Сохранить изменения?

Ученые впервые успешно отредактировали человеческий эмбрион

Изображение: Perception7 / Фотодом / Shutterstock
Изображение: Perception7 / Фотодом / Shutterstock

Генетики из США, Китая и Южной Кореи впервые успешно отредактировали геном человеческого эмбриона на ранней стадии развития, устранив генетическую «поломку», вызывающую опасное заболевание сердца. Результаты их работы опубликованы в среду в журнале Nature.

О результатах ученых ранее сообщал MIT Technology Review со ссылкой на «людей, знакомых с результатами исследования». Это первое исследование такого рода в США после выхода рекомендаций Американской академии наук о редактировании генома человека (один из соавторов, Ицписуа Бельмонте, входил в состав комиссии, подготовившей эти рекомендации).

В новом исследовании ученые «чинили» мутацию в гене MYBPC3 на 11-й хромосоме, на которую приходится около 40% всех случаев наследственной гипертрофической кардиомиопатии. Гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) — одно из более чем 10 тысяч наследственных заболеваний, вызываемых «поломкой» в одном гене. На данный момент заболевание, которое встречается примерно у одного из 500 человек, неизлечимо: оно проявляется только у взрослых и может стать причиной остановки сердца и смерти у внешне здоровых молодых людей.

Изображение: Npatchett at English Wikipedia / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Группа Шухрата Миталипова из Орегонского университета здравоохранения работала с донорскими яйцеклетками 12 здоровых женщин и донорской спермой одного мужчины, имеющего мутацию гена MYBPC3. Сначала они проверяли точность и эффективность работы системы CRISPR-Cas9 на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, а затем использовали лучшие варианты на зиготах.

Если не предпринимать никаких действий, шанс унаследовать здоровую копию гена для эмбриона составляет 50% (ошибочную копию гена несет каждый второй сперматозоид). В то же время с помощью CRISPR-Cas9 ученым удалось получить 42 здоровых эмбриона из 58 (72,4%). В оставшихся 16 эмбрионов генетические «ножницы» привели к появлению нежелательных вставок или вырезанных фрагментов ДНК.

«Это статистически значимая разница, которая свидетельствует о том, что почти в половине зигот с мутацией произошло редактирование. Если бы гипотетическая пара, в которой один или оба партнера имеют ГКМ, решила бы завести ребенка и хотела бы, чтобы он не имел этой болезни, то применение редактирования существенно повысило бы вероятность получения желаемого эмбриона», — пояснил «Чердаку» Константин Северинов, профессор Сколтеха и Университета Ратгерса (США), заведующий лабораториями Института молекулярной генетики и Института биологии гена РАН.

«Мы получили больше здоровых эмбрионов [чем в контрольной группе], но пока их не 100%, так что, я думаю, у нас есть возможность улучшить этот результат. Мы можем добиться эффективности в 90−100%», — сказал Миталипов на пресс-конференции во вторник.

В отличие от предыдущих, крайне неточных, работ китайских ученых группа Миталипова вводила генетические «ножницы» Cas9 с образцом РНК одновременно со сперматозоидом, а не позже — таким образом им удалось избежать мозаичности эмбриона, когда часть его клеток все же получают неотредактированную ДНК.

Зиготы с пронуклеусами. Фото: OHSU

Северинов добавил, что в более ранних опытах по редактированию эмбрионов белок-редактор работал недостаточно точно: кроме редактирования нужного места во многих эмбрионах обнаруживались нежелательные мутации. В данной работе такого нецелевого редактирования не наблюдалось.

«Возможно, авторам просто повезло, и их гидовая РНК оказалась менее склонной к узнаванию „неправильных“ мест. Кроме того, большое влияние на повышение точности сыграл способ, которым вводился редактор», — сказал Северинов.

Нергес Винблад и Фредрик Ланнер из Каролинского института в Швеции в комментарии к научной статье поясняют, что после надреза, сделанного Cas9, ДНК может восстанавливаться двумя способами. В одном случае используются случайные вставки нуклеотидов (этот способ называется NHEJ, негомологичное соединение концов), в другом ДНК копируется с образца синтетической РНК, принесенной вместе с системой CRISPR, или второй, здоровой копии гена (это HDR, гомологичная рекомбинация).

Как выяснилось, почти все зиготы использовали именно второй, более предпочтительный способ, копируя при этом вторую копию своего же гена, — синтетическим образцом «воспользовался» лишь один эмбрион. Это довольно неожиданный результат — так не ведут себя ни эмбрионы других видов, ни соматические, то есть взрослые неполовые, клетки и причины этого еще предстоит изучить.

«Редактированные эмбрионы развивались аналогично контрольным, и 50% достигли ранней стадии развития бластоцисты, когда эмбрионы уже имеют клетки разных типов. Это говорит о том, что редактирование генов не мешает развитию эмбриона», — отмечают ученые в комментарии.

Бластоцисты. Фото: OHSU

Авторы нового исследования подчеркивают, что редактирование ДНК с помощью CRISPR-Cas9 в сочетании с экстракорпоральным оплодотворением и предимплантационной генетической диагностикой в теории могут помочь справиться и с другими генетическими болезнями. Однако, по их словам, прежде чем переходить к клиническим испытаниям этой технологии, ее нужно «оптимизировать». Помимо этого, ученых интересуют и другие мутации в генах, вызывающие кардиомиопатию, а также печально известные гены BRCA, мутации которых вызывают рак груди.

«В дальнейшем мы можем заняться и гомозиготными мутациями [когда повреждены обе копии гена]. В этом случае ситуация сложнее, потому что нет здорового образца, с которого можно было бы копировать ген после использования CRISPR-Cas9. Нам придется очень много поработать над тем, чтобы заставить эмбрионы использовать внешние образцы», — сказал на пресс-конференции Миталипов.

По мнению Северинова, теперь важно показать, насколько разработанная процедура применима как для других вариантов этого же гена, так и для других генов, ответственных за различные моногенные болезни.

«С неизбежностью в относительно недалеком будущем будет проведено редактирование и ЭКО, в результате которого родятся детишки. Избежать этого невозможно: слишком много людей, которые хотят иметь здоровых детей и для которых такого рода процедуры — единственная возможность осуществить это желание», — заключил ученый.

Ольга Добровидова
Теги:

Читать еще на Чердаке: