Инженерия зародышевой линии человека - Human germline engineering

Инженерия зародышевой линии человека это процесс, посредством которогогеном человека редактируется таким образом, что изменение наследуется. Это достигается за счет генетических изменений внутристволовые клетки или репродуктивные клетки, такие как яйцеклетка и сперма. Инженерия зародышевой линии человека - это тип генетической модификации, которая напрямую манипулирует геномом, используя молекулярная инженерия техники.[1] Помимо инженерии зародышевой линии, генетическая модификация может быть применена другим способом - соматической генетической модификацией.[1] Соматическая модификация гена заключается в изменениисоматические клетки, которые представляют собой все клетки тела, не участвующие в воспроизводстве. Хотя соматическая генная терапия действительно изменяет геном клеток-мишеней, эти клетки не находятся в зародышевой линии, поэтому изменения не передаются по наследству и не могут быть переданы следующему поколению.

По соображениям безопасности, этическим и социальным причинам научное сообщество и общественность в целом согласны с тем, что редактирование зародышевой линии - это красная линия, которую нельзя переходить. Использование редактирования зародышевой линии для воспроизводства запрещено законом более чем в 40 странах и обязательным международным договором Совет Европы. Однако в ноябре 2015 года группа китайских ученых применила методику редактирования генов.CRISPR /Cas9 редактировать одноклеточные нежизнеспособные эмбрионы, чтобы увидеть эффективность этого метода. Эта попытка была довольно неудачной; только небольшая часть эмбрионов успешно включала новый генетический материал, а многие эмбрионы содержали большое количество случайных мутаций. Использованные нежизнеспособные эмбрионы содержали дополнительный набор хромосом, что могло быть проблематичным. В 2016 году в Китае было проведено еще одно аналогичное исследование, в котором также использовались нежизнеспособные эмбрионы с дополнительными наборами хромосом. Это исследование показало очень похожие результаты на первое; Были успешные интеграции желаемого гена, но большинство попыток провалились или приводили к нежелательным мутациям.

Самый последний и, возможно, самый успешный эксперимент в августе 2017 года попытался исправить гетерозиготныйMYBPC3 мутация, связанная сгипертрофическая кардиомиопатия в человеческих эмбрионах с точным нацеливанием CRISPR – Cas9.[2] 52% человеческих эмбрионов были успешно отредактированы, чтобы сохранить толькодикого типа нормальная копия гена MYBPC3, остальные эмбрионы былимозаика, где некоторые ячейки взигота содержали нормальную копию гена, а некоторые содержали мутацию.

В ноябре 2018 г.Хэ Цзянькуй утверждал, что он создал первых человеческих генетически отредактированных младенцев, известных под своими псевдонимами,Лулу и Нана. В мае 2019 года китайские юристы сообщили, что в свете предполагаемого создания Хэ Цзянькуй первых людей, подвергнутых редактированию генов, разработка правил, согласно которым любой, кто манипулирует геномом человека с помощью методов редактирования генов, таких как CRISPR, будет нести ответственность за любые связанные с этим неблагоприятные последствия.[3]

CRISPR-cas9

Редактирование генома - это группа технологий, которые дают ученым возможность изменять ДНК организма. Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в определенных местах генома. Было разработано несколько подходов к редактированию генома. CRISPR-Cas9, сокращенно от сгруппированных коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами и ассоциированного с CRISPR белка 9, на сегодняшний день является наиболее эффективным методом редактирования генов.

Система CRISPR-Cas9 состоит из двух ключевых молекул, которые вносят изменения в ДНК. Фермент под названием Cas9, действует как пара «молекулярных ножниц», которые могут разрезать две нити ДНК в определенном месте генома, чтобы затем можно было добавить или удалить определенные части ДНК. Фрагмент РНК, называемый направляющей РНК (гРНК), который состоит из небольшого фрагмента предварительно разработанной последовательности РНК (длиной около 20 оснований), расположенной в более длинном каркасе РНК. Эта часть каркаса связывается с ДНК, а заранее разработанная последовательность «направляет» Cas9 в нужную часть генома. Это гарантирует, что фермент Cas9 разрезает в нужной точке генома.[4]

Направляющая РНК предназначена для поиска и связывания определенной последовательности в ДНК. ГРНК имеет основания РНК, которые комплементарны основаниям целевой последовательности ДНК в геноме. Это означает, что направляющая РНК будет связываться только с целевой последовательностью, а не с другими участками генома. Cas9 следует за направляющей РНК в одно и то же место в последовательности ДНК и делает разрез через обе нити ДНК. На этом этапе клетка распознает, что ДНК повреждена, и пытается ее восстановить.[5] Ученые могут использовать механизм восстановления ДНК для внесения изменений в один или несколько генов в геном интересующей клетки.

Хотя CRISPR / Cas9 можно использовать на людях,[6] он чаще используется учеными в других моделях животных или системах культур клеток, в том числе в экспериментах, чтобы узнать больше о генах, которые могут быть вовлечены в заболевания человека. Клинические испытания проводятся на соматических клетках, но CRISPR может позволить модифицировать ДНК сперматогониальных стволовых клеток. Это могло бы устранить определенные заболевания у человека или, по крайней мере, значительно снизить частоту заболевания, пока оно в конечном итоге не исчезнет из поколения в поколение.[7] Теоретически, выжившие после рака смогут модифицировать свои гены с помощью CRISPR / cas9, чтобы определенные заболевания или мутации не передавались их потомству. Это могло бы устранить предрасположенность человека к раку.[7] Исследователи надеются, что в будущем они смогут использовать эту систему для лечения неизлечимых в настоящее время болезней, полностью изменив геном.

Возможные варианты использования

Берлинский пациент имеет генетическую мутацию в CCR5 ген (который кодирует белок на поверхности белых кровяных телец, нацеленных вирусом ВИЧ), который деактивирует экспрессию CCR5, обеспечивая врожденная устойчивость к ВИЧ. ВИЧ / СПИД является тяжелым бременем болезни и неизлечим (см. Эпидемиология ВИЧ / СПИДа ). Одно из предложений - генетически модифицировать человеческие эмбрионы, чтобы дать людям аллель CCR5 Δ32.

Есть много перспективных применений, таких как лечение генетических заболеваний и расстройств. В случае усовершенствования редактирование соматических генов может обещать помощь больным людям. В первом опубликованном исследовании инженерии зародышевой линии человека исследователи попытались отредактировать HBB ген, который кодирует белок β-глобина человека.[2] Мутации в HBB ген приводит к расстройству β-талассемия, что может быть фатальным.[2] Идеальное редактирование генома у пациентов с такими HBB В результате мутаций будут созданы копии гена, не содержащие никаких мутаций, что позволит эффективно вылечить болезнь. Важность редактирования зародышевой линии будет состоять в том, чтобы передать эту нормальную копию HBB гены для будущих поколений.

Еще одно возможное применение инженерии зародышевой линии человека: евгенический модификации людей, которые могут привести к так называемому "дизайнерские младенцы ". Концепция" дизайнерского малыша "заключается в том, что может быть выбран весь его генетический состав.[8] В крайнем случае люди смогут эффективно создать потомство, которое они хотят, с генотипом по своему выбору. Инженерия зародышевой линии человека не только позволяет выбрать определенные черты, но также позволяет улучшить эти черты.[8] Использование редактирования зародышевой линии человека для отбора и улучшения в настоящее время очень тщательно изучается, и это основная движущая сила попытки запретить инженерию зародышевой линии человека.[9]

Возможность создания зародышевой линии генетических кодов человека станет началом искоренения неизлечимых болезней, таких как ВИЧ / СПИД, серповидно-клеточная анемия и множественные формы рака, которые мы не можем ни остановить, ни вылечить сегодня.[10] Ученые, владеющие технологиями, позволяющими не только искоренить существующие заболевания, но и полностью предотвратить их у плода, принесут целое новое поколение медицинских технологий. Люди и другие млекопитающие получают множество смертельных заболеваний, потому что ученые не нашли методических способов их лечения. Благодаря инженерии зародышевой линии врачи и ученые смогут предотвратить распространение известных и будущих болезней в виде эпидемии.

Состояние исследования

Тема инженерии зародышевой линии человека - широко обсуждаемая тема. Он официально запрещен более чем в 40 странах. В настоящее время 15 из 22 западноевропейских стран объявили разработку зародышевой линии человека вне закона.[11] Модификация зародышевой линии человека в течение многих лет была строго запрещена. В США нет действующего законодательства, прямо запрещающего инженерию зародышевой линии, однако Сводный закон об ассигнованиях от 2016 года запретил использование Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) средства для участия в исследованиях модификаций зародышевой линии человека.[12] В последние годы, когда новое открытие известно как «редактирование генов» или «редактирование генома», появилось много предположений об их использовании в человеческих эмбрионах. В 2014 году было сказано об исследователях в США и Китае, работающих с человеческими эмбрионами. В апреле 2015 года исследовательская группа опубликовала эксперимент, в котором они использовали CRISPR для редактирования гена, связанного с заболеванием крови у неживых человеческих эмбрионов. Все эти эксперименты были крайне неудачными, но инструменты редактирования генов используются в лабораториях.

Ученые, использующие систему CRISPR / cas9 для модификации генетических материалов, столкнулись с проблемами, когда дело доходит до изменений у млекопитающих из-за сложных диплоидных клеток. Были проведены исследования на микроорганизмах в отношении генетического скрининга потери функции, а в некоторых исследованиях использовались мыши в качестве субъектов. Процессы РНК различаются у бактерий и клеток млекопитающих, и ученые столкнулись с трудностями при кодировании транслируемых данных мРНК без вмешательства РНК. Были проведены исследования с использованием нуклеазы cas9, которая использует единственную направляющую РНК, чтобы обеспечить более крупные нокаутные области у мышей, что оказалось успешным.[13] Изменение генетической последовательности млекопитающих также широко обсуждалось, что создало сложный стандарт регулирования FDA для этих исследований.

Отсутствие четкого международного регулирования привело к тому, что исследователи по всему миру пытались создать международную основу этических принципов. В нынешней структуре отсутствуют необходимые договоры между странами для создания механизма международного правоприменения. На первом Международном саммите по редактированию генов человека в декабре 2015 года сотрудничество ученых выпустило первые международные рекомендации по генетическим исследованиям.[14] Эти рекомендации позволяют проводить доклинические исследования по редактированию генетических последовательностей в клетках человека, при условии, что эмбрионы не используются для имплантации беременности. Генетическое изменение соматических клеток для терапевтических целей также считалось этнически приемлемой областью исследований, отчасти из-за отсутствия способности соматических клеток передавать генетический материал последующим поколениям. Однако, ссылаясь на отсутствие общественного согласия и риск неточного редактирования генов, конференция призвала к ограничению любых модификаций зародышевой линии имплантированных эмбрионов, предназначенных для беременности.

В связи с международным протестом в ответ на первый зарегистрированный случай имплантации эмбрионов с отредактированной зародышевой линией человека исследователем Хэ Цзянькуй, ученые продолжили обсуждение наилучшего механизма обеспечения соблюдения международных норм. 13 марта 2019 г. Эрик Лендер, Франсуаза Бейлис, Фэн Чжан, Эммануэль Шарпантье, Пол Берг вместе с другими людьми со всего мира опубликовал призыв к созданию структуры, которая не исключает какого-либо результата, но включает в себя добровольное обязательство стран вместе с координирующим органом для мониторинга применения объявленных странами моратория на редактирование зародышевой линии человека с попыткой чтобы достичь социального консенсуса, прежде чем переходить к дальнейшим исследованиям.[15] Всемирная организация здравоохранения 18 декабря 2018 г. объявил о планах созвать специальный комитет по клиническому редактированию зародышевой линии.[16]

Этические и моральные дебаты

В настоящее время существует много споров вокруг инженерии зародышевой линии человека. Еще в начале истории биотехнология в 1990 году были ученые, выступавшие против попыток изменить человеческое зародышевый используя эти новые инструменты,[17] и такие опасения сохраняются по мере развития технологий.[18][19] С появлением новых техник, таких как CRISPR, в марте 2015 года группа ученых призвала к введению во всем мире моратория на клиническое использование технологий редактирования генов для редактирования человеческий геном способом, который можно унаследовать.[20][21][22][23] В апреле 2015 года исследователи вызвали споры, когда сообщил Результаты фундаментальные исследования редактировать ДНК нежизнеспособных человеческие эмбрионы с использованием CRISPR.[24][25] Комитет американской Национальная Академия Наук и Национальная Медицинская Академия оказал квалифицированную поддержку редактированию генома человека в 2017 г.[26][27] однажды были найдены ответы на проблемы безопасности и эффективности «но только для серьезных условий под строгим контролем».[28]

Редактирование генов человеческих эмбрионов очень отличается и вызывает серьезные социальные и этические проблемы. Научное сообщество и мировое сообщество разделились во мнениях относительно того, следует ли заниматься инженерией зародышевой линии человека или нет. В настоящее время он запрещен во многих ведущих развитых странах и строго регулируется в других из-за этических проблем.[29]

В Американская медицинская ассоциация Совет по этическим и судебным вопросам заявил, что «генетические вмешательства для улучшения характеристик должны считаться допустимыми только в строго ограниченных ситуациях: (1) явная и значимая польза для плода или ребенка; (2) отсутствие компромисса с другими характеристиками или черты; и (3) равный доступ к генетической технологии, независимо от дохода или других социально-экономических характеристик ".[30]

Этические утверждения об инженерии зародышевой линии включают убеждения, что каждый плод имеет право оставаться генетически немодифицированным, что родители имеют право генетически модифицировать свое потомство и что каждый ребенок имеет право родиться без болезней, которые можно предотвратить.[31][32][33] Для родителей генная инженерия может рассматриваться как еще один метод улучшения ребенка, который можно добавить к диете, упражнениям, образованию, тренировкам, косметике и пластической хирургии.[34][35] Другой теоретик утверждает, что моральные соображения ограничивают, но не запрещают инженерию зародышевой линии.[36]

Одна из наиболее важных проблем, связанных с редактированием генома человека, связана с воздействием технологии на будущих людей, чьи гены изменяются без их согласия. Клиническая этика принимает идею о том, что родители почти всегда являются наиболее подходящими суррогатными лицами, принимающими медицинские решения для своих детей, до тех пор, пока дети не разовьют собственную автономию и способность принимать решения. Это основано на предположении, что, за исключением редких случаев, родители могут больше всего терять или получать от решения и в конечном итоге будут принимать решения, отражающие будущие ценности и убеждения их детей. В более широком смысле, мы можем предположить, что родители также являются наиболее подходящими лицами, принимающими решения для своих будущих детей. Хотя есть отдельные сообщения о детях и взрослых, которые не согласны с медицинскими решениями, принятыми родителями во время беременности или в раннем детстве, особенно когда смерть была возможным исходом. Следует отметить, что есть также опубликованные истории пациентов от людей, которые твердо убеждены, что они не хотели бы изменять или устранять свое собственное заболевание, если бы им был предоставлен выбор, и от людей, которые не согласны с медицинскими решениями, принятыми их родителями в детстве.[37]

Другая этическая проблема заключается в принципе «младенцев-конструкторов» или создании людей с «идеальными» или «желательными» качествами. Ведутся споры о том, приемлемо ли это с моральной точки зрения. Такие дебаты варьируются от этического обязательства использовать безопасные и эффективные технологии для предотвращения болезней до того, чтобы каким-то образом увидеть реальную пользу от генетической инвалидности. Есть опасения, что привнесение желаемых черт в определенную часть населения (а не во все население) может вызывают экономическое неравенство («позиционное» благо)[требуется разъяснение ].[38] Однако это не тот случай, если одна и та же желательная черта будет введено на все население (аналогично вакцинам).

Хотя обычно существует столкновение между религией и наукой, тема инженерии зародышевой линии человека показала некоторое единство между этими двумя областями. Было опубликовано несколько религиозных положений относительно инженерии зародышевой линии человека. По их словам, многие считают модификацию зародышевой линии более нравственной, чем альтернативу, которой было бы либо отбрасывание эмбриона, либо рождение больного человека. Основные условия, когда дело доходит до того, является ли это приемлемым с моральной и этической точки зрения, находятся в пределах цели модификации и условий, в которых выполняется проектирование.

Процесс изменения генома человека поднял этические вопросы. Одна из проблем - «эффекты нецелевого действия», большие геномы могут содержать идентичные или гомологичные последовательности ДНК, а ферментный комплекс CRISPR / Cas9 может непреднамеренно расщеплять эти последовательности ДНК, вызывая мутации, которые могут привести к гибели клеток. Мутации могут вызывать включение или выключение важных генов, таких как генетические противораковые механизмы, которые могут ускорить распространение болезни.[37][39][40][41][42]

Другие этические проблемы: непреднамеренное редактирование зародышевой линии человека навсегда, незнание, как одно изменение зародышевой линии человека повлияет на экспрессию остальных генов. Ученый недавно провел для нас подходящую для понимания аналогию в отношении картирования и манипулирования человеческим геномом / зародышевой линией в связи со сценической пьесой: это если у нас есть очень точные описания персонажей (нанесенный на карту геном), и все же мы ( научное сообщество) пока не знают, как персонажи взаимодействуют друг с другом. Другими словами, если кто-то вносит одно изменение в зародышевую линию человека, какой еще каскад изменений мы можем внести? [43] [44]

Еще более этические проблемы могут включать манипуляции с вирусами, передачу генов для использования их в качестве оружия или корпоративную Америку, эксплуатирующую сельскохозяйственные культуры и животных для создания признаков для удовлетворения экономических потребностей, без этических соображений. Хотя методы редактирования генома могут быть довольно недорогим способом достижения генетической модификации, существуют более серьезные проблемы социальной справедливости, которые следует учитывать, особенно вопросы, связанные с справедливым распределением ее благ. Если корпорации могут воспользоваться несправедливым преимуществом и усилить неравенство в случае, если они воспользуются патентным законодательством или другими способами ограничения доступа к ресурсам в связи с редактированием генома; уже ведутся споры в судах, где обсуждаются патенты CRISPR-Cas9 и вопросы доступа.[45]

Генетически модифицированные люди и дизайнерские младенцы

Дальнейшая информация: Дизайнерская малышка

Генетически модифицированный человек имеет генетический состав, который был выбран или изменен, часто для включения определенного гена или для удаления генов, связанных с заболеванием. Этот процесс обычно включает в себя анализ человеческих эмбрионов для выявления генов, связанных с заболеванием, и выбор эмбрионов с желаемой генетической структурой - процесс, известный как предимплантационная генетическая диагностика. Предимплантационная генетическая диагностика (PGD или PIGD) - это процедура, при которой эмбрионы проверяются перед имплантацией. Этот метод используется наряду с экстракорпоральным оплодотворением (ЭКО) для получения эмбрионов для оценки генома - в качестве альтернативы, овоциты могут быть проверены до оплодотворения. Впервые метод был использован в 1989 году.

ПГД используется в первую очередь для отбора эмбрионов для имплантации в случае возможных генетических дефектов, что позволяет идентифицировать мутировавшие или связанные с заболеванием аллели и проводить отбор против них. Это особенно полезно для эмбрионов от родителей, один или оба которых являются носителями наследственного заболевания. ПГД также можно использовать для отбора эмбрионов определенного пола, чаще всего, когда заболевание более тесно связано с одним полом, чем с другим (как в случае Х-сцепленных расстройств, которые чаще встречаются у мужчин, таких как гемофилия) . Младенцы, рожденные с чертами, выбранными после ПГД, иногда считаются младенцами-конструкторами.[46]

Одним из применений ПГД является отбор «братьев и сестер-спасителей», детей, рожденных для трансплантации (органа или группы клеток) брату или сестре с обычно опасным для жизни заболеванием. Братья и сестры-спасители зачатся с помощью ЭКО, а затем проходят скрининг с использованием ПГД для анализа генетического сходства с ребенком, нуждающимся в трансплантации, с целью снижения риска отторжения.

Техника ПГД

Эмбрионы для ПГД получают в результате процедур ЭКО, в которых ооцит искусственно оплодотворяется спермой. Ооциты женщины собирают после контролируемой гиперстимуляции яичников (COH), которая включает лечение бесплодия для индукции образования нескольких ооцитов. После сбора ооцитов их оплодотворяют in vitro, либо во время инкубации с несколькими сперматозоидами в культуре, либо с помощью интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ), когда сперма вводится непосредственно в ооцит.[40] Такие тесты включают амниоцентез, ультразвук и другие доимплантационные генетические диагностические тесты. Эти тесты довольно распространены и надежны, как мы говорим о них сегодня; однако в прошлом, когда они были впервые представлены, они тоже подвергались тщательной проверке.[40] Полученные эмбрионы обычно культивируют в течение 3–6 дней, позволяя им достичь стадии бластомера или бластоцисты. Как только эмбрионы достигают желаемой стадии развития, клетки подвергаются биопсии и генетическому скринингу. Процедура скрининга зависит от характера исследуемого заболевания. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) - это процесс, в котором последовательности ДНК амплифицируются для получения большего количества копий одного и того же сегмента, что позволяет проводить скрининг больших образцов и идентификацию конкретных генов. Этот процесс часто используется при скрининге на моногенные нарушения, такие как муковисцидоз.

Другой метод скрининга, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH), использует флуоресцентные зонды, которые специфически связываются с высоко комплементарными последовательностями на хромосомах, которые затем могут быть идентифицированы с помощью флуоресцентной микроскопии. FISH часто используется при скрининге на хромосомные аномалии, такие как анеуплоидия, что делает его полезным инструментом при скрининге на такие расстройства, как синдром Дауна.[40]

После скрининга эмбрионы с желаемым признаком (или без нежелательного признака, такого как мутация) переносятся в матку матери, а затем им дают развиваться естественным путем.

Споры и исследования Хэ Цзянькуй

Основная статья: Дело Хэ Цзянькуй

25 ноября 2018 г., за два дня до Второго международного саммита по редактированию генома человека в Гонконге, Цзянь-куй ХЭ, китайский исследователь из Южного университета науки и технологий, опубликовал на YouTube видео, в котором объявляется, что он и его коллеги «создали» первых в мире генетически измененных младенцев, Лулу и Нана.

ОН объяснил детали своего эксперимента в своем выступлении на конференции в Гонконге. Он и его команда набрали восемь пар через группу добровольцев по ВИЧ под названием Baihualin (BHL) China League (одна пара позже отказалась от исследования). Все участники-мужчины ВИЧ-положительны, а все участники-женщины ВИЧ-отрицательны. Сперму участников «смывали», чтобы избавиться от ВИЧ, а затем вводили в яйцеклетки, взятые у участниц. Используя сгруппированный короткий палиндромный повтор с регулярными интервалами (CRISPR) -Cas9, метод редактирования генов, они отключили ген под названиемCCR5 в эмбрионах, стремясь закрыть дверной проем для белка, который позволяет ВИЧ проникнуть в клетку и сделать субъектов иммунными к вирусу ВИЧ. Этот процесс привел как минимум к одной успешной беременности и рождению девочек-близнецов. Лулу и Нана. [47][48] Исследователь Альчино Дж. Сильва обнаружил влияние Ген CCR5 влияет на функцию памяти мозга.[49]Основное беспокойство вызывало то, что попытки Хэ Цзянькуя парализовать CCR5, ген белка иммунных клеток, который ВИЧ использует для заражения этих клеток, также внесли «нецелевые» изменения в других геномах девочек. Эти изменения могут вызвать рак или другие проблемы. Он утверждает, что у младенцев нет таких нецелевых мутаций, хотя некоторые ученые скептически относятся к данным, представленным на данный момент.[50]

Люди наследуют две копии CCR5, по одной от каждого родителя. Он выбрал ген в качестве мишени, потому что знал, что около 1% населения Северной Европы рождается с отсутствием в обеих копиях 32 пары оснований, в результате чего усеченный белок не достигает поверхности клетки. Эти люди, известные как CCR5Δ32гомозиготы, выглядят здоровыми и обладают высокой устойчивостью к ВИЧ-инфекции. В эмбрионах команда Хэ разработала CRISPR для разрезания CCR5 по паре оснований на одном конце естественной делеции. Подверженный ошибкам механизм репарации клеток, от которого CRISPR зависит для завершения выключения генов, затем удалил 15 пар оснований в одной из копий гена Лулу, но не удалил ни одной в другой. Ожидается, что с одним нормальным CCR5 у нее не будет защиты от ВИЧ. Нана, согласно данным, которые он представил на слайде на международном саммите по редактированию генома, состоявшемся в ноябре 2018 года в Гонконге, Китай, добавила базы в одну копию CCR5 и удалила из другой, что, вероятно, нанесет вред обоим генам и предоставит ВИЧ. сопротивление.

Он добавил гены для механизма CRISPR почти сразу после того, как каждый эмбрион был создан посредством экстракорпорального оплодотворения, но несколько исследователей, внимательно изучивших слайд, предупреждают, что он, возможно, отредактировал его после того, как эмбрион Наны уже прошел стадию одноклеточной. Это означает, что она может быть генетической «мозаикой», у которой есть несколько незатронутых клеток с нормальным CCR5 - и, в конечном счете, она может не иметь защиты от ВИЧ.

Помимо основных проблем с ВИЧ, изменения генов могли непреднамеренно повлиять на когнитивные функции. В 2016 году исследователи показали, что отключение одного или обоих CCR5 у мышей улучшает их память и познавательные способности. Последующее исследование, которое повредило CCR5 у мышей, показало, что, по сравнению с контрольными животными, мутанты быстрее восстанавливались после инсультов и улучшали двигательные и когнитивные функции после черепно-мозговой травмы. Более позднее исследование, опубликованное в выпуске Cell от 21 февраля, также включало анализ 68 пациентов с инсультом, у которых была одна копия CCR5 с мутацией устойчивости к ВИЧ; он пришел к выводу, что они также улучшили выздоровление.

Ночью 26 ноября 122 китайских ученых выступили с заявлением, в котором резко осудили действия Его Превосходительства как неэтичные. Они заявили, что, хотя CRISPR-Cas не является новой технологией, она сопряжена с серьезными нецелевыми рисками и связанными с этим этическими соображениями, и поэтому не должна использоваться для получения генетически измененных детей. Они описали эксперимент HE как «сумасшедший» и «нанесший серьезный удар по мировой репутации и развитию китайской науки». Комитет по научной этике академических подразделений Китайская Академия Наук опубликовали заявление, в котором заявляют о своем несогласии с любым клиническим использованием редактирования генома человеческих эмбрионов, отмечая, что «теория ненадежна, технология несовершенна, риски неконтролируемы, а этические нормы и правила запрещают такие действия».[51] Китайская инженерная академия опубликовала заявление 28 ноября, в котором призвала ученых улучшить самодисциплину и саморегулирование, а также соблюдать соответствующие этические принципы, законы и постановления. Наконец, Китайская академия медицинских наук опубликовала переписку в The Lancet, в которой говорится, что они «выступают против любых клинических операций по редактированию генома человеческого эмбриона в репродуктивных целях».

Основные исследования влияния

Первая известная публикация исследования редактирования зародышевой линии человека была опубликована группой китайских ученых в апреле 2015 года в журнале «Protein and Cell».[52] Ученые использовали трипроядерные (3PN) зиготы, зиготы, оплодотворенные двумя сперматозоидами и, следовательно, нежизнеспособные, для исследования CRISPR / Cas9 -опосредованное редактирование генов в человеческих клетках, чего раньше никогда не предпринимали. Ученые обнаружили, что пока CRISPR / Cas9 может эффективно расколоть ген β-глобина (HBB), эффективность направленной репарации гомологичной рекомбинации HBB был крайне неэффективен и не давал этого в большинстве испытаний. Возникли такие проблемы, как отщепление от мишени и конкурентная рекомбинация эндогенного дельта-глобина с HBB привело к неожиданной мутации. Результаты исследования показали, что ремонт HBB в эмбрионах происходило преимущественно альтернативными путями. В конце концов, только 4 из 54 зигот несли намеченную генетическую информацию, и даже тогда успешно отредактированные эмбрионы представляли собой мозаику, содержащую предпочтительный генетический код и мутацию. Ученые пришли к выводу, что необходимы дальнейшие усилия для повышения точности и эффективности CRISPER / Cas9 редактирование генов.

В марте 2017 года группа китайских ученых заявила, что в эксперименте отредактировала три нормальных жизнеспособных эмбриона человека из шести.[53] Исследование показало, что CRISPR / Cas9 Его можно эффективно использовать в качестве инструмента редактирования генов в зиготах 2PN человека, которые могут привести к потенциально жизнеспособной беременности в случае имплантации. Ученые использовали инъекцию белка Cas9 в комплексе с соответствующими sgRNA и гомологичными донорами в человеческие эмбрионы. Ученые обнаружили гомологичные изменения, опосредованные рекомбинацией. HBB и G6PD. Ученые также отметили ограничения своего исследования и призвали к дальнейшим исследованиям.

В августе 2017 года группа ученых из Орегона опубликовала статью в Природа журнал с подробным описанием успешного использования CRISPR для устранения мутации, ответственной за врожденный порок сердца.[54] В исследовании рассматривались гетерозиготные MYBPC3 мутация в человеческих эмбрионах. В исследовании заявлено о точных CRISPR / Cas9 и гомологичный ремонт с высокой точностью и точностью. Двухцепочечные разрывы мутантного отцовского аллеля репарировали с использованием гомологичного гена дикого типа. Изменяя стадию клеточного цикла, на которой индуцировался DSB, они смогли избежать мозаицизма, который наблюдался в более ранних аналогичных исследованиях, при расщеплении эмбрионов и достичь большого процента гомозиготных эмбрионов, несущих эмбрионы дикого типа. MYBPC3 ген без признаков непреднамеренных мутаций. Ученые пришли к выводу, что эту технику можно использовать для коррекции мутаций в человеческих эмбрионах. Однако утверждения этого исследования были отвергнуты критиками, которые утверждали, что доказательства в целом неубедительны.

В июне 2018 года группа ученых опубликовала статью в журнале «Nature», в которой указывается на потенциальную связь отредактированных клеток, которые могут стать злокачественными.[55] Ученые сообщили, что редактирование генома CRISPR / Cas9 вызвал ответ на повреждение ДНК, и клеточный цикл остановился. Исследование проводилось на клетках пигментного эпителия сетчатки человека, и использование CRISPR привел к отбору клеток с функциональным p53 путь. Заключение исследования предполагает, что p53 ингибирование может повысить эффективность редактирования зародышевой линии человека и что p53 функция должна быть соблюдена при разработке CRISPR / Cas9 основанная терапия.

В ноябре 2018 года группа китайских ученых опубликовала исследование в журнале «Молекулярная терапия», в котором подробно описывается их использование CRISPR / Cas9 технология для успешного исправления одной ошибочно ошибочной аминокислоты в 16 из 18 попыток у человеческого эмбриона.[56] Необычный уровень точности был достигнут за счет использования системы редактора базовых данных (BE), которая была создана путем слияния дезаминазы с белком dCas9. Система BE эффективно редактирует целевой C в T или G в A без использования донора и без формирования DBS. Исследование было сосредоточено на FBN1 мутация, которая является причиной Синдром Марфана. Исследование доказывает корректирующую ценность генной терапии для FBN1 мутации как в соматических клетках, так и в клетках зародышевой линии. Исследование отличается относительной точностью, которая отличается от прошлых результатов. CRISPR / Cas9 исследования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Сток Дж., Кэмпбелл Дж. (2000-02-03). Engineering the Human Germline: An Exploration of the Science and Ethics of Altering the Genes We Pass to Our Children. Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780195350937.
  2. ^ а б c Cyranoski D, Reardon S (2015). "Chinese scientists genetically modify human embryos". Природа. Дои:10.1038/nature.2015.17378.
  3. ^ Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, Wu J, Lee Y, Suzuki K, Koski A, Ji D, Hayama T, Ahmed R, Darby H, Van Dyken C, Li Y, Kang E, Park AR, Kim D, Kim ST, Gong J, Gu Y, Xu X, Battaglia D, Krieg SA, Lee DM, Wu DH, Wolf DP, Heitner SB, Belmonte JC, Amato P, Kim JS, Kaul S, Mitalipov S (August 2017). "Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos". Природа. 548 (7668): 413–419. Bibcode:2017Natur.548..413M. Дои:10.1038/nature23305. PMID  28783728.
  4. ^ "About Human Germline Gene Editing | Center for Genetics and Society". www.geneticsandsociety.org. Получено 2018-12-05.
  5. ^ Ormond KE, Mortlock DP, Scholes DT, Bombard Y, Brody LC, Faucett WA, et al. (Август 2017 г.). "Human Germline Genome Editing". Американский журнал генетики человека. 101 (2): 167–176. Дои:10.1016/j.ajhg.2017.06.012. ЧВК  5544380. PMID  28777929.
  6. ^ Rodríguez-Rodríguez, Diana Raquel; Ramírez-Solís, Ramiro; Garza-Elizondo, Mario Alberto; Garza-Rodríguez, María De Lourdes; Barrera-Saldaña, Hugo Alberto (April 2019). "Genome editing: A perspective on the application of CRISPR/Cas9 to study human diseases (Review)". Международный журнал молекулярной медицины. 43 (4): 1559–1574. Дои:10.3892/ijmm.2019.4112. ISSN  1791-244X. ЧВК  6414166. PMID  30816503.
  7. ^ а б Katz G, Pitts PJ (November 2017). "Implications of CRISPR-Based Germline Engineering for Cancer Survivors". Therapeutic Innovation & Regulatory Science. 51 (6): 672–682. Дои:10.1177/2168479017723401. PMID  30227096.
  8. ^ а б National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi: 10.17226/24623.
  9. ^ Lock M, Nichter M (2003-09-02). New Horizons in Medical Anthropology: Essays in Honour of Charles Leslie. Рутледж. ISBN  9781134471287.
  10. ^ Lanphier, Edward, et al. “Don't Edit the Human Germ Line.” Nature News, Nature Publishing Group, 12 Mar. 2015, www.nature.com/news/don-t-edit-the-human-germ-line-1.17111
  11. ^ Lanphier E, Urnov F, Haecker SE, Werner M, Smolenski J (March 2015). «Не редактируйте зародышевую линию человека». Природа. 519 (7544): 410–1. Bibcode:2015Натура.519..410л. Дои:10.1038 / 519410a. PMID  25810189.
  12. ^ Cohen IG, Adashi EY (August 2016). "SCIENCE AND REGULATION. The FDA is prohibited from going germline". Наука. 353 (6299): 545–6. Bibcode:2016Sci...353..545C. Дои:10.1126/science.aag2960. PMID  27493171.
  13. ^ Wang, Tim; и другие. (2014). "Genetic screens in human cells using the CRISPR-Cas9 system". Наука. 343 (6166): 80–4. Bibcode:2014Sci...343...80W. Дои:10.1126/science.1246981. ЧВК  3972032. PMID  24336569.
  14. ^ "On Human Gene Editing: International Summit Statement". www8.nationalacademies.org. Получено 2019-04-18.
  15. ^ "Germline gene-editing research needs rules". Природа. 567 (7747): 145. March 2019. Дои:10.1038/d41586-019-00788-5. PMID  30867612.
  16. ^ "WHO | Gene editing". ВОЗ. Получено 2019-04-18.
  17. ^ The Declaration of Inuyama: Human Genome Mapping, Genetic Screening and Gene Therapy. cioms.ch
  18. ^ Smith KR, Chan S, Harris J (October 2012). "Human germline genetic modification: scientific and bioethical perspectives". Archives of Medical Research. 43 (7): 491–513. Дои:10.1016/j.arcmed.2012.09.003. PMID  23072719.
  19. ^ Reardon S (14 February 2017). "US science advisers outline path to genetically modified babies". Природа. Дои:10.1038/nature.2017.21474.
  20. ^ Wade N (19 March 2015). «Ученые добиваются запрета на метод редактирования генома человека». Нью-Йорк Таймс. Получено 20 марта 2015. The biologists writing in Science support continuing laboratory research with the technique, and few if any scientists believe it is ready for clinical use.
  21. ^ Pollack A (3 March 2015). "A Powerful New Way to Edit DNA". Нью-Йорк Таймс. Получено 20 марта 2015.
  22. ^ Baltimore D, Berg P, Botchan M, Carroll D, Charo RA, Church G, Corn JE, Daley GQ, Doudna JA, Fenner M, Greely HT, Jinek M, Martin GS, Penhoet E, Puck J, Sternberg SH, Weissman JS, Yamamoto KR (April 2015). "Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification". Наука. 348 (6230): 36–8. Bibcode:2015Научный ... 348 ... 36Б. Дои:10.1126 / science.aab1028. ЧВК  4394183. PMID  25791083.
  23. ^ Lanphier E, Urnov F, Haecker SE, Werner M, Smolenski J (March 2015). «Не редактируйте зародышевую линию человека». Природа. 519 (7544): 410–1. Bibcode:2015Натура.519..410л. Дои:10.1038 / 519410a. PMID  25810189.
  24. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR / Cas9-опосредованное редактирование генов в трипроядерных зиготах человека". Белки и клетки. 6 (5): 363–372. Дои:10.1007 / s13238-015-0153-5. ЧВК  4417674. PMID  25894090.
  25. ^ Kolata G (23 April 2015). «Китайские ученые редактируют гены эмбрионов человека, вызывая опасения». Нью-Йорк Таймс. Получено 24 апреля 2015.
  26. ^ Harmon A (2017-02-14). "Human Gene Editing Receives Science Panel's Support". Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331. Получено 2017-02-17.
  27. ^ Committee on Human Gene Editing: Scientific, Medical, and Ethical Considerations. "Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance". nationalacademies.org. National Academy of Sciences; Национальная Медицинская Академия. Получено 21 февраля 2017.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  28. ^ "Scientists OK genetically engineering babies". New York Post. Рейтер. 2017-02-14. Получено 2017-02-17.
  29. ^ Krause, Kenneth W. (2017). "Editing the Human Germline: Groundbreaking Science and Mind-Numbing Sentiment". Скептически настроенный исследователь. 41 (6): 29–31.
  30. ^ "Ethical issues related to prenatal genetic testing. The Council on Ethical and Judicial Affairs, American Medical Association". Архив семейной медицины. 3 (7): 633–642. Июль 1994 г. Дои:10.1001/archfami.3.7.633. PMID  7921302.
  31. ^ Powell R, Buchanan A (February 2011). "Breaking evolution's chains: the prospect of deliberate genetic modification in humans". The Journal of Medicine and Philosophy. 36 (1): 6–27. Дои:10.1093/jmp/jhq057. PMID  21228084.
  32. ^ Baylis F, Robert JS (2004). "The inevitability of genetic enhancement technologies". Биоэтика. 18 (1): 1–26. Дои:10.1111/j.1467-8519.2004.00376.x. PMID  15168695.
  33. ^ Evans J (2002). Playing God?: Human Genetic Engineering and the Rationalization of Public Bioethical Debate. Издательство Чикагского университета. ISBN  978-0-226-22262-2.
  34. ^ Gene Therapy and Genetic Engineering. В архиве 3 декабря 2013 г. Wayback Machine The Center for Health Ethics, University of Missouri School of Medicine. 25 апреля 2013 г.
  35. ^ Roco MC, Bainbridge WS (2002). "Converging Technologies for Improving Human Performance: Integrating From the Nanoscale". Журнал исследований наночастиц. 4 (4): 281–295. Bibcode:2002JNR.....4..281R. Дои:10.1023/A:1021152023349. S2CID  136290217.
  36. ^ Allhoff F (March 2005). "Germ-line genetic enhancement and Rawlsian primary goods" (PDF). Kennedy Institute of Ethics Journal. 15 (1): 39–56. CiteSeerX  10.1.1.566.171. Дои:10.1353/ken.2005.0007. PMID  15881795. S2CID  14432440.
  37. ^ а б Ishii T (August 2014). "Potential impact of human mitochondrial replacement on global policy regarding germline gene modification". Репродуктивная биомедицина онлайн. 29 (2): 150–5. Дои:10.1016/j.rbmo.2014.04.001. PMID  24832374.
  38. ^ Human genetic enhancement might soon be possible - but where do we draw the line ?
  39. ^ Cole-Turner, Ronald (2008). Design and Destiny: Jewish and Christian Perspectives on Human Germline Modification. MIT Press. ISBN  9780262533010.
  40. ^ а б c d Stock, Gregory (2003). Redesigning Humans: Choosing Our Genes, Changing Our Future. Houghton Mifflin Harcourt. ISBN  978-0618340835.
  41. ^ "Germ-line gene modification and disease prevention: Some me - ProQuest". search.proquest.com. Получено 2017-06-09.
  42. ^ "A slippery slope to human germline modification - ProQuest". search.proquest.com. Получено 2017-06-09.
  43. ^ Newson, A (2016). "Being Human: The Ethics, Law, and Scientific Progress of Genome Editing". Australian Quarterly. 87 (1): 3.
  44. ^ "Sickle Cell Anemia: Stem Cell Therapy – Donald Kohn". YouTube. California Institute for Regenerative Medicine. Получено 20 февраля 2020.
  45. ^ Newson, A (2016). "Being Human: The Ethics, Law, and Scientific Progress of Genome Editing". Australian Quarterly. 87 (1): 3.
  46. ^ Jin, Shouguang; March 27, University of Florida |; ET, 2015 01:17pm. "Are Tools for Tweaking Embryonic Cells Ethical? (Op-Ed)". Живая наука. Получено 2018-12-05.
  47. ^ Begley, Sharon (28 November 2018). "Amid uproar, Chinese scientist defends creating gene-edited babies". СТАТ Новости.
  48. ^ "复盘贺建奎的人生轨迹：是谁给了他勇气" (на китайском языке). sina.com.cn. 27 ноября 2018 г.. Получено 28 ноября 2018.
  49. ^ "He Jiankui Fired in Wake of CRISPR Babies Investigation". GEN - Genetic Engineering and Biotechnology News. 2019-01-21. Получено 2019-04-18.
  50. ^ "Amid uproar, Chinese scientist defends creating gene-edited babies". СТАТ. 2018-11-28. Получено 2019-04-18.
  51. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR / Cas9-опосредованное редактирование генов в трипроядерных зиготах человека". Белки и клетки. 6 (5): 363–372. Дои:10.1007 / s13238-015-0153-5. ЧВК  4417674. PMID  25894090.
  52. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR / Cas9-опосредованное редактирование генов в трипроядерных зиготах человека". Белки и клетки. 6 (5): 363–372. Дои:10.1007 / s13238-015-0153-5. ЧВК  4417674. PMID  25894090.
  53. ^ Tang L, Zeng Y, Du H, Gong M, Peng J, Zhang B, Lei M, Zhao F, Wang W, Li X, Liu J (June 2017). "CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein". Молекулярная генетика и геномика. 292 (3): 525–533. Дои:10.1007/s00438-017-1299-z. PMID  28251317.
  54. ^ Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, Wu J, Lee Y, Suzuki K, et al. (Август 2017 г.). "Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos". Природа. 548 (7668): 413–419. Bibcode:2017Natur.548..413M. Дои:10.1038/nature23305. PMID  28783728.
  55. ^ Haapaniemi E, Botla S, Persson J, Schmierer B, Taipale J (July 2018). "CRISPR-Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response". Природа Медицина. 24 (7): 927–930. Дои:10.1038/s41591-018-0049-z. HDL:10138/303675. PMID  29892067.
  56. ^ Zeng Y, Li J, Li G, Huang S, Yu W, Zhang Y, Chen D, Chen J, Liu J, Huang X (November 2018). "Correction of the Marfan Syndrome Pathogenic FBN1 Mutation by Base Editing in Human Cells and Heterozygous Embryos". Молекулярная терапия. 26 (11): 2631–2637. Дои:10.1016/j.ymthe.2018.08.007. ЧВК  6224777. PMID  30166242.

дальнейшее чтение