0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Редактирование генома сопровождается сотнями незапланированных мутаций

Наука

Медицина

Дети-мутанты: чем грозит редактирование генома

Редактирование генома приводит к тысячам незапланированных мутаций

Редактирование генома приводит к тысячам незапланированных мутаций, выяснили британские генетики. Их невозможно выявить при обычном генотипировании, и они могут приводить к развитию рака. Эти данные заставляют по-новому взглянуть на перспективы использования технологии для лечения людей.

Технология редактирования генома CRISPR/Cas9 стала прорывом, обещавшим расцвет генной инженерии. Несмотря на опасения насчет появления в будущем «дизайнерских» детей с геномом, спроектированным по пожеланиям родителей, сегодня она уже позволяет бороться с раком и слепотой, пусть пока и экспериментально. Однако изучение побочных эффектов метода показывает, что, несмотря на успехи в области редактирования генома, эта технология может быть опасна.

Впервые ученые забеспокоились год назад, когда стало известно, что редактирование генома приводит к сотням незапланированных мутаций.

Исследователи секвенировали геном двух мышей, вылеченных от слепоты с помощью CRISPR/Cas9, и еще одной здоровой и не подвергавшейся этой процедуре. Их интересовали возможные мутации, связанные с редактированием, даже изменения в одном-единственном нуклеотиде — молекуле, выступающей в качестве строительного блока ДНК или РНК.

Оказалось, что хотя вызывающий слепоту ген был успешно откорректирован, у прошедших через эту процедуру мышей были выявлены более 1500 однонуклеотидных мутаций и более сотни удалений и вставок более крупных участков. Сами мыши, впрочем, чувствовали себя нормально, никаких проблем со здоровьем исследователи не обнаружили.

Впоследствии, однако, авторам работы не удалось воспроизвести свои результаты. Но их эксперимент положил начало цепочке аналогичных исследований.

Одной из таких работ стало исследование британского генетика Алана Брэдли и его коллег из института Сенгера. Его команда изучила влияние CRISPR/Cas9 на стволовые клетки мышей и эпителиальные клетки сетчатки человека. Результаты были опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

«Это первая систематическая оценка неожиданных последствий, к которым может приводить редактирование генома с помощью CRISPR/Cas9 в терапевтически значимых клетках,

— поясняет он. — Мы выяснили, что изменения ДНК до сих пор серьезно недооценивались».

Изначально исследователи использовали CRISPR/Cas9 для изучения активности генов. А затем обнаружили неожиданный побочный эффект.

«Как только мы осознали масштабы генетических перестроек, мы систематически изучали происходящее, рассматривая разные гены и разные терапевтически значимые линии. И мы выяснили, что во всех них эффект сохраняется», — рассказывает аспирант Майкл Косицки.

Эффекты включали в себя удаления или мутации огромных участков гена в значительном отдалении от редактируемого участка.

Опасность состоит даже не столько в том, что эти мутации могут быть опасными, сколько в том, что стандартное генотипирование не способно выявить эти мутации.

В худшем случае при лечении человека с помощью редактирования генома можно повредить важные гены и нанести здоровью непоправимый вред.

«В клинической практике редактируются миллиарды клеток, и множество различных мутаций создают вероятность того, что одна или несколько отредактированных клеток окажутся поражены, — предупреждают авторы. — Такие поражения могут запустить развитие рака».

Такие непредвиденные побочные эффекты необходимо учитывать, просчитывая риски процедуры редактирования генома, убеждены исследователи.

«Важно, чтобы к использованию генной терапии подходили с осторожностью, — говорит Брэдли. — И внимательно изучали возможные негативные последствия».

«Это исследование впервые оценивает обширность геномных повреждений, возникающих при использовании CRISPR/Cas9. Неизвестно, будет ли затронут геном других клеточных линий таким же образом, но эта работа показывает, что для использования технологии необходимо провести дополнительные исследования», — комментирует профессор Мария Ясин.

Читать еще:  (ClearaSept) КлераСепт Anti-acne гель для умывания, антибактериальный для проблемной кожи, 150мл

Обеспокоенность мутациями клеток сетчатки более чем обоснована — в 2017 году группа офтальмологов из США с помощью редактирования генома смогла исправить генетический дефект, при котором возникает пигментный ретинит, заболевание, нарушающее работу фоторецепторов и приводящее к слепоте.

Они использовали клетки кожи пациента с пигментным ретинитом, чтобы вырастить стволовые клетки, которые тоже несли в себе приводящую к слепоте мутацию. CRISPR позволила успешно «отремонтировать» дефектный ген. На момент проведения исследования эксперименты на людях были запрещены, но, как утверждают сами исследователи, трансплантация здоровых клеток могла бы восстановить утраченное зрение.

В отличие от традиционной пересадки органов такой подход не вызовет отторжения иммунной системой.

Однако, в свете последних данных, он может привести к проблемам со здоровьем даже более ужасным, чем потеря зрения.

Редактирование генома сопровождается сотнями незапланированных мутаций

Редактирование генома сопровождается сотнями незапланированных мутаций

Система редактирования генома CRISPR появилась не так давно и уже считается одним из наиболее перспективных инструментов в молекулярной медицине. Используя ее, ученые собираются редактировать геном человеческих эмбрионов, а также лечить взрослых людей от наследственных заболеваний (например, серповидноклеточной анемии).

Несмотря на то, что исследователи уверяют, что метод совершенствуется и становится все более точным, результаты последних исследований свидетельствуют о том, что использование системы CRISPR-Cas9 гораздо опаснее, чем считалось ранее.

Напомним, что в состав системы входит нуклеаза Cas9, фермент, который может вырезать поврежденный участок ДНК, и молекула РНК, необходимая для восстановления целостности генома в тех местах, где это необходимо. Проще говоря, с помощью системы можно «вынуть» поврежденный фрагмент ДНК и заменить его участком, не несущим мутацию.

Стивен Цанг (Stephen Tsang) из Медицинского центра при Колумбийском университете (Columbia University Medical Centre) поясняет, что подобное редактирование приводит к появлению множества незапланированных мутаций, среди которых как однонуклеотидные мутации, так и мутации затрагивающие некодирующие участки ДНК.

К таким выводам исследователи пришли после того как полностью просеквенировали геном мыши, которая подвергалась процедуре редактирования генома с использованием CRISPR. Они обнаружили мутации и повреждения совершенно не в тех областях ДНК, которые редактировались. Исследователям удалось обнаружить более 1500 однонуклеотидных нежелательных мутаций, а также около сотни крупных делеций (удалений фрагментов генома) и вставок. Ранее полное секвенирование геномов не проводилось и большая часть таких мутаций оставалась незамеченной. Не удавалось предсказать их появление и с помощью специально разработанного для таких целей компьютерного алгоритма.

Впрочем, о том, что метод пока не обладает высокой точностью, стало ясно несколькими годами ранее. В 2015 году о своей попытке отредактировать эмбриональный геном заявили китайские исследователи. Они провели эксперименты на нежизнеспособных эмбрионах, пытаясь починить ген, отвечающий за возникновение серповидно-клеточной анемии. Уже тогда стало ясно, что точность метода невысока – из 89 отредактированных эмбрионов выжили лишь 28, а «починить» дефектный ген удалось лишь в 4 случаях – внедрение правильной копии сопровождалось появлением множества мутаций в тех областях генома, которые не подвергались редактированию.

Впрочем, эксперименты по использованию CRISPR продолжаются – сейчас они активно ведутся в Китае, Великобритании и США. Полученные данные свидетельствуют о том, что CRISPR пока еще не слишком безопасен, а возможные побочные эффекты подобного редактирования могут быть куда более серьезными, чем считалось ранее.

У потомства генетически отредактированного безрогого быка не нашли лишних мутаций

Young et al. / Nature Biotechnology, 2019

Американские ученые проанализировали геномы первого в мире потомства генетически отредактированного быка и не нашли в них следов нецелевого редактирования. Помимо того изменения, которое ученые изначально планировали ввести в геном (мутация, связанная с отсутствием рогов), других мутаций и физиологических отклонений от нормы исследователи не обнаружили. Они рассчитывают, что их данные помогут смягчить суровые нормы проверки, которые сейчас приняты в США для генетически модифицированных животных. Работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.

Читать еще:  Почему сезонная аллергия становится все злее

В 2015 году ученые из Миннесоты и Техаса запустили эксперимент по генетическому редактированию быков. Они хотели внести в их геном мутацию POLLED, которая иногда встречается в дикой природе и связана с отсутствием рогов. Для сельскохозяйственных пород эта мутация могла бы стать ценным приобретением, поскольку рога делают животных более опасными. Сейчас быкам рога удаляют, однако эта процедура считается неприятной для животных; гораздо удобнее и дешевле было бы вывести изначально безрогую породу.

Для редактирования генома быков исследователи выбрали фермент TALEN — это нуклеаза, то есть белок, который наводится на определенный участок в геноме и вносит в него точечный разрыв. Ученые также предоставили клеткам «заплатку» для починки разрыва; в результате должна была получиться копия мутации POLLED, которая отличается от дикого типа как раз вставкой лишних пары сотен нуклеотидов.

Все эти манипуляции исследователи провели с клетками соединительной ткани взрослых быков. Затем забрали у них ядра и перенесли в яйцеклетки коров методом репродуктивного клонирования. Из оплодотворенных яйцеклеток развились и появились на свет пять животных.

Сейчас Эми Янг (Amy Young) и ее коллеги из Калифорнийского университета решили проверить, что на самом деле произошло с геномом отредактированных быков и насколько нововведенная мутация способна передаваться в поколениях. Ученые взяли сперматозоиды одного из генетически отредактированных быков и осеменили ими нескольких самок. В качестве контроля они использовали группу обычных быков и самок той же породы.

У отредактированного быка родилось шестеро детей: одна самка и пятеро самцов. Все они выросли безрогими. Никаких физиологических отклонений и нарушений здоровья у них не обнаружили, кроме одного быка, у которого не опустилось одно яичко. Остальные четверо прошли тестирование по всем ветеринарным стандартам и были признаны потенциальными быками-производителями. Правда, впоследствии их пришлось усыпить, поскольку по американскому законодательству они считаются «неодобренными лекарственными средствами животного происхождения» и не могут быть применены в сельском хозяйстве.

Все коровы, которые принесли потомство от генетически отредактированного быка, были гомозиготами по аллели дикого типа, который обеспечивает их рогами. Ученые подтвердили, что все шесть детенышей были гетерозиготами — несли одну аллель дикого типа и одну мутантную аллель. Но поскольку мутантная аллель доминирует, у всех шестерых не развились рога.

Затем ученые проверили, что генетически модифицированное потомство не оказало влияния на организм своей матерей. У млекопитающих нередко встречается микрохимеризм, когда клетки плода заселяют красный костный мозг матери. Однако в крови коров ни во время, ни после беременности ученым не удалось обнаружить мутантного гена. Таким образом, они подтвердили, что генетическая модификация ни в каком виде не передалась от плодов матерям.

Наконец, исследователи изучили геномы модифицированного потомства. Как и создатели первого поколения отредактированных быков, они не обнаружили в ДНК никаких следов нецелевой активности TALEN, то есть никаких незапланированных мутаций. Зато они обнаружили, что у первого отредактированного быка две аллели мутировали по-разному: в одной удалось воспроизвести мутацию POLLED, а в другой возникла дополнительная вставка. Его дети унаследовали как один, так и другой вариант мутации, и это никак не сказалось на их здоровье.

Авторы работы отмечают, что современные нормы американского законодательства предписывают создателям генетически отредактированных организмов проводить слишком длинные и дорогостоящие проверки. Предполагается, что каждое изменение нужно тестировать в нескольких поколениях. Для сельскохозяйственных животных такие проверки растягиваются на годы: первое поколение от быков, которых отредактировали в 2015 году, удалось получить только сейчас.

В то же время, постепенно накапливаются данные о том, что редактирование не вносит в геном нецелевых мутаций — аналогичные результаты уже получены на овцах и козах. Поэтому исследователи рассчитывают, что их работа позволит успокоить тех, кто волнуется о появлении новых мутаций в генофонде, и поспособствует смягчению существующих требований к созданию генетически модифицированных организмов.

Читать еще:  искусственный интеллект

В последние годы для редактирования генома все чаще используют систему CRISPR/Cas9. Споры о безопасности этого метода еще продолжаются. В 2017 году ученые представили доказательства ее высокой нецелевой активности, а в 2018 году эту статью отозвали из журнала. С тех пор разные исследовательские группы подтвердили ее безопасность — например, на обезьянах — но этого пока недостаточно для того, чтобы CRISPR/Cas9 начали применять для промышленного производства генетически модифицированных организмов.

Новое в блогах

Редактирование генома опасно мутациями

Технология редактирования генома CRISPR-Cas9 не только лечит, но и вызывает сотни незапланированных изменений в геноме, выяснили ученые. Тем не менее они настроены насчет технологии оптимистично — терапии без побочных эффектов не бывает.

Технология редактирования генома CRISPR-Cas9 стала революцией в медицине, дав возможность справляться с генетическими заболеваниями, которые раньше считались неизлечимыми. Несмотря на опасения насчет появления в будущем «дизайнерских» детей с геномом, спроектированным по пожеланиям родителей, сегодня она уже позволяет бороться с раком и слепотой, пусть пока и экспериментально.

Как показывает последнее исследование, опубликованное в журнале Nature Methods, не все так радужно — технология может привнести в геном сотни нежелательных мутаций.

Даже учитывая, что CRISPR способен работать лишь с определенными участками ДНК, он иногда поражает и другие части генома. В большинстве случаев для поиска таких случайно измененных участков используются компьютерные алгоритмы. Они определяют области, которые, скорее всего, окажутся затронуты при редактировании генома.

«Эти прогностические алгоритмы, похоже, хорошо справляются со своей задачей, когда редактирование генома происходит в отдельных клетках или тканях в чашке Петри. Но полное секвенирование генома не производится для поиска дополнительных эффектов у живых животных», — рассказывает профессор педиатрии Александр Бассук, один из авторов исследования.

Технология редактирования генома CRISPR-Cas9 позволяет вырезать и вставлять необходимые участки генома, что дает возможность заменить дефектный ген на здоровый. Ученые секвенировали геном двух мышей, вылеченных от слепоты с помощью редактирования генома, и еще одной здоровой и не подвергавшейся этой процедуре. Их интересовали все возможные мутации, связанные с редактированием, даже изменения в одном-единственном нуклеотиде — молекуле, выступающей в качестве строительного блока ДНК или РНК.

Оказалось, что, хотя вызывающий слепоту ген был успешно откорректирован, у прошедших через эту процедуру мышей были выявлены более 1500 однонуклеотидных мутаций и более сотни удалений и вставок более крупных участков. «Ни одна из этих мутаций ДНК не была предсказана компьютерными алгоритмами», — сообщает команда.

«Мы считаем, что сейчас крайне важно, чтобы научное сообщество рассматривало потенциальную опасность всех незапланированных мутаций, вызванных CRISPR, включая одиночные нуклеотидные мутации и мутации в некодирующих регионах генома, — говорит член команды исследователей доктор Стивен Цанг.

— Мы надеемся, что наши результаты побудят других использовать секвенирование целых геномов в качестве метода для определения всех побочных эффектов метода CRISPR и изучения различных вариантов для поиска наиболее точного и безопасного способа».

Сами мыши, впрочем, чувствовали себя нормально, никаких проблем со здоровьем исследователи не обнаружили. «Мы все еще относимся к CRISPR с оптимизмом, — говорит один из исследователей доктор Махаджан. — Мы врачи и мы знаем, что каждый новый вид терапии имеет потенциальные побочные эффекты. Но мы должны знать и то, что они собой представляют».

В настоящее время исследователи работают над улучшением компонентов системы CRISPR для повышения эффективности редактирования. Сейчас клинические испытания CRISPR идут в Китае, в следующем году они будут запущены в США.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector