Редактирование генов CRISPR приводит к потере всей хромосомы
В другом длинном ряду исследований, показывающих непредвиденные эффекты редактирования генов, было обнаружено, что инструмент редактирования генов CRISPR-Cas вызывает потерю целых хромосом и геномную нестабильность у мышиных эмбрионов.
Это открытие — еще один гвоздь в крышку гроба для редактирования генов зародышевой линии человека (наследственной) с помощью CRISPR, хотя есть много людей, которые упорно отстаивают этот метод. Это исследование идет по пятам за другим, которое установило, что редактирование человеческих клеток с помощью CRISPR вызывает хромотрипсис, чрезвычайно разрушительную форму геномной перестройки, которая возникает в результате разрушения отдельных хромосом и последующего соединения частей в случайном порядке.
Генетический материал некоторых («эукариотических») микроорганизмов, растений, животных и людей существует в связках, известных как «хромосомы». У организмов, которые размножаются половым путем (растения, животные, люди), две копии каждой хромосомы наследуются, по одной от каждого родителя. Потеря хромосомы приводит к нарушению баланса и функции генов, что приводит к тяжелым наследственным заболеваниям, а также это часто наблюдается при раке. Таким образом, любая процедура, вызывающая потерю хромосом, является плохой новостью, и ее следует избегать.
Оба исследования принадлежат одними и тем же авторам, включая Дэвида Пеллмана из Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы.
Хромотрипсис — это непреднамеренный целевой эффект, то есть он происходит в предполагаемом месте редактирования. Потеря хромосом также является непреднамеренным побочным эффектом процедуры редактирования CRISPR. Это означает, что усилия по более точному нацеливанию редактирования CRISPR не уменьшат вероятность непреднамеренных эффектов такого рода.
Дэвид Пеллман правильно сказал о находке хромотрипсиса: «Вы не можете избавиться от этого, сделав разрез более точным». В своей опубликованной статье Пеллман и его соавторы предупредили, что хромотрипсис — это «токсичность, поражающая мишень, которую можно минимизировать с помощью протоколов манипуляции с клетками или скрининга, но нельзя полностью избежать во многих приложениях по редактированию генома».
Это также относится к обнаружению потери хромосом. Неважно, насколько точным является CRISPR, этот эффект все равно может иметь место. Просто нет способа избежать этого или контролировать его.
Основное беспокойство по поводу хромотрипсиса и потери хромосом в терапевтических условиях заключается в том, что это может привести к раку и наследственному заболеванию у детей пострадавшего пациента. Достаточно одной клетки, чтобы затронуть хромотрипсис или потерю хромосом.
Актуальность редактирования генов в сельском хозяйстве
Оба непредвиденных эффекта (хромотрипсис и потеря хромосом) имеют отношение к редактированию генов сельскохозяйственных животных с использованием процесса манипуляции с эмбрионом. Это позволяет избежать клонирования и, таким образом, обойти хорошо известные риски, связанные с клонированием животных, но вводит вышеупомянутые риски, вызванные редактированием генов. Как и хромотрипсис, потеря хромосом может потенциально привести к раку и другим заболеваниям.
Примером того, как редактирование генов с использованием манипуляций с эмбрионом может пойти не так, как надо, являются эксперименты Элисон Ван Эненнаама с генно-отредактированным рогатым скотом. Ван Эненнаам и его коллеги попытались четко нацелиться на внедрение гена в ДНК эмбрионов крупного рогатого скота, что привело бы к рождению только телят мужского пола. Вместо этого они получили только одного живого теленка, в ДНК которого было встроено семь копий гена, тогда как предполагалось вставить только одну. Два из них были вставлены задом наперед. Кроме того, интегрированные копии гена не были чистыми; то есть была вставлена вся конструкция бактериальной плазмидной ДНК, которая несла ген, определяющий мужской пол, а не только желаемая последовательность генов. Таким образом, программа исследований, которая была предназначена для создания стада, состоящего только из самцов, для мясной промышленности с треском провалилась. Это классическая иллюстрация того, насколько редакторы генов далеки от возможности контролировать то, что они пытаются сделать.
Теперь необходимо провести исследования, чтобы увидеть, происходят ли хромотрипсис и потеря хромосом у генетически отредактированных растений. В настоящее время большинство исследователей используют неадекватные методы скрининга для выявления непредвиденных результатов редактирования генов, что означает, что эти эффекты можно упустить. Полногеномное долгосрочное секвенирование ДНК и длиннореагентную ПЦР следует использовать в комбинации, чтобы гарантировать выявление как можно большего количества генетических ошибок. Затем необходимо изучить их последствия, чтобы убедиться, что они не приводят к нежелательным эффектам, таким как неожиданная токсичность или аллергенность.
Источники:
nature.com/articles/s41467-021-26097-y
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33846636/
wired.com/story/a-crispr-calf-is-born-its-definitely-a-boy/
doi.org/10.1186/s12302-020-00361-2
