La modifica dei geni dell'embrione umano può avere conseguenze indesiderate per la salute umana e per la società nel suo insieme. Pertanto, quando uno scienziato cinese ha utilizzato questo metodo nel tentativo di rendere i bambini più resistenti all'HIV, molti si sono affrettati a condannare la mossa come prematura e irresponsabile. La natura ha chiesto ai ricercatori cosa impedisce a questa procedura di essere considerata una pratica clinica accettabile.
I tentativi di apportare modifiche ereditabili al genoma umano sono stati controversi. Ecco cosa devi fare per rendere questa tecnica sicura e accettabile.
Sei mesi dopo il matrimonio, Jeff Carroll e sua moglie hanno deciso di non avere figli. Carroll, un ex caporale dell'esercito americano di 25 anni, ha appena appreso di avere una mutazione che causa la corea di Huntington, una malattia genetica che distrugge il cervello e il sistema nervoso e porta invariabilmente alla morte prematura. Circa quattro anni fa, a sua madre è stata diagnosticata la malattia, e ora ha saputo che anche lui quasi certamente si ammalerà.
Di fronte a una probabilità del 50% di trasmettere lo stesso triste destino ai propri figli, la coppia ha deciso che i bambini erano fuori discussione. "Abbiamo appena chiuso l'argomento", afferma Carroll.
Mentre era ancora nell'esercito, iniziò a studiare biologia nella speranza di comprendere meglio la sua malattia. Ha imparato che esiste una procedura come la diagnosi genetica preimpianto o PGD. Carroll e sua moglie potrebbero praticamente escludere la possibilità di trasmissione della mutazione attraverso la fecondazione in vitro (IVF) e la diagnostica dell'embrione. Hanno deciso di tentare la fortuna e nel 2006 hanno avuto due gemelli senza la mutazione di Huntington.
Carroll è ora un ricercatore presso la Western Washington University di Bellingham, dove sta applicando un'altra tecnica che potrebbe aiutare le coppie nella sua difficile situazione: l'editing genomico CRISPR. Ha già utilizzato questo potente strumento per alterare l'espressione del gene responsabile della malattia di Huntington nelle cellule dei topi. Poiché la corea di Huntington è causata da un solo gene e le sue conseguenze sono così devastanti, è questa malattia che viene spesso citata come esempio di una situazione in cui l'editing di geni nell'embrione umano - una procedura che può causare cambiamenti ereditati dalle generazioni future, e quindi è controversa - può davvero essere giustificato. Ma la prospettiva di utilizzare CRISPR per alterare questo gene negli embrioni umani preoccupa ancora Carroll. "Questa è una pietra miliare enorme", dice. - Capisco,che le persone vogliano passarlo il prima possibile, me compreso. Ma in questa materia tutte le ambizioni devono essere abbandonate ". La procedura può avere conseguenze impreviste per la salute umana e per l'intera società. Ci vorranno decenni di ricerca prima che la tecnologia sia sicura, ha detto.
L'opinione pubblica sulla modifica dei geni per prevenire le malattie è generalmente positiva. Ma la reticenza di Carroll è condivisa da molti scienziati. Quando l'anno scorso si è diffusa la notizia che un biofisico cinese stava usando l'editing del genoma per cercare di rendere i bambini più resistenti all'HIV, molti scienziati si sono affrettati a condannare la mossa come prematura e irresponsabile.
Da allora, diversi ricercatori e società scientifiche hanno chiesto una moratoria sulla modifica del genoma umano ereditato. Ma una simile moratoria solleva una questione importante, afferma l'embriologo Tony Perry dell'Università di Bath, nel Regno Unito. "Quando può essere rimosso?" Dice. - Quali condizioni devono essere soddisfatte per questo?
Video promozionale:
La natura ha chiesto ai ricercatori e ad altre parti interessate che cosa impedisce che l'editing genetico genetico venga considerato un metodo clinico accettabile. Alcuni problemi scientifici possono essere probabilmente superati, ma potrebbe essere necessario cambiare la pratica degli studi clinici e trovare un consenso più ampio sulla tecnologia per la certificazione di un metodo.
Oltre l'obiettivo: quanti "errori" puoi fare?
L'editing genomico è tecnicamente impegnativo, ma ciò che ha attirato maggiormente l'attenzione è il potenziale di cambiamenti genetici indesiderati, afferma Martin Pera, ricercatore di cellule staminali al Jackson's Bar Harbor, nel Maine lab. Tuttavia, aggiunge, questo è probabilmente il problema più facile da risolvere.
Il metodo di modifica genica più popolare è il sistema CRISPR-Cas9. Il meccanismo stesso è preso in prestito da alcuni batteri, che lo usano per difendersi dai virus tagliando il DNA con l'enzima Cas9. Uno scienziato può utilizzare un pezzo di RNA per dirigere Cas9 verso una regione specifica del genoma. Tuttavia, a quanto pare, Cas9 e enzimi simili tagliano il DNA in altri punti, specialmente quando ci sono sequenze di DNA nel genoma che sono simili al bersaglio desiderato. Queste incisioni "laterali" possono portare a problemi di salute, come la modifica di un gene che inibisce la crescita del tumore può portare al cancro.
I ricercatori hanno cercato di sviluppare alternative all'enzima Cas9 che potrebbero essere meno inclini all'errore. Hanno anche sviluppato versioni di Cas9 che danno un tasso di errore inferiore.
Il tasso di errore varia a seconda della regione del genoma a cui si rivolge l'enzima. Molti enzimi di modifica genica sono stati studiati solo in topi o cellule umane coltivate in coltura, non in embrioni umani. Il tasso di errore può essere diverso nelle cellule murine e umane, così come nelle cellule mature ed embrionali.
Il conteggio degli errori non deve essere zero. Una piccola quantità di cambiamenti del DNA si verifica naturalmente ogni volta che una cellula si divide. Alcuni dicono che alcuni cambiamenti di sfondo possono essere accettabili, soprattutto se il metodo viene utilizzato per prevenire o curare una malattia grave.
Alcuni ricercatori ritengono che il tasso di errore CRISPR sia già abbastanza basso, afferma Perry. "Ma - e penso che questo sia un 'ma' piuttosto grande - non abbiamo ancora capito le specifiche della modifica di ovuli ed embrioni umani", ha detto.
Target, ma non è così: quanto dovrebbe essere accurato l'editing genomico?
Un problema più grande degli effetti collaterali possono essere i cambiamenti del DNA mirati ma indesiderabili. Dopo che Cas9 o un enzima simile taglia il DNA, la cellula viene lasciata a guarire la ferita. Ma i processi di riparazione cellulare sono imprevedibili.
Una forma di riparazione del DNA, o riparazione, è l'attaccamento finale non omologa, che rimuove alcune delle lettere del DNA al taglio, un processo che può essere utile se l'obiettivo della modifica è disattivare l'espressione di un gene mutante.
Un'altra forma di riparazione, chiamata riparazione omologa, consente ai ricercatori di riscrivere la sequenza del DNA fornendo un campione che viene copiato nel sito del taglio. Può essere utilizzato per correggere una condizione come la fibrosi cistica, che di solito è causata da una delezione (perdita di una porzione di un cromosoma) nel gene CFTR.
Entrambi i processi sono difficili da controllare. Le delezioni causate dall'unione delle estremità non omologhe possono variare di dimensioni, formando sequenze di DNA diverse. La riparazione omologa consente un migliore controllo sul processo di modifica, ma si verifica molto meno frequentemente rispetto alle delezioni in molti tipi di cellule. Studi sui topi potrebbero rendere l'editing genomico CRISPR più accurato ed efficiente di quanto non sia ora, afferma Andy Greenfield, genetista presso l'Harwell Institute del UK Medical Research Council, vicino a Oxford. I topi allevano prole di grandi dimensioni e quindi i ricercatori hanno molti tentativi per ottenere un editing di successo e sbarazzarsi di tutti gli errori. Lo stesso non si può dire degli embrioni umani.
Non è ancora chiaro quanto sarà efficace la riparazione omologa mirata negli esseri umani, o addirittura come funzionerà esattamente. Nel 2017, un gruppo di scienziati ha utilizzato CRISPR-Cas9 in embrioni umani per correggere varianti geniche associate all'insufficienza cardiaca. Gli embrioni non sono stati impiantati, ma i risultati hanno mostrato che le cellule modificate sono state utilizzate come modello per la riparazione del DNA con il genoma della madre, piuttosto che il modello di DNA fornito dai ricercatori. Questo potrebbe rivelarsi un modo più affidabile per modificare il DNA degli embrioni umani. Ma da allora, altri ricercatori hanno riferito di non essere stati in grado di replicare questi risultati. "Non comprendiamo ancora appieno come avvenga la riparazione del DNA negli embrioni", afferma Jennifer Doudna, biologa molecolare presso l'Università della California, Berkeley."Abbiamo bisogno di lavorare molto con altri tipi di embrioni per capire almeno le cose di base".
I ricercatori stanno sviluppando modi per risolvere i problemi associati alla riparazione del DNA. Due articoli pubblicati a giugno discutono del sistema CRISPR, che può inserire il DNA nel genoma senza interrompere entrambi i filamenti, aggirando così la dipendenza dai meccanismi di riparazione del DNA. Se i sistemi superano con successo ulteriori test, possono consentire ai ricercatori di controllare meglio il processo di editing.
Un altro approccio consiste nell'usare una tecnica chiamata editing di base. Gli editor di base contengono un Cas9 disabilitato insieme a un enzima in grado di convertire una lettera di DNA in un'altra. Il Cas9 disabilitato indirizza l'editor di base a una sezione del genoma, dove modifica chimicamente il DNA direttamente senza tagliarlo. Una ricerca pubblicata ad aprile ha mostrato che alcuni di questi editor di base possono anche apportare modifiche involontarie, ma il lavoro continua per migliorarne l'accuratezza.
"L'editing di base attualmente non soddisfa i nostri criteri", afferma Matthew Porteus, ematologo pediatrico presso la Stanford University in California. "Ma puoi immaginare che migliorerà nel tempo."
Leggi la continuazione qui.
Heidi Ledford
