Žmonių genų taisymas jau čia – kodėl tai svarbu

Genų keitimas jau čia. Pirmasis bandymas keisti žmogaus embrionus praeitą savaitę buvo užkariavęs žiniasklaidos antraštes. O kitas tyrimas parodė, kaip genų keitimas gali užkirsti kelią paveldimų ligų perdavimą vaikams.

Kol bus saugu išimti ir pakeisti DNR atkarpas patobulintų kūdikių kūrimui, dar gali tekti palaukti ne vieną dešimtmetį – net jei tai bus laikoma etiškai priimtina. Bet šis būdas jau dabar bandomas, gydant suaugusiuosius ir netrukus gali būti naudojamas įvairiausių negalavimų gydymui.

Tokių galimybių kelias buvo ilgas. Rudimentiniai keitimo metodai buvo sukurti maždaug prieš 30 metų, bet tik dabar technologijos buvo pakankamai suderintos, kad galėtų būti naudojamos žmonių gydymui. Tai atveria duris į naują genomo derinimo ir genetinės medicinos erą.

ŽIV terapija

Po kelių mėnesių, keturios JAV klinikos rinks ŽIV turinčius žmones į terapijos, paremtos genų keitimu, bandymus. ŽIV kenkia, naikindamas imuninės sistemos T-ląsteles. Jis tai atlieka, išnaudodamas ant ląstelių paviršiaus esančius CCR5 receptorius. Sunaikinus CCR5 geną, galima blokuoti infekciją.

Pernai, mokslininkai sunaikino šį geną 12 žmonių T-ląstelėse, naudodami pačių pasigamintą baltymus, vadinamus cinko pirštų nukleazėmis. Tai padidėjo jų atsparumas virusui. Naujasis bandymas tęsiasi, išjungiant geną kamieninėse ląstelėse, virstančiose T-ląstelėmis, taip atveriant galimybę vienos injekcijos, ilgalaikiam gydymui. „Tikslas yra veikiantis vaistas,“ sako John Zaia, iš City of Hope ligoninės Duarte'e, Kalifornijoje.

Šis bandymas nušviečia kelią šio būdo naudojimui ir kitų ligų gydymui. Pavyzdžiui, greitai prasidėsiantys bandymai bus skirti pjautuvinei anemijai, kai pakinta deguonį pernešančio baltymo hemoglobino molekulių forma raudonuosiuose kraujo kūneliuose – eritrocituose.

Tačiau gal būti ir neigiama šio būdo pusė. „Genomo taisymas suteikia tiek didžiules galimybes, tiek ženklią potencialią riziką,“ sako David Liu iš Harvardo universiteto. Beveik visos taisymo technikos gali pakeisti ir tas DNR sekas, kurių keisti nenorėta, pabrėžia jis. „Kai kurios neplanuotos genomo modifikacijos tikriausiai sukels neigiamas biologines pasekmes.“

Bet jeigu galima padidinti šių technologijų saugumą, suaugusiųjų kamieninių ląstelių keitimas veikiausiai susilauks mažiau etinių kliūčių, nei kiti genų modifikavimo pritaikymai.

Paveldėtas pokytis

Kai kurios komandos jau tyrinėja genų keitimo technikos pritaikymą paveldimiems pokyčiams. Praeitą savaitę mokslininkai parodė, kad genų keitimu galima išravėti mutacijas iš mitochondrijų, kurias pelių patelė perduoda savo palikuoniui.

Mitochondrijos ląstelėse kuria energiją ir turi nuosavą DNR, kuri skiriasi nuo esančios ląstelės branduolyje. Mitochondrijų mutacijos gali sukelti nepagydomas ligas.

Anksčiau šiais metais JK uždegė žalią šviesą mitochondrijų keitimo terapijai. Tai „trijų tėvų kūdikių“ kūrimas su donoro sveikomis mitochondrijomis, taip užkertant kelią ligos perdavimui palikuoniams.

Naujas būdas siūlo alternatyvą. Jame naudojama genų keitimo technika, besiremianti sukurtais TALEN baltymais. Šie baltymai gali būti sukuriami taip, kad prisitvirtintų prie pažeistos mitochondrijos DNR ir ją sunaikina. Sveikos mitochondrijos lieka nepažeistos.

Dauguma moterų, turinčių nesveikos mitochondrijos perdavimo riziką, nešioja tiek sveikas, tiek pažeistas mitochondrijas, taigi TALEN gali sumažinti mutavusių mitochondrijų skaičių jų kiaušialąstėse. Žalingas mitochondrijų mutacijų poveikis pasireiškia tik kai jų skaičius peržengia tam tikrą lygį, tad to gali pakakti jos vaikų ir gal net būsimų kartų̃ ligos prevencijai.

Toks genų keitimo naudojimas nėra be grėsmių, įspėja Robertas Lightowlersas iš Newcastle'o universiteto, JK. Neaišku, ar mitochondrijų skaičiaus sumažinimas gali turėti ilgalaikį poveikį, sako jis. Ir nors TALEN baltymas tyrimų metu veikė tik norimas mitochondrijas, jis gali pakenkti, jei net labai mažai jo patektų į branduolį ir pakeistų DNR ten.

Juan Carlos Izpisua Belmonte iš Salko Biologinių tyrimų instituto La Jolla'oje, Kalifornijoje, dirbančios su TALEN komandos narys, sako, kad jie planuoja pradėti tikrinti šios technikos saugumą. „Planuojame panaudoti nuo dirbtinio apvaisinimo likusius ovocitus ir embrionus, kad patikrintume šią technologiją, naudodami žmogaus pavyzdžius.“

Tyrimų perkėlimas į kitą lygį bus kontroversiškas. Praeitą mėnesį grupė mokslininkų paragino paskelbti moratoriumą genų keitimo tyrimams su ląstelėmis, galinčiomis formuoti embrionus. Pareiškimą paskelbė dirbantieji su genų keitimu suaugusiose ląstelėse, nerimaujantys, kad embrionų keitimas gali turėti nenuspėjamą poveikį būsimoms kartoms ir skatins visuomenės prieštaravimą.

Neištirti vandenys

Nepaisydama raginimo stabtelėti, mokslininkų komanda iš Kinijoje praėjusią savaitę pranešė keitusi žmogaus embrionų branduolių DNR.

Šiam darbui naudota CRISPR/Cas9 technika, sukurta per pastaruosius keletą metų. Ji gali labai paspartinti progresą, nes CRISPR yra daug spartesnis už įprastus genų keitimo metodus (žr. „Kaip keisti genus“).

Nepaisant susižavėjimo, dar laukia ilgas kelias, kol CRISPR galės būti naudojamas genetinių ligų ištrynimui iš ateities kartų DNR. Kinų tyrimas parodė daug potencialių problemų. Iš 86 kiaušinėlių, sėkmingai pakeisti buvo vos keturi. O gauti embrionai buvo modifikuotų ir nemodifikuotų ląstelių mozaika.

Taip galėjo nutikti dėl naudotų netinkamų embrionų, kurie susikūrė, kai du spermatozoidai apvaisino tą pačia kiaušialąstę. Komanda sakė naudojusi juos, nes etikos sumetimai neleidžia tyrinėti genų keitimą su normaliais embrionais. Bet tai neapsaugojo tyrimą nuo kritikos.

Sujudimas kyla, kadangi tai yra pirmoji kontroversiškesnių pastangų pakeisti implantavimui skirtų žmogaus embrionų genomą, fazė, sako George'as Annasas iš Bostono universiteto. „Tai tik šio platesnio projekto kontekstas, kad manipuliavimas negyvybingais žmogaus embrionais pereina nuo smalsumo prie potencialiai pavojingų – tiek išsivystysiantiems vaikams, tiek visai visuomenei,“ sako Annasas. Mažiau nerimaujama dėl sukurtų vaikų, kai keičiami mitochondriniai genai, kadangi įmanoma tik ištrinti mutavusias mitochondrijas, o ne jas pakeisti.

Yuet Kan iš Kalifornijos universiteto San Franciske, apibūdina tyrimą kaip klaidinančią reklamą. Juo gydoma liga, beta talasemija, gali būti aptinkama embrionuose dar iki jų implantavimo vykdant dirbtinio apvaisinimo tyrimus. „Nematau jokios embrionų genų keitimo būtinybės,“ sako Kanas, kuris naudoja CRISPR, gydydamas ŽIV.

Nepaisant kontroversijos, bent viena grupė JAV ir keletas Kinijoje, taip pat dirba su žmogaus embrionais. Bet kalbant apie artimoje ateityje vyksiantį ligų gydymą, daugiausia žada metodai, skirti suaugusiesiems. Vienas dalykas aiškus, – genų keitimo džinas tikrai paleistas iš butelio.

Penny Sarchet, Michael Le Page

New Scientist № 3019