Metoda edycji genów CRISPR może prowadzić do niepożądanych mutacji

Technika edycji genów CRISPR-Cas9, uznana za jedno z najpotężniejszych narzędzi nowoczesnej medycyny, może być bardziej ryzykowna niż dotychczas sądzono. Badacze zaobserwowali, że jej stosowanie może prowadzić do wystąpienia setek groźnych mutacji w genomie.

Metoda edycji genów CRISPR-Cas9 miała zrewolucjonizować medycynę. Dzięki niej w stosunkowo łatwy i tani sposób można wycinać, dodawać czy modyfikować poszczególne geny u roślin i zwierząt. Także u człowieka. To właśnie technika CRISPR-Cas9 miała wyeliminować wady genetyczne i przynieść nowe terapie genowe na trapiące naszą cywilizację choroby. Jednak może do tego nie dojść.

Naukowcy z Columbia University Medical Centre pod kierunkiem Stephena Tsanga przeprowadzili obszerne badania organizmu myszy, który został wcześniej poddany edycji genów metodą CRISPR-Cas9. Zaobserwowali oni niepożądane mutacje w obszarach, które nie były związane z edytowanymi genami. CRISPR-Cas9 można precyzyjnie skierować na konkretne fragmenty DNA, ale zmiany mogą wpłynąć także na inne części genomu.

Te mutacje prawdopodobnie zostały pominięte w poprzednich badaniach, ponieważ analizy skupiały się na obserwacji obszarów, których edytowane geny miały dotyczyć. Naukowcy do poszukiwań mutacji używają algorytmów komputerowych.  – Te algorytmy prognozujące wydają się działać zgodnie z zamierzeniem, gdy technika CRISPR-Cas9 jest wykonywana w komórkach lub tkankach. Jednak nie wykorzystano pełnego sekwencjonowania genomu, aby szukać wszystkich efektów nieprzewidzianych mutacji – powiedział zaangażowany w badania Alexander Bassuk z University of Iowa.

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) to system używany przez bakterie do obrony przed wirusami. To taki mechanizm obronny, powtarzająca się sekwencja fragmentów DNA. Zauważona została przez Yoshizumi Ishino pod koniec lat 80. ubiegłego wieku w genomie bakterii Escherichia coli. Mechanizm ten zawiera informacje o DNA wirusów i w połączeniu z enzymem tnącym DNA – endonukleazą Cas9 stanowi system obrony przed wirusami.

Sama metoda CRISPR-Cas9 działa na zasadzie rozpoznawania obcego DNA dzięki mRNA, które odpowiada za przenoszenie informacji genetycznej. Cała sekwencja CRISPR dzielona jest następnie na krótsze kawałki zawierające fragment DNA wirusa oraz sekwencję CRISPR. Na podstawie tej informacji tworzony jest swoisty zapis wirusa, który jest zapamiętywany przez komórkę i wykorzystywany w walce z wirusem. W przypadku infekcji wzorzec atakującego wirusa łączy się z enzymem Cas9 i tnie napastnika na kawałki całkowicie go unieszkodliwiając. Wycięte kawałki są potem dodawane do sekwencji CRISPR, swoistej bazy danych o zagrożeniach.

Wzorce mogą być tworzone przez człowieka dzięki czemu możemy ingerować w geny, podstawiać lub wycinać niebezpieczne fragmenty. Metoda ta jest tańsza i bardziej precyzyjna od wcześniej używanych, jednak, jak się okazuje, jej stosowanie może przynieść odwrotny skutek.

Badacze z zespołu Tsanga przeprowadzili pełną analizę genomu dwóch mysz, u których wycięto gen odpowiedzialny za ślepnięcie. Odkryli, że technika z powodzeniem poprawiła gen, który powoduje ślepotę u myszy, ale spowodowała też ponad 1500 mutacji pojedynczego nukleotydu. Żadna z nich nie została wskazana przez powszechnie używany przez naukowców algorytm komputerowcy służący do wykrywania ubocznych efektów techniki.

– Naukowcy, którzy nie stosują sekwencjonowania całego genomu mogą przegapić potencjalnie istotne mutacje. Nawet zmiana pojedynczego nukleotydu może mieć ogromne znaczenie – powiedział Stephen Tsang.

Co gorsze, o mutacjach zrobiło się głośno już po zastosowaniu tej metody u człowieka. W ubiegłym roku chińscy naukowcy podali choremu na agresywną postać raka płuc zmienione komórki odpornościowe. Więcej na ten temat możne przeczytać w tekście: Metoda edycji genów CRISPR zastosowana u człowieka.

Odkrycie amerykańskich uczonych nie oznacza, że metoda CRISPR-Cas9 nie nadaje się do stosowania. Potrzeba więcej badań, by potwierdzić uzyskane przez badaczy z USA wyniki. Potrzeba też więcej badań nad samą techniką oraz stosowania szerszego obrazu całego genomu. Jednak nie da się ukryć, że niezwykle obiecująca metoda może mieć poważne i długotrwałe efekty uboczne i jej przyszłość stoi pod znakiem zapytania.

 

 

Źródło: Eureka Alert!, Phys.org, Nature Methods, fot. Gabriel Velez/Mahajan Lab