Noile tehnici de editare genetică permit modificarea precisă a genelor în embrioni umani
Un studiu realizat de cercetători de la Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons a descoperit că noile tehnici de vârf pot edita cu precizie gene în embrioni umani, oferind instrumente esențiale pentru înțelegerea dezvoltării normale a acestora, dar a evidențiat și riscuri importante care impun restricții asupra utilizării acestor tehnici în clinică.
Editarea genomului este o tehnică fundamentală pentru cercetători care doresc să înțeleagă structura genetică. Editarea genelor în embrioni umani ne ajută să elucidăm pașii inițiali ai dezvoltării umane. Embrionii umani timpurii acumulează o cantitate surprinzătoare de daune ADN pe măsură ce cresc, iar majoritatea embrionilor obținuți prin fertilizare in vitro (IVF) își opresc dezvoltarea în primele zile.
Prin introducerea unor astfel de daune folosind tehnici de editare, începem să înțelegem cum gestionează embrionii umani daunele din genomurile lor. Pe termen lung, sperăm să descoperim metode de prevenire a anomaliilor genetice și de dezvoltare în timpul IVF, pentru a crea tratamente de fertilitate mai eficiente, mai sigure și mai accesibile.
Dieter Egli, liderul studiului și profesor asociat de biologie celulară de dezvoltare, a declarat că echipa sa a folosit editarea de bază, o tehnică mai meticuloasă decât cele anterioare, pentru a modifica litere individuale din ADN-ul embrionilor umani unicelulari. Aceștia au urmărit dezvoltarea fiecărui embrion timp de 6-7 zile (o etapă în care embrionii IVF pot fi implantați) pentru a verifica dacă editarea a fost realizată corect și dacă a fost transmisă tuturor celulelor embrionului. În mod remarcabil, în unele experimente, editarea a avut o rată de succes de 100%, iar dezvoltarea a fost aparent normală.
Cu toate acestea, editarea a generat uneori modificări imprevizibile și nu este sigură pentru utilizare clinică. Editarea embrionilor umani are potențialul de a oferi persoanelor care poartă mutații cauzatoare de boli o oportunitate de a avea copii sănătoși prin IVF. „Dar, având în vedere descoperirile noastre, în prezent nu este posibil să se facă acest lucru în siguranță”, a subliniat Egli.
„Ca om de știință, primul obiectiv este să descoperim noi cunoștințe, care sperăm că vor conduce la noi modalități de a ajuta oamenii. Dar identificarea riscurilor este la fel de importantă, deoarece stabilește limitele pentru utilizarea semnificativă a unei tehnologii puternice. Cred că studiul nostru va descuraja utilizarea inadecvată a acestor tehnici în clinică, deoarece demonstrăm clar riscurile”, a adăugat el.
Embrionii umani sunt dificili de editat cu precizie. Cu aproximativ 10 ani în urmă, laboratorul lui Egli a încercat prima dată să folosească CRISPR – o tehnică relativ nouă – pentru a edita o genă în embrioni umani timpurii. CRISPR funcționează ca o pereche de foarfece pentru a tăia ambele fire ale ADN-ului unei celule pentru a insera o nouă secvență. După tăiere, CRISPR se bazează pe celulă pentru a lipi capetele rupte împreună.
Egli a fost sceptic că CRISPR va funcționa, deoarece laboratorul său a constatat că embrionii umani, de obicei, nu reușesc să repare corect rupturile ADN-ului cu două fire. Așa că, atunci când echipa sa a încercat CRISPR pentru a edita embrioni umani, majoritatea încercărilor au eșuat, ducând la ștergerea unor secțiuni mari de cromozomi și chiar a întregilor cromozomi pe măsură ce dezvoltarea a progresat.
Editarea de bază este o abordare mai bună, dar totuși cauzează daune neintenționate. În ultimii ani, cercetătorii au dezvoltat editoare genetice de generație următoare care sunt mai blânde cu ADN-ul. Aceste noi editoare de bază funcționează mai degrabă ca un creion cu radieră, eliminând o literă dintr-un singur fir al ADN-ului și înlocuind-o cu alta. În noul studiu, echipa de la Columbia a colaborat cu o echipă internațională și a încercat editarea de bază pentru a corecta mutații de ADN de o literă în trei gene. O genă, numită PCSK9, este asociată cu colesterolul ridicat și bolile cardiovasculare. Celelalte două gene, HBG1 și HBG2, sunt implicate în producția de hemoglobină și, atunci când sunt mutate, pot provoca tulburări sanguine precum anemia falciformă și beta-talasemia.
Când a fost efectuată pe ovule fertilizate înainte de prima diviziune celulară, editarea de bază a modificat cu succes genomul, iar modificările au persistat în 100% dintre celulele fiice ale embrionului rezultat. Cu toate acestea, cercetătorii au descoperit că editarea de bază a generat, de asemenea, o serie de alte modificări în modele imprevizibile. Au apărut ștergeri cromozomiale mari, deși cu o frecvență mult mai mică decât în cazul CRISPR. „Acest lucru ne spune ceva despre modul în care tipul de daune ADN cauzat de editoarele de bază este reparat sau eșuează să fie reparat de celulă”, a declarat Egli.
Editorul de bază a făcut, de asemenea, modificări în anumite site-uri suplimentare din genom pe măsură ce embrionul s-a dezvoltat, inclusiv în apropierea modificării intenționate, rezultând embrioni cu un mozaic de modificări genetice. Când mozaicismul apare natural, impactul asupra embrionului variază. „Mozaicismul creează o gamă de posibilități, făcând imposibilă prezicerea rezultatelor, ceea ce împiedică aplicarea semnificativă pentru utilizare în clinică”, a precizat Egli.
În plus, atunci când mARN-ul unor editoare de bază a fost prezent în cantități mari în embrioni, aceștia nu au reușit să se dezvolte, identificând un alt risc important care ar trebui să fie pe deplin înțeles și evitat pentru ca editarea să devină posibilă.
Egli consideră că există totuși promisiune pe termen lung în editarea genelor embrionilor umani pentru a ajuta persoanele care altfel nu ar putea avea un copil sănătos. „Ar fi mult mai eficient să edităm genele cauzatoare de boli în embrioni decât să aplicăm editarea genelor mai târziu, când mutația s-a amplificat în miliarde de celule și boala s-a manifestat deja”, a subliniat el.
Problemele cu editarea de bază care împiedică utilizarea clinică nu vor fi ușor de rezolvat. „Prin natura lor, pentru a edita o genă, trebuie mai întâi să provocăm daune ADN-ului”, a explicat Stepan Jerabek, un cercetător științific din laboratorul lui Egli și autor principal al studiului. Această potențială de a provoca daune este, de asemenea, ceea ce conferă riscul. „Când alte tehnologii fără acest risc sunt disponibile pentru a preveni bolile, editarea genelor nu este metoda preferată”, a adăugat Egli.
În laborator, noile tehnici vor ajuta cercetătorii să înțeleagă mecanismele biologice care stau la baza celor mai timpurii zile ale dezvoltării umane. Laboratorul Egli va folosi editarea de bază pentru a învăța mai multe despre impactul daunelor ADN în timpul embriogenezei, ceea
