» » Редактирование гена эмбриона человека с помощью метода CRISPR приводит к крупномасштабному беспорядку в хромосомах

Редактирование гена эмбриона человека с помощью метода CRISPR приводит к крупномасштабному беспорядку в хромосомах

Редактирование гена эмбриона человека с помощью метода CRISPR приводит к крупномасштабному беспорядку в хромосомах

Опубликованы три научные статьи, в которых авторы рассказывают о крупномасштабных выпадениях генетического материала хромосомы и перестановках ДНК. Выводы ученых, говорится в статье, усиливают опасения по поводу безопасности технологий редактирования генома.

результате серии экспериментов, в которых модификация человеческих эмбрионов проводилась с помощью инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9, ученые установили, что данная технология может вносить значительные и нежелательные изменения в геноме на некотором участке-мишени генома либо вблизи него.

Результаты проведенных исследований были опубликованы в нынешнем месяце на сервере препринтов bioRxiv, однако еще не прошли рецензирование. Вместе с тем, опубликованные статьи дают хорошее представление о том, что, по мнению некоторых ученых, существует недооцененный риск, возникающий при редактировании генома с помощью CRISPR-Cas9. Как показали ранее проведенные эксперименты, данный инструмент редактирования способен вызывать побочные генные мутации на значительном расстоянии от участка-мишени ДНК, однако в недавно проведенных исследованиях были выявлены изменения, которые происходят в соседних с этим участком областях и могут быть не замечены стандартными методами.

«Для нас важнее точные воздействия. Впоследствии их устранить гораздо труднее», — говорит Гаэтан Бурджо (Gaetan Burgio), генетик из Австралийского национального университета в Канберре.

Вероятно, опасения по поводу обеспечения безопасности станут главной темой продолжающихся дебатов о том, могут ли ученые использовать технологии редактирования человеческих эмбрионов для предотвращения генетических заболеваний. Отношение к данной технологии вызывает много вопросов, поскольку с ее помощью создаются необратимые изменения в геноме, которые затем будут передаваться потомкам из поколения в поколение. «Если технологию редактирования эмбрионов человека в репродуктивных целях или редактирования так называемой зародышевой линии можно сравнить с первым полетом человека в космос, то полученные новые данные ученых можно уподобить взрыву ракеты на стартовой площадке прямо перед взлетом», — полагает Федор Урнов (Fyodor Urnov) из Калифорнийского университета в Беркли, который занимается изучением редактирования генома (Федор Урнов не участвовал ни в одном из указанных выше исследований).



Нежелательные эффекты

Первые эксперименты с использованием CRISPR для редактирования человеческих эмбрионов ученые провели еще в 2015 году. С тех пор несколько научных групп в разных странах мира приступили к изучению этой технологии, предназначенной для точного редактирования генов. Однако подобные исследования все еще редки и, как правило, строго регламентированы.

По мнению специалиста в области репродуктивной биологии Мэри Герберт (Mary Herbert) из Ньюкаслского университета (Великобритания), в появившейся недавно научной работе подчеркивается следующее: ученым мало известно о том, каким образом с помощью человеческих эмбрионов происходит починка ДНК, разрезанной с помощью инструментов редактирования генома (это ключевой шаг в редактировании с помощью CRISPR-Cas9). «Нам нужно тщательно разобраться в том, что там происходит, прежде чем мы начнем использовать в ней энзимы, разрезающие ДНК», — добавляет Мэри Герберт.

Первый из препринтов был опубликован в интернете 5 июня специалистом в области биологии развития Кэти Ниакан (Kathy Niakan) из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне и ее коллегами. В своем исследовании ученые использовали CRISPR-Cas9 для создания мутаций в гене POU5F1, который оказывает большое влияние на эмбриональное развитие. Из 18 отредактированных эмбрионов около 22% содержали нежелательные изменения, затрагивающие большие участки ДНК, прилегающие к гену POU5F1. В том числе здесь наблюдалась перестройка участков ДНК и большие делеции нескольких тысяч нуклеотидов ДНК — а это намного больше, чем обычно считается среди ученых, использующих данный подход.

Другая группа исследователей, возглавляемая специалистом по стволовым клеткам биологом Дитером Эгли (Dieter Egli) из Колумбийского университета в городе Нью-Йорке, изучала эмбрионы, продуцированные сперматозоидами, которые вызывают мутацию в гене EYS (эта мутация приводит к слепоте). Ученые попытались исправить данную мутацию с помощью CRISPR-Cas9, однако около половины всех протестированных эмбрионов потеряли большие сегменты своей хромосомы (а в некоторых случаях и всю хромосому), на которой расположен ген EYS.

И, наконец, третья группа ученых, возглавляемая специалистом в области репродуктивной биологии Шухратом Миталиповым (Shoukhrat Mitalipov) из Орегонского университета здоровья и науки в Портленде, изучала эмбрионы, полученные с использованием сперматозоидов-носителей мутации, которая вызывает заболевание сердца. Ученые из этой команды тоже, судя по всему, убедились в том, что редактирование генома затрагивает большие области хромосомы, содержащие измененный ген.

Во всех своих исследованиях ученые использовали эмбрионы только для научных целей, а не для индуцирования беременности. Ведущие авторы этих трех научных исследований, результаты которых отражены в препринтах, отказались подробно обсуждать свою работу с отделом новостей журнала "Nature" до тех пор, пока их статьи не будут опубликованы в рецензируемых журналах.



Непредсказуемая репарация

Все зафиксированные изменения возникают в результате репарации ДНК, которая проводится с помощью инструментов редактирования генома. CRISPR-Cas9 с помощью небольшой цепи РНК направляет фермент Cas9 к сайту (сайт — термин, применяемый к любой небольшой части генома, — прим. перев.) с аналогичной последовательностью. Затем фермент разрезает в этом сайте обе цепочки ДНК, а системы репарации клеток устраняют этот разрыв.

Редактирование происходит как раз во время репарации: чаще всего клетка плотно заделывает этот разрыв с помощью механизма, который способен вставлять или удалять небольшое количество нуклеотидов ДНК; правда, этот механизм работает с ошибками. Если ученые вставляют ДНК-шаблон, то клетка может иногда воспользоваться этой последовательностью для исправления разрыва, что приводит к корректной перезаписи. Однако разрезанная ДНК может также перетасовывать или терять большие фрагменты хромосомы.

В предыдущей работе, где технология CRISPR использовалась на эмбрионах мышей и на других видах человеческих клеток, уже было показано, что редактирование хромосом может вызывать значительные нежелательные эффекты. Но, по мнению Урнова, ученым было важно продемонстрировать свои подходы и на человеческих эмбрионах, поскольку разные типы клеток могут по-разному реагировать на редактирование генома.

Такая перестройка участков ДНК могла оказаться не замеченной во многих экспериментах, в которых ученые обычно пытаются найти примеры нежелательного редактирования, скажем, изменение одного нуклеотида ДНК, либо небольшие вставки или делеции небольших фрагментов нуклеотидов. Однако в недавно проведенных экспериментах специально исследовались именно крупные делеции и хромосомные перестройки вблизи участка-мишени. «И научное сообщество отнесется к полученным результатам еще серьезнее, чем раньше, — говорит Урнов. — Эти результаты вовсе не являются случайностью».



Генетические изменения

Команды ученых, которые проводили три описанные выше исследования, по-разному объяснили механизм, лежащий в основе перестроек внутри ДНК. Так, например, исследовательские коллективы Эгли и Ниакана полагают, что бoльшая часть изменений, наблюдавшихся в эмбрионах, объясняются большими делециями и перестройкой участков ДНК. Однако группа Миталипова заявила, что до 40% обнаруженных изменений были вызваны так называемой генной конверсией, при которой в результате процессов репарации ДНК происходит копирование последовательности из одной хромосомы в паре для починки другой.

Миталипов и его коллеги сообщали об аналогичных результатах еще в 2017 году, однако некоторые ученые скептически отнеслись к тому факту, что генная конверсия часто встречается у эмбрионов. Ученые заметили следующее: во-первых, во время генной конверсии материнские и отцовские хромосомы располагаются не рядом друг с другом, а во-вторых, анализы, используемые командой исследователей для определения генной конверсии, могли выявить и другие хромосомные изменения, включая делеции.

Эгли вместе с коллегами в своем препринте хотели непосредственно экспериментально убедиться в наличии генной конверсии, но не смогли ее обнаружить. Бурджо отмечает, что эксперименты, описываемые в препринте Миталипова, аналогичны тем, которые проводились его исследовательским коллективом в 2017 году. По мнению Джин-Су Ким (Jin-Soo Kim), генетика из Сеульского национального университета и соавтора препринта Миталипова, разрывы ДНК в разных местах хромосомы можно исправить и как-то по-иному — таково, по его мнению, одно из возможных решений вопроса.

04 июль 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Ученые на синхротроне просветили яйца динозавров

Палеонтологам удалось на основе рентгеновской съемки высокого разрешения детально реконструировать в 3D черепа нескольких эмбрионов массоспондилов

Кальмары могут редактировать собственные гены

Кальмары, которых многие из нас любят употреблять в пищу, могут оказаться еще более необычными, чем это считалось ранее. Как оказалось, эти существа из отряда десятируких головоногих моллюсков

Почему китайского ученого, создавшего первых генно-модифицированных детей, посадили за решетку?

Генная инженерия — одно из самых современных направлений науки, а ее совершенствование дает уникальную возможность работать с ДНК человека. Так, ученые уже сегодня способны выключать те или иные

Чем отличаются друг от друга сперматозоиды?

Ученые сравнили геномы обычных клеток и сперматозоидов. Исследователи из Стэнфорда рассказали в журнале Cell, что им открылось после прочтения ДНК сперматозоида человека.Даже не специалист в научных

В Китае обнаружили окаменевшие эмбрионы неизвестных динозавров

В Китае было найдено более 140 окаменевших эмбрионов возрастом более 500 миллионов лет. Группа ученых из Миссурийского университета, возглавляемая Джеймсом Шиффбауэром, обнаружила в Китае окаменевшие

Сперматозоиды

Чем отличаются друг от друга сперматозоиды?
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Существует 50% вероятность того, что мы живем в симуляцииВремя эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?Кого и зачем приносили в жертву Древние Египтяне?Ученые пытаются понять, как могла появиться жизнь на ВенереНа МКС найдено место утечки воздуха. Что дальше?Почему птицы летают клином11 живописных мест на планете, раскрашенных самой осеньюКрупнейшая озоновая дыра зафиксирована над Антарктидой