Технология редактирования генома CRISPR/Cas9 стала прорывом, обещавшим расцвет генной инженерии. Несмотря на опасения насчет появления в будущем «дизайнерских» детей с геномом, спроектированным по пожеланиям родителей, сегодня она уже позволяет бороться с раком и слепотой, пусть пока и экспериментально. Однако изучение побочных эффектов метода показывает, что, несмотря на успехи в области редактирования генома, эта технология может быть опасна.

Впервые ученые забеспокоились год назад, когда стало известно, что редактирование генома приводит к сотням незапланированных мутаций.

Исследователи секвенировали геном двух мышей, вылеченных от слепоты с помощью CRISPR/Cas9, и еще одной здоровой и не подвергавшейся этой процедуре. Их интересовали возможные мутации, связанные с редактированием, даже изменения в одном-единственном нуклеотиде — молекуле, выступающей в качестве строительного блока ДНК или РНК.

Оказалось, что хотя вызывающий слепоту ген был успешно откорректирован, у прошедших через эту процедуру мышей были выявлены более 1500 однонуклеотидных мутаций и более сотни удалений и вставок более крупных участков. Сами мыши, впрочем, чувствовали себя нормально, никаких проблем со здоровьем исследователи не обнаружили.

Впоследствии, однако, авторам работы не удалось воспроизвести свои результаты. Но их эксперимент положил начало цепочке аналогичных исследований.

Одной из таких работ стало исследование британского генетика Алана Брэдли и его коллег из института Сенгера. Его команда изучила влияние CRISPR/Cas9 на стволовые клетки мышей и эпителиальные клетки сетчатки человека. Результаты были опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

«Это первая систематическая оценка неожиданных последствий, к которым может приводить редактирование генома с помощью CRISPR/Cas9 в терапевтически значимых клетках,

— поясняет он. — Мы выяснили, что изменения ДНК до сих пор серьезно недооценивались».

Изначально исследователи использовали CRISPR/Cas9 для изучения активности генов. А затем обнаружили неожиданный побочный эффект.

«Как только мы осознали масштабы генетических перестроек, мы систематически изучали происходящее, рассматривая разные гены и разные терапевтически значимые линии. И мы выяснили, что во всех них эффект сохраняется», — рассказывает аспирант Майкл Косицки.

Эффекты включали в себя удаления или мутации огромных участков гена в значительном отдалении от редактируемого участка.

Опасность состоит даже не столько в том, что эти мутации могут быть опасными, сколько в том, что стандартное генотипирование не способно выявить эти мутации.

В худшем случае при лечении человека с помощью редактирования генома можно повредить важные гены и нанести здоровью непоправимый вред.

«В клинической практике редактируются миллиарды клеток, и множество различных мутаций создают вероятность того, что одна или несколько отредактированных клеток окажутся поражены, — предупреждают авторы. — Такие поражения могут запустить развитие рака».

Такие непредвиденные побочные эффекты необходимо учитывать, просчитывая риски процедуры редактирования генома, убеждены исследователи.

«Важно, чтобы к использованию генной терапии подходили с осторожностью, — говорит Брэдли. — И внимательно изучали возможные негативные последствия».

«Это исследование впервые оценивает обширность геномных повреждений, возникающих при использовании CRISPR/Cas9. Неизвестно, будет ли затронут геном других клеточных линий таким же образом, но эта работа показывает, что для использования технологии необходимо провести дополнительные исследования», — комментирует профессор Мария Ясин.

Обеспокоенность мутациями клеток сетчатки более чем обоснована — в 2017 году группа офтальмологов из США с помощью редактирования генома смогла исправить генетический дефект, при котором возникает пигментный ретинит, заболевание, нарушающее работу фоторецепторов и приводящее к слепоте.

Они использовали клетки кожи пациента с пигментным ретинитом, чтобы вырастить стволовые клетки, которые тоже несли в себе приводящую к слепоте мутацию. CRISPR позволила успешно «отремонтировать» дефектный ген. На момент проведения исследования эксперименты на людях были запрещены, но, как утверждают сами исследователи, трансплантация здоровых клеток могла бы восстановить утраченное зрение.

В отличие от традиционной пересадки органов такой подход не вызовет отторжения иммунной системой.

Однако, в свете последних данных, он может привести к проблемам со здоровьем даже более ужасным, чем потеря зрения.

Технология редактирования генома CRISPR/Cas9 стала прорывом, обещавшим расцвет генной инженерии. Несмотря на опасения насчет появления в будущем «дизайнерских» детей с геномом, спроектированным по пожеланиям родителей, сегодня она уже позволяет бороться с раком и слепотой, пусть пока и экспериментально. Однако изучение побочных эффектов метода показывает, что, несмотря на успехи в области редактирования генома, эта технология может быть опасна.

Впервые ученые забеспокоились год назад, когда стало известно, что редактирование генома приводит к сотням незапланированных мутаций.

Исследователи секвенировали геном двух мышей, вылеченных от слепоты с помощью CRISPR/Cas9, и еще одной здоровой и не подвергавшейся этой процедуре. Их интересовали возможные мутации, связанные с редактированием, даже изменения в одном-единственном нуклеотиде — молекуле, выступающей в качестве строительного блока ДНК или РНК.

Оказалось, что хотя вызывающий слепоту ген был успешно откорректирован, у прошедших через эту процедуру мышей были выявлены более 1500 однонуклеотидных мутаций и более сотни удалений и вставок более крупных участков. Сами мыши, впрочем, чувствовали себя нормально, никаких проблем со здоровьем исследователи не обнаружили.

Впоследствии, однако, авторам работы не удалось воспроизвести свои результаты. Но их эксперимент положил начало цепочке аналогичных исследований.

Одной из таких работ стало исследование британского генетика Алана Брэдли и его коллег из института Сенгера. Его команда изучила влияние CRISPR/Cas9 на стволовые клетки мышей и эпителиальные клетки сетчатки человека. Результаты были опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

«Это первая систематическая оценка неожиданных последствий, к которым может приводить редактирование генома с помощью CRISPR/Cas9 в терапевтически значимых клетках,

— поясняет он. — Мы выяснили, что изменения ДНК до сих пор серьезно недооценивались».

Изначально исследователи использовали CRISPR/Cas9 для изучения активности генов. А затем обнаружили неожиданный побочный эффект.

«Как только мы осознали масштабы генетических перестроек, мы систематически изучали происходящее, рассматривая разные гены и разные терапевтически значимые линии. И мы выяснили, что во всех них эффект сохраняется», — рассказывает аспирант Майкл Косицки.

Эффекты включали в себя удаления или мутации огромных участков гена в значительном отдалении от редактируемого участка.

Опасность состоит даже не столько в том, что эти мутации могут быть опасными, сколько в том, что стандартное генотипирование не способно выявить эти мутации.

В худшем случае при лечении человека с помощью редактирования генома можно повредить важные гены и нанести здоровью непоправимый вред.

«В клинической практике редактируются миллиарды клеток, и множество различных мутаций создают вероятность того, что одна или несколько отредактированных клеток окажутся поражены, — предупреждают авторы. — Такие поражения могут запустить развитие рака».

Такие непредвиденные побочные эффекты необходимо учитывать, просчитывая риски процедуры редактирования генома, убеждены исследователи.

«Важно, чтобы к использованию генной терапии подходили с осторожностью, — говорит Брэдли. — И внимательно изучали возможные негативные последствия».

«Это исследование впервые оценивает обширность геномных повреждений, возникающих при использовании CRISPR/Cas9. Неизвестно, будет ли затронут геном других клеточных линий таким же образом, но эта работа показывает, что для использования технологии необходимо провести дополнительные исследования», — комментирует профессор Мария Ясин.

Обеспокоенность мутациями клеток сетчатки более чем обоснована — в 2017 году группа офтальмологов из США с помощью редактирования генома смогла исправить генетический дефект, при котором возникает пигментный ретинит, заболевание, нарушающее работу фоторецепторов и приводящее к слепоте.

Они использовали клетки кожи пациента с пигментным ретинитом, чтобы вырастить стволовые клетки, которые тоже несли в себе приводящую к слепоте мутацию. CRISPR позволила успешно «отремонтировать» дефектный ген. На момент проведения исследования эксперименты на людях были запрещены, но, как утверждают сами исследователи, трансплантация здоровых клеток могла бы восстановить утраченное зрение.

В отличие от традиционной пересадки органов такой подход не вызовет отторжения иммунной системой.

Однако, в свете последних данных, он может привести к проблемам со здоровьем даже более ужасным, чем потеря зрения.