Vlad Krasen
0 
2391
300
Ligesom en molekylær ninja skærer genomredigeringsværktøjet CRISPR-Cas9 gennem ultraspecifikke segmenter af DNA for at skære uønskede biter af genetisk kode. Det er en præcis og lovende metode til genetisk redigering, der er vidt brugt i videnskabelig forskning. Og videnskabsmænd håber, at det en dag kan bruges til selektivt at fjerne gener, der resulterer i medicinske problemer som HIV, seglcellesygdom og kræft.
Desværre antyder en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i dag (16. juli) i tidsskriftet Nature Biotechnology, at denne dag kan være længere væk end forventet - og at CRISPRs cellulære sværdforsvar kan resultere i meget mere sikkerhedsskader end tidligere antaget.
Mens de anvendte CRISPR til at redigere DNA'et i både mus- og human-afledte celler, fandt undersøgelsesforfatterne, at enorme bunker af DNA blev utilsigtet slettet, omarrangeret og på anden måde muteret så alvorligt, at celler mistede funktion i ca. 15 procent af tilfældene.
Undersøgelsen giver den mest systematiske og alvorlige beregning af den potentielle genetiske skade, der hidtil er forårsaget af CRISPR-manipulation, sagde undersøgelsesforfatter Allan Bradley, en ledende gruppeleder og direktør emeritus ved Wellcome Sanger Institute i England. Og resultaterne kan være grund til at genoverveje teknologiens brug i kliniske omgivelser, indtil yderligere forskning kan udføres, sagde han.
"CRISPR er ikke så sikker, som vi troede," fortalte Bradley. "DNA-reparationsprocessen er ikke 100 procent idiotsikker, og der kan være problemer, der skal undersøges nærmere."
Knæk i koden (åben)
Når du forestiller dig DNA, tænker du sandsynligvis på en dobbelt helix - en snoet, stigen-lignende række af bogstaver, der bærer dine genetiske oplysninger. Hver stige af stigen består af to bundne nukleotider (små organiske molekyler) kendt som et basepar. Dit komplette genom indeholder omkring 3 milliarder af disse basepar, fordelt på 23 par kromosomer, der er til stede i hver celle i din krop.
Den nøjagtige rækkefølge af disse basepar udgør din unikke genetiske kode. Mutationer i denne kode - siger, hvis et basepar ikke mangler eller er på hovedet - kan forårsage, at forskellige gener mister deres funktion, undertiden resulterer i genetiske lidelser som cystisk fibrose, hæmofili og mange typer kræft.
CRISPR var designet til at eliminere ultraspecifikke genetiske defekter som disse ved at skære gennem målrettede DNA-sekvenser med et skalpellignende enzym kaldet Cas9. Efter at Cas9 opsamler DNA på det udpegede sted, begynder det segment af DNA naturligt at reparere sig selv. Gennem denne metode kan problemgener hurtigt fjernes, og undertiden kan tilpassede genetiske sekvenser endda tilføjes til brudstedet, inden DNA'et forsegler sig igen.
Tidligere undersøgelser af CRISPR har ikke vist mange uforudsete genetiske mutationer forårsaget af denne nøjagtige skærehandling, men disse studier har muligvis ikke set hårdt nok ud, sagde Bradley.
”Konsekvenserne af [CRISPR-inducerede mutationer] kan være bogstaveligt talt millioner af basepar uden for brudstedet,” sagde Bradley.
I deres nye undersøgelse brugte Bradley og hans kolleger CRISPR til at redigere en række af museafledte stamceller, derefter systematisk kiggede på cellernes DNA-basepar og bevægede sig længere og længere væk fra det udskårne sted. Gennem denne omhyggelige tilgang fandt forskerne, at omtrent 15 procent af de undersøgte celler blev muteret så meget, at de mistede deres funktion.
"I den enkleste form er disse mutationer sletning af store mængder DNA," sagde Bradley (i nogle tilfælde manglede tusinder af DNA-basepar efter at have været manipuleret af CRISPR). "Men der er også meget mere komplekse versioner."
For eksempel, sagde Bradley, holdet opdagede tilfælde, hvor sekvenser af genetisk kode blev "krypteret" eller indsat i strengen bagud. I nogle tilfælde blev lange sekvenser af DNA, der skulle have været tusinder af basepar væk, uforvarende syet ind på CRISPR-skårede sted. I andre tilfælde blev sekvenser af kode intetsteds nær det udskårne sted - nogle placeret millioner af basepar væk - blev lignende muteret.
Efter at have kigget på mange forskellige placeringer langs celleens DNA, vendte teamet sig derefter mod andre typer celler, inklusive menneskelige afledte stamceller dyrket i laboratoriet, for at se, om skademønsteret blev gentaget. Deres observationer forblev konsistente: Cirka 15 procent af CRISPR-manipulerede celler blev ved et uheld muteret på dramatiske måder.
Et tilfældigt snit
I sidste ende er de nøjagtige konsekvenser af disse mutationer vanskelige at estimere, da forskellige typer celler bruger forskellige operationer til at reparere deres DNA.
"Fordi du har en tilfældig reparationsproces for at gå sammen med DNA, tror jeg, alt er potentielt muligt, når du ser på milliarder af forskellige begivenheder," sagde Bradley.
Så hvad betyder dette for fremtidig CRISPR-forskning? For Bradley bør denne undersøgelses resultater ikke miskreditere CRISPR-Cas9 som et lovende genetisk forskningsværktøj, men bør gøre forskere forsigtige, når de overvejer at bruge genredigeringsværktøjet i en klinisk ramme.
Maria Jasin, en forsker fra Memorial Sloan Kettering Cancer Center, der ikke var involveret i undersøgelsen, var enig. "Denne undersøgelse viser, at der er behov for yderligere forskning og specifik test, før CRISPR-Cas9 anvendes klinisk," sagde Jasin i en erklæring.