Tiga artikel ilmiah telah diterbitkan di mana para penulis melaporkan mengenai kejatuhan besar-besaran bahan genetik kromosom dan penyusunan semula DNA. Penemuan saintis, kata artikel itu, menguatkan kebimbangan mengenai keselamatan teknologi penyuntingan genom.
Hasil daripada serangkaian eksperimen di mana pengubahsuaian embrio manusia dilakukan dengan menggunakan alat penyuntingan gen CRISPR-Cas9, para saintis telah membuktikan bahawa teknologi ini dapat membuat perubahan yang signifikan dan tidak diinginkan dalam genom di atau dekat lokasi sasaran genom.
Hasil penyelidikan tersebut diterbitkan bulan ini di pelayan preprint bioRxiv, tetapi belum dikaji semula. Walau bagaimanapun, artikel yang diterbitkan memberikan petunjuk yang baik bahawa beberapa saintis percaya bahawa terdapat risiko yang terlalu rendah dalam penyuntingan genom dengan CRISPR-Cas9. Eksperimen sebelumnya menunjukkan bahawa alat penyuntingan ini mampu menyebabkan mutasi gen sampingan pada jarak yang cukup jauh dari laman DNA sasaran; namun, kajian terbaru menunjukkan perubahan yang berlaku di kawasan yang berdekatan dengan laman web ini dan mungkin tidak diperhatikan dengan kaedah standard.
Bagi kami, kesan tepat lebih penting. Mereka jauh lebih sukar untuk dihilangkan selepas itu,”kata Gaétan Burgio, ahli genetik di Universiti Nasional Australia di Canberra.
Masalah keselamatan mungkin menjadi topik utama perbahasan yang sedang berlangsung mengenai sama ada saintis dapat menggunakan teknologi penyuntingan embrio manusia untuk mencegah penyakit genetik. Sikap terhadap teknologi ini menimbulkan banyak pertanyaan, kerana menciptakan perubahan yang tidak dapat dipulihkan dalam genom, yang kemudian akan diturunkan kepada keturunan dari generasi ke generasi. "Sekiranya teknologi mengedit embrio manusia untuk tujuan pembiakan atau mengedit apa yang disebut garis kuman dapat dibandingkan dengan penerbangan berawak pertama ke angkasa, maka data baru yang diperoleh para saintis dapat disamakan dengan letupan roket di peluncur tepat sebelum lepas landas," Fyodor Urnov percaya Universiti California, Berkeley,yang sedang mengkaji penyuntingan genom (Fedor Urnov tidak mengambil bahagian dalam kajian di atas).
Kesan yang tidak diingini
Para saintis melakukan eksperimen pertama menggunakan CRISPR untuk menyunting embrio manusia pada tahun 2015. Sejak itu, beberapa kumpulan saintifik di seluruh dunia mula mempelajari teknologi ini untuk penyuntingan gen yang tepat. Walau bagaimanapun, penyelidikan seperti ini masih jarang berlaku dan biasanya sangat terkawal.
Video promosi:
Menurut Mary Herbert, ahli biologi pembiakan di Newcastle University, UK, satu kajian baru-baru ini menyoroti perkara berikut: Para saintis tahu sedikit tentang bagaimana embrio manusia memperbaiki pemotongan DNA dengan alat penyuntingan genom (ini adalah langkah utama dalam mengedit dengan CRISPR-Cas9). "Kita perlu memahami secara mendalam apa yang terjadi di sana sebelum kita mulai menggunakan enzim pemotong DNA di dalamnya," tambah Mary Herbert.
Pra cetak pertama diterbitkan dalam talian pada 5 Jun oleh ahli biologi perkembangan Kathy Niakan dari Francis Crick Institute di London dan rakan-rakannya. Dalam kajian mereka, para penyelidik menggunakan CRISPR-Cas9 untuk membuat mutasi pada gen POU5F1, yang mempunyai pengaruh besar terhadap perkembangan embrio. Daripada 18 embrio yang diedit, kira-kira 22% mengandungi perubahan yang tidak diingini yang mempengaruhi kawasan DNA besar bersebelahan dengan gen POU5F1. Khususnya, terdapat penyusunan semula kawasan DNA dan penghapusan besar beberapa ribu nukleotida DNA - dan ini jauh lebih banyak daripada yang biasanya dipertimbangkan di kalangan saintis yang menggunakan pendekatan ini.
Pasukan penyelidik lain, yang diketuai oleh ahli biologi sel stem Dieter Egli dari Columbia University di New York City, mengkaji embrio yang dihasilkan oleh sperma yang mengubah gen EYS (mutasi ini membawa kepada kebutaan). Para saintis cuba membetulkan mutasi ini menggunakan CRISPR-Cas9, tetapi kira-kira separuh daripada semua embrio yang diuji kehilangan segmen besar kromosom mereka (dan dalam beberapa kes keseluruhan kromosom) di mana gen EYS berada.
Akhirnya, kumpulan saintis ketiga, yang diketuai oleh ahli biologi pembiakan Shoukhrat Mitalipov dari Oregon Health and Science University di Portland, mengkaji embrio yang diperoleh menggunakan sperma yang membawa mutasi yang menyebabkan penyakit jantung. Para saintis dalam pasukan ini juga nampaknya yakin bahawa penyuntingan genom mempengaruhi kawasan kromosom yang besar yang mengandungi gen yang diubah.
Dalam semua penyelidikan mereka, para saintis menggunakan embrio hanya untuk tujuan saintifik, dan bukan untuk mendorong kehamilan. Pengarang utama ketiga kajian ilmiah ini, hasilnya dicerminkan dalam pra-cetak, menolak untuk membincangkan karya mereka secara terperinci dengan jabatan berita jurnal Nature sehingga artikel mereka diterbitkan dalam jurnal yang ditinjau oleh rakan sebaya.
Pembaikan yang tidak dapat diramalkan
Semua perubahan yang tercatat timbul sebagai hasil pembaikan DNA, yang dilakukan dengan menggunakan alat penyuntingan genom. CRISPR-Cas9 menggunakan helai kecil RNA untuk mengarahkan enzim Cas9 ke laman web dengan urutan yang serupa. Enzim kemudian memotong kedua helai DNA di laman web ini, dan sistem pembaikan sel menutup jurang ini.
Penyuntingan berlaku hanya semasa pembaikan: paling kerap sel menutup rapat jurang ini dengan mekanisme yang dapat memasukkan atau membuang sejumlah kecil nukleotida DNA; namun, mekanisme ini berfungsi dengan ralat. Sekiranya saintis memasukkan templat DNA, sel kadang-kadang dapat menggunakan urutan itu untuk memperbaiki jeda, yang menghasilkan penulisan semula yang betul. Walau bagaimanapun, DNA yang dipotong juga dapat mengocok atau kehilangan sebahagian besar kromosom.
Karya sebelumnya yang menggunakan teknologi CRISPR pada embrio tetikus dan jenis sel manusia yang lain telah menunjukkan bahawa penyuntingan kromosom dapat menyebabkan kesan yang tidak diingini yang signifikan. Tetapi, menurut Urnov, penting bagi para saintis untuk menunjukkan pendekatan mereka pada embrio manusia, kerana pelbagai jenis sel dapat bertindak balas secara berbeza terhadap penyuntingan genom.
Penyusunan semula kawasan DNA seperti itu mungkin diabaikan dalam banyak eksperimen, di mana para saintis biasanya berusaha mencari contoh penyuntingan yang tidak diingini, misalnya, perubahan dalam satu nukleotida DNA, atau penyisipan kecil atau penghapusan serpihan nukleotida kecil. Namun, dalam eksperimen baru-baru ini, penghapusan dan penyusunan semula kromosom secara besar-besaran di dekat lokasi sasaran yang disiasat secara khusus. "Dan komuniti saintifik akan mengambil keputusan yang diperoleh dengan lebih serius daripada sebelumnya," kata Urnov. "Hasil ini sama sekali tidak sengaja."
Perubahan genetik
Pasukan penyelidik yang telah melakukan tiga kajian yang dijelaskan di atas telah secara berbeza menjelaskan mekanisme yang mendasari penyusunan semula dalam DNA. Sebagai contoh, pasukan penyelidikan Egli dan Nyakana percaya bahawa kebanyakan perubahan yang diperhatikan pada embrio disebabkan oleh penghapusan dan penyusunan semula kawasan DNA yang besar. Walau bagaimanapun, kumpulan Mitalipov menyatakan bahawa hingga 40% perubahan yang dikesan disebabkan oleh penukaran gen yang disebut, di mana, sebagai hasil proses pembaikan DNA, urutan disalin dari satu kromosom dalam sepasang untuk memperbaiki yang lain.
Mitalipov dan rakan-rakannya melaporkan hasil yang serupa pada tahun 2017, tetapi beberapa saintis ragu-ragu tentang fakta bahawa penukaran gen adalah biasa pada embrio. Para saintis memperhatikan perkara berikut: pertama, semasa penukaran gen, kromosom ibu dan ayah tidak terletak bersebelahan, dan kedua, analisis yang digunakan oleh pasukan penyelidik untuk menentukan penukaran gen dapat mendedahkan perubahan kromosom lain, termasuk penghapusan.
Egli dan rakan-rakannya dalam pracetak mereka ingin secara langsung secara eksperimen mengesahkan kehadiran penukaran gen, tetapi tidak dapat mengesannya. Burjo menyatakan bahawa eksperimen yang dijelaskan dalam preprint Mitalipov serupa dengan yang dilakukan oleh pasukan penyelidikannya pada tahun 2017. Menurut Jin-Soo Kim, ahli genetik di Universiti Nasional Seoul dan pengarang bersama preprint Mitalipov, kerosakan DNA di bahagian kromosom yang berlainan dapat diperbetulkan dengan cara lain - ini, menurut pendapatnya, adalah salah satu kemungkinan penyelesaian untuk masalah ini …
