные результаты? Исследователи обнаружили, что этот метод работал на некоторых стволовых клетках и эмбрионах, но лучше всего работал при оплодотворении яйца. Существовали важные различия между тем, как это действовали на стволовые клетки и яйцо.

• Методом CRISPR-cas9 было подвержено только 28% стволовых клеток. Из них большинство отремонтировало себя, объединив концы вместе, и только 41% были отремонтированы с использованием скорректированной версии гена.
• 67% эмбрионов, подвергшихся воздействию CRISPR-cas9, имели только правильную версию гена — выше, чем 50%, что можно было бы ожидать, если бы этот метод не использовался. 33% эмбрионов имели мутированную версию гена, либо в некоторых, либо во всех их клетках.
• Важно отметить, что эмбрионы, похоже, не использовали «шаблон», введенный в зиготу, чтобы провести ремонт, как это делали стволовые клетки. Вместо этого они использовали женскую версию здорового гена для проведения ремонта.
• Из эмбрионов, созданных с использованием CRISPR-cas9 в момент оплодотворения, у 72% была правильная версия гена во всех их клетках, а у 28% была мутированная версия гена во всех их клетках. Никакие эмбрионы не были мозаикой — смесь клеток с разными геномами.

Исследователи не обнаружили признаков мутаций, вызванных этой методикой, когда они исследовали клетки различными способами. Тем не менее, они обнаружили некоторые доказательства делеции генов, вызванные слиянием нитей ДНК (соединяясь) вместе без восстановления дефектного гена.   Как исследователи интерпретировали результаты? Исследователи говорят, что они продемонстрировали, как человеческие эмбрионы «используют другую систему восстановления повреждений ДНК» для взрослых стволовых клеток, которые могут быть использованы для восстановления разрывов ДНК, полученных с использованием методики редактирования гена CRISPR-cas9. Они говорят, что «целенаправленная коррекция генов» может «потенциально спасти значительную часть мутантных человеческих эмбрионов» и увеличить количество доступных для передачи парам, используя диагноз предимплантации во время лечения ЭКО. Однако ученые предупреждают, что «несмотря на значительную эффективность таргетинга», эмбрионы, обработанные CRISPR-cas9, в настоящее время не пригодны для передачи. Говорят, что подходы к редактированию генома должны быть дополнительно оптимизированы до клинического применения.   Вывод В настоящее время генетически унаследованные состояния, такие как гипертрофическая кардиомиопатия, не могут быть излечены, им удалось снизить риск внезапной сердечной смерти. Для пар, где один из партнеров несет мутированный ген, единственным вариантом избежать его передачи на своих детей является генетическая диагностика перед имплантацией. Это включает использование ЭКО для создания эмбрионов, а затем тестирование клетки эмбриона, чтобы увидеть, несет ли она здоровую или мутантную версию гена. Затем эмбрионы со здоровыми версиями гена выбраны для имплантации в матку. Проблемы возникают, если слишком мало или ни один из эмбрионов не имеет правильной версии гена. Исследователи предполагают, что их методика может быть использована для увеличения числа подходящих эмбрионов. Тем не менее, исследование все еще находится на ранней стадии и пока еще не доказано, что оно является безопасным или эффективным, чтобы его можно рассматривать как лечение. Другим важным фактором является этика и закон. Некоторые люди опасаются, что редактирование генов может привести к «дизайнерским детям», где пары используют инструмент для выбора атрибутов, таких как цвет волос или даже интеллект. В настоящее время редактирование генов не может этого сделать. Большинство наших характеристик, особенно нечто сложное, как интеллект, не являются результатом одного единственного, идентифицируемого гена, поэтому не могут быть выбраны таким образом. И вполне вероятно, что даже если лечение редактирования генов станет законным, они будут ограничены медицинскими условиями. Дизайнерские дети в стороне, общество должно рассмотреть, что приемлемо с точки зрения редактирования человеческого генетического материала у эмбрионов. Некоторые люди считают, что этот тип техники «играет в Бога» или является этически неприемлемым, поскольку он включает отбрасывание эмбрионов, которые несут дефектные гены. Другие считают, что нужно рационально использовать научные методы, разработанные нами для устранения причин страданий, таких как наследственные заболевания. Это исследование показывает, что вопросы о том, как мы хотим принимать законы для этого типа техники, становятся актуальными. Пока технологии еще нет, она быстро продвигается вперед. Это исследование показывает, насколько мы близки к тому, чтобы сделать генетическое редактирование человеческих эмбрионов реальностью.