Peter Tucker
0 
5179
883
Som en molekylær ninja, skiver genomredigeringsverktøyet CRISPR-Cas9 gjennom ultraspesifikke segmenter av DNA for å kutte ut uønskede biter av genetisk kode. Det er en presis og lovende metode for genetisk redigering som er mye brukt i vitenskapelig forskning. Og forskere håper det en dag kan brukes til å selektivt fjerne gener som resulterer i medisinske problemer som HIV, sigdcellesykdom og kreft.
Dessverre antyder en ny studie publisert i dag (16. juli) i tidsskriftet Nature Biotechnology at denne dagen kan være lengre borte enn forventet - og at CRISPRs sverdforsvar kan føre til mye mer sikkerhetsskader enn tidligere antatt.
Mens de brukte CRISPR for å redigere DNA i både mus- og menneskeavledede celler, fant forfatterne av studien at enorme biter av DNA utilsiktet ble slettet, omorganisert og på annen måte muteret så alvorlig at celler mistet funksjon i omtrent 15 prosent av tilfellene.
Studien gir den mest systematiske og alvorlige beregningen av potensiell genetisk skade forårsaket av CRISPR-manipulering til dags dato, sa studieforfatter Allan Bradley, seniorgruppeleder og direktør emeritus ved Wellcome Sanger Institute i England. Og resultatene kan være grunn til å revurdere teknologiens bruk i kliniske omgivelser inntil videre forskning kan gjøres, sa han.
"CRISPR er ikke så trygg som vi trodde," fortalte Bradley. "DNA-reparasjonsprosessen er ikke 100 prosent idiotsikker, og det kan være problemer som må undersøkes nærmere."
Sprekker koden (åpen)
Når du skildrer DNA, tenker du sannsynligvis på en dobbel helix - en vridd, stigen-lignende sekvens med bokstaver som inneholder din genetiske informasjon. Hver trinn på stigen består av to sammenkoblede nukleotider (bittesmå organiske molekyler) kjent som et basepar. Ditt komplette genom inneholder omtrent 3 milliarder av disse basepar, fordelt på 23 par kromosomer som er til stede i hver celle i kroppen din.
Den nøyaktige rekkefølgen av disse baseparene utgjør din unike genetiske kode. Mutasjoner i denne koden - for eksempel, hvis et basepar mangler eller opp ned - kan føre til at forskjellige gener mister funksjonen, noen ganger kan det føre til genetiske lidelser som cystisk fibrose, hemofili og mange typer kreft.
CRISPR ble designet for å eliminere ultraspesifikke genetiske defekter som disse ved å skjære gjennom målrettede DNA-sekvenser med et skalpellignende enzym kalt Cas9. Etter at Cas9 oppdager DNA på det utnevnte stedet, begynner det segmentet av DNA naturlig å reparere seg selv. Gjennom denne metoden kan problemgener raskt fjernes, og noen ganger kan tilpasning av genetiske sekvenser til og med tilføres bruddstedet før DNAet forsegler seg igjen.
Tidligere studier av CRISPR har ikke vist mange uforutsette genetiske mutasjoner forårsaket av denne presise skivehandlingen, men disse studiene har kanskje ikke sett hardt ut, sa Bradley.
"Konsekvensene av [CRISPR-induserte mutasjoner] kan være bokstavelig talt millioner basepar fra bruddstedet," sa Bradley.
I sin nye studie brukte Bradley og kollegene CRISPR for å redigere en serie mus-avledede stamceller, for deretter å systematisk se på cellernes DNA-basepar og bevege seg lenger og lenger bort fra det kuttede stedet. Gjennom denne omhyggelige tilnærmingen fant forskerne at omtrent 15 prosent av de undersøkte cellene ble mutert så mye at de mistet funksjonen.
"I den enkleste formen er disse mutasjonene sletting av store mengder DNA," sa Bradley (i noen tilfeller manglet tusenvis av DNA-basepar uten å ha blitt manipulert av CRISPR). "Men det er mye mer komplekse versjoner også."
For eksempel, sa Bradley, oppdaget teamet tilfeller der sekvenser med genetisk kode ble "kryptert" eller satt inn i tråden bakover. I noen tilfeller ble lange sekvenser med DNA som burde vært tusenvis av basepar borte utilsiktet sydd inn på CRISPR-kuttet sted. I andre tilfeller ble sekvenser med kode ingen steder i nærheten av det kuttede stedet - noen lokaliserte millioner basepar - borte på lignende måte.
Etter å ha sett på mange forskjellige lokasjoner langs cellens DNA, vendte teamet seg deretter mot andre typer celler, inkludert menneskelige avledede stamceller dyrket i laboratoriet, for å se om skademønsteret ble gjentatt. Observasjonene deres forble konsistente: Cirka 15 prosent av CRISPR-manipulerte celler ble mutet utilsiktet på dramatiske måter.
Et tilfeldig kutt
Til syvende og sist er det vanskelig å estimere de nøyaktige konsekvensene av disse mutasjonene, da forskjellige typer celler bruker forskjellige operasjoner for å reparere sitt DNA.
"Fordi du har en tilfeldig reparasjonsprosess for å bli med på DNA, tror jeg at alt er potensielt mulig når du ser på milliarder av forskjellige hendelser," sa Bradley.
Så, hva betyr dette for fremtidig CRISPR-forskning? Til Bradley skal denne studiens funn ikke diskreditere CRISPR-Cas9 som et lovende genetisk forskningsverktøy, men bør gjøre forskere forsiktige når de tenker på å bruke genredigeringsverktøyet i kliniske omgivelser.
Maria Jasin, en forsker fra Memorial Sloan Kettering Cancer Center som ikke var involvert i studien, var enig. "Denne studien viser at ytterligere forskning og spesifikk testing er nødvendig før CRISPR-Cas9 brukes klinisk," sa Jasin i en uttalelse.