Генетичен дефект, поправен в човешки ембрион

Противоречивото ангажиране в зародишната линия е изненадващо успешно

Успешно поправен: В тези човешки ембриони беше коригиран патогенен генетичен дефект. © Университет за здраве и наука в Орегон
чете на глас

Интервенция в зародишната линия: За първи път изследователите вече са поправили наследствено заболяване в оплодената яйцеклетка. С генните ножици CRISPR / Cas9 те коригираха генен дефект, който причинява наследствено сърдечно заболяване. Ново: техният метод имаше по-висок процент на успех от всички предишни подходи и доведе до по-малко нежелани странични ефекти. Подобна намеса в зародишната линия обаче е силно противоречива - и забранена при нас.

Ремонтът на гени върху оплодени яйцеклетки и ембриони е забранен в много страни - включително Германия. Причината за това: Ако нещо се промени в генетичния материал на тези клетки, тогава това се отразява не само на този човек, но и на всички негови потомци. Следователно подобни интервенции в зародишната линия са силно противоречиви. От друга страна, те предлагат шанса да изкоренят, така да се каже, наследствени заболявания и да защитят следващото поколение от тях.

Геншере го прави възможно

Досега дебатът за интервенционните интервенции остава доста теоретичен, тъй като методите на генното инженерство не са прогресирали достатъчно далеч. Но с ножицата за гени CRISPR / Cas9, поправянето на гени става все по-ефективно и по-безопасно - и по този начин корекцията на гените в човешките ембриони става все по-възможна.

В Китай изследователите многократно са се намесвали в генома на човешките ембриони. Един екип поправи генетичния дефект, който причинява наследственото кръвно заболяване таласемия, друг въведе мутация в генома на ембриона, който трябваше да имунизира клетките срещу ХИВ. Въпреки това, успехът при тези експерименти е нисък и възниква мозаечен ефект: някои клетки на ембриона носят промяна на гена, други не.

Наследствена сърдечна болест като тестов случай

Значително по-успешни бяха Хонг Ма от Университета за здраве и наука в Орегон, Портланд и неговият екип. За първи път те вече поправиха наследствен генетичен дефект в оплодената яйцеклетка - и това с изненадващо малко нежелано неправилно поставяне или рязане на дефекти в генетичния материал. показ

За своя експеримент те използвали сперматозоиди от мъж, страдащ от хипертрофична кардиомиопатия (HCM). Това наследствено сърдечно заболяване засяга един на 500 души и води до сърдечна аритмия, внезапна сърдечна недостатъчност и смърт в млада възраст. В около 40 процента от случаите наследственото заболяване се причинява от мутация в MYBPC3 гена. Тази мутация е доминираща: достатъчно е, ако е мутирано само едно копие на ген, за да предизвика болестта.

Методът: Генната ножица се инжектира заедно със спермата на болния баща в здравата яйцеклетка. Ma Hong Ma et al. / Институт за основни науки

Жанров ремонт вече при оплождане

Всеки изследовател даде сперма от болния донор в здраво яйце. В същото време те инжектираха генната ножица CRISPR / Cas9 и копия на правилния немутиран ДНК код в яйцеклетката. В резултат на това пропастта в празнината вече е била във фазата, в която геномът на спермата и яйцеклетката се сливат заедно. Това би трябвало да предотврати развитието на мозаечни ембриони, както обикновено е при предишните методи.

Друга особеност: Генните ножици изрязват само дефектните четири ДНК бази от генома. Вмъквайки правилната последователност на заместване, изследователите оставиха механизмите за възстановяване на ДНК на клетката. Те са по своята същност предназначени да поправят дефекти в ДНК. За да предоставят шаблон за тази система за ремонт, учените инжектираха ДНК фрагментите с правилната последователност.

Успешен в 42 от 58 ембриони

Резултатът: Генните ножици бяха определили дефектната ДНК последователност на всички ембриони, честотата им на удари е 100 процента, както сочат изследователите. След това самата поправка на ДНК в клетката поправи правилно генния дефект в 42 от 58 ембриони, което съответства на 72, 2 процента. Без генно лечение половината от ембрионите биха имали дефектния ген.

„По-важното е, че всички бластомери имат идентични генотипове, нямаше мозаечни ефекти“, докладват Ма и неговите колеги. ДНК анализът също показа, че в тези 42 клетки няма нежелани промени на ген извън мястото на поправяне. Въпреки интензивните изследвания, изследователите не успяха да демонстрират никакви ефекти извън целта. В почти 28 процента останали клетки обаче имаше такива ефекти.

Ремонтът тръгна по различен начин от очакваното

Изненадващо: възстановяването на гените се случи по различен начин, отколкото очакваха изследователите. Тъй като прясно оплодената яйцеклетка, използвана в почти всички случаи, собствено непокътнато генно копие като модел за нововъведените генни букви. Този механизъм на хомоложния ремонт (HDR) осигурява особено точен ремонт без нежелани грешки. Но в нормалните клетки това почти не се провежда.

От оплодените и ремонтирани яйцеклетки се развиха нормални, здрави ембриони. Университет по здравеопазване и наука в Орегон

В ембриона обаче доминира този по-прецизен механизъм за поправяне. "Тази поразителна разлика предполага, че човешките зародишни клетки и ембриони използват други системи за възстановяване на ДНК - вероятно защото еволюционно е толкова важно да се поддържа генетично правилната зародишна линия", казват Ма и неговите колеги.

Това би било добра новина за бъдещи генни терапии. Очевидно HDR поправката предотвратява страховитите ефекти извън целта и по този начин значително повишава безопасността на поправянето на гени.

„Етичният дебат сега трябва да навакса“

„По този начин нашите резултати демонстрират големия потенциал на генната терапия в ембриона“, казва съавторът Хуан Карлос Изписуа Белмонте от Salk Institute for Biological Studies. "Благодарение на напредъка в генното инженерство и технологията на стволовите клетки, най-накрая можем да започнем да се занимаваме с патогенни мутации, които засягат милиони хора."

Но изследователите също така подчертават, че клиничната употреба на такива генни терапии все още е далеч. „Генната терапия все още е в начален стадий, въпреки че този предварителен тест се оказа безопасен и ефективен“, казва Белмонте. "От изключително значение е да продължим с най-голяма предпазливост, като обръщаме голямо внимание на етичните съображения."

Същото се отнася и за други учени: „С това изследване възможността за генна терапия по зародишната линия се е преместила от бъдещата фантазия към осъществимото“, коментира Питър Брауд от King's College London. „Дебатът за това дали и как да се използват тези методи трябва да се побърза сега, за да се поддържа темпото.“ (Nature, 2017; doi: 10.1038 / nature23305)

(Nature, Salk Institute, Институт за основни науки, University of Health & Science University в Орегон, 3 август 2017 г. - NPO)