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.

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 pasigamintus baltymus, vadinamus cinko pirštų nukleazėmis. Jų atsparumas virusui padidėjo. Naujasis bandymas tęsiasi, išjungiant geną kamieninėse ląstelėse, virstančiose T-ląstelėmis, taip atveriant galimybę vienos injekcijos ilgalaikiam gydymui. „Tikslas – sukurti veikiantį vaistą“, – sako Johnas Zaia iš „City of Hope“ ligoninės Duarte, 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 gali būti ir neigiama šio būdo pusė. „Genomo taisymas suteikia tiek didžiules galimybes, tiek ženklią potencialią riziką“, – sako Davidas 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“, – mano D.Liu.

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

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 Didžioji Britanija 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 Niukastlo universiteto (Didžioji Britanija). 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.

Juanas Carlosas Izpisua Belmonte iš Salko Biologinių tyrimų instituto La Joloje, Kalifornijoje, su TALEN dirbančios 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.

Nepaisydama raginimo stabtelėti, mokslininkų komanda iš Kinijos 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.

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 buvo pakeisti 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 tyrimo nuo kritikos.

Sujudimas kyla, kadangi tai yra pirmoji kontroversiškų 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 G.Annasas. Mažiau nerimaujama dėl sukurtų vaikų, kai keičiami mitochondriniai genai, kadangi įmanoma tik ištrinti mutavusias mitochondrijas, o ne jas pakeisti.

Yuetas Kanas 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 Y.Kanas, kuris naudoja CRISPR, gydydamas ŽIV.

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

Naudojant TALEN arba cinko pirštų genų keitimo techniką reikia sukurti baltymus, prisitvirtinančius prie DNR, kurią norima pakeisti.

CRISPR atveju, tereikia norimą DNR atitinkančios RNR. Jų gamyba trunka kelias dienas, tačiau specialiai pritaikytų baltymų kūrimas gali trukti kelerius metus.

Tai lengvoji dalis – fermentai nukerpa pasirinktą DNR.

Ląstelės pataiso bet kurią iškirptą DNR atkarpą, naudodamos artimiausią tinkamą DNR kaip šabloną. Taigi, pateikus DNR šabloną, galima įtikinti ląsteles atlikti reikiamus pakitimus.

Pliusai: Gali būti naudojamas įvairiausių ligų ir sutrikimų gydymui

Minusai: Gali paversti ląsteles vėžinėmis, jei pakeičiama ne ta DNR seka

Pliusai: Galima užkirsti kelią mitochondrijų ligoms ir be donoro

Minusai: Poveikis paveldimas, todėl etiškai kontroversiškas

Pliusai: Gali užkirsti kelią daugeliui genetinių ligų

Minusai: Neištirti etiniai ir moksliniai vandenys; gydymas tebėra tolimos perspektyvos klausimas