Η επεξεργασία γονιδίων CRISPR μπορεί να προκαλέσει μόνιμη βλάβη – μελέτη

Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ (TAU) προειδοποιούν ότι ενώ η μέθοδος επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR είναι πολύ αποτελεσματική, δεν είναι πάντα ασφαλής και μερικές φορές, η αναδιάταξη κομματιών του DNA θέτει σε κίνδυνο τη γονιδιωματική σταθερότητα, προκαλώντας πιθανώς καρκίνο μακροπρόθεσμα.

Το CRISPR είναι ένα αρκτικόλεξο για τις «ομαδοποιημένες τακτικά διαχωριζόμενες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις» και επιτρέπει την προσθήκη, την αφαίρεση ή την τροποποίηση γενετικού υλικού σε συγκεκριμένες θέσεις του γονιδιώματος. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες προσεγγίσεις για την επεξεργασία του γονιδιώματος.

Η πιο γνωστή τεχνολογία ονομάζεται ψαλίδι γονιδίου CRISPR-Cas9 (πρωτεΐνη 9 που σχετίζεται με το CRISPR), για την οποία το βραβείο Νόμπελ Χημείας 2020 απονεμήθηκε στην Αμερικανίδα επιστήμονα Jennifer A. Doudna και τη Γαλλίδα επιστήμονα Emmanuelle Charpentier σε αναγνώριση της ανακάλυψής τους. Αναπτύχθηκε πριν από περίπου μια δεκαετία με εντυπωσιακά αποτελεσματικό στη θεραπεία μιας σειράς ασθενειών όπως ο καρκίνος, οι ασθένειες του ήπατος και τα γενετικά σύνδρομα.

Η πρώτη εγκεκριμένη κλινική δοκιμή διεξήχθη το 2020 στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, όταν οι ερευνητές εφάρμοσαν τη μέθοδο στα Τ-κύτταρα – λευκά αιμοσφαίρια του ανοσοποιητικού συστήματος. Λαμβάνοντας Τ-κύτταρα από έναν δότη, δημιούργησαν έναν κατασκευασμένο υποδοχέα που στοχεύει τα καρκινικά κύτταρα, ενώ χρησιμοποίησαν το CRISPR για να καταστρέψουν τα γονίδια που κωδικοποιούν τον αρχικό υποδοχέα – τα οποία διαφορετικά θα μπορούσαν να είχαν προκαλέσει τα Τ-κύτταρα να επιτεθούν σε κύτταρα στο σώμα του λήπτη.

Η εν λόγω κλινική δοκιμή έχει προκαλέσει μεγάλο ενθουσιασμό στην επιστημονική κοινότητα επειδή είναι ταχύτερη, φθηνότερη, ακριβέστερη και πιο αποτελεσματική από άλλες μεθόδους επεξεργασίας γονιδιώματος. Ωστόσο, η τεχνική εγείρει ηθικές ανησυχίες λόγω της δυνατότητας αλλαγής των ανθρώπινων γονιδιωμάτων.

Το CRISPR-Cas9 προσαρμόστηκε από ένα φυσικό σύστημα επεξεργασίας γονιδιώματος που τα βακτήρια χρησιμοποιούν ως ανοσολογική άμυνα. Όταν μολύνονται από ιούς, τα βακτήρια συλλαμβάνουν μικρά κομμάτια του DNA των ιών και τα εισάγουν στο δικό τους DNA σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο για να δημιουργήσουν τμήματα γνωστά ως συστοιχίες CRISPR. Οι συστοιχίες CRISPR επιτρέπουν στα βακτήρια να «θυμούνται» τους ιούς ή τους στενά συνδεδεμένους. Εάν οι ιοί επιτεθούν ξανά, τα βακτήρια παράγουν τμήματα RNA από τις συστοιχίες CRISPR που αναγνωρίζουν και προσκολλώνται σε συγκεκριμένες περιοχές του DNA των ιών. Στη συνέχεια, τα βακτήρια χρησιμοποιούν cas9 ή ένα παρόμοιο ένζυμο για να κόψουν το DNA, το οποίο απενεργοποιεί τον ιό.

Η νέα μελέτη TAU εντοπίζει τους κινδύνους από τη χρήση των θεραπευτικών μέσων CRISPR. Διερευνώντας την επίδραση αυτής της τεχνολογίας στα Τ-κύτταρα – λευκά αιμοσφαίρια του ανοσοποιητικού συστήματος – οι ερευνητές ανίχνευσαν απώλεια γενετικού υλικού σε σημαντικό ποσοστό, που αγγίζει έως και το 10% των κυττάρων που έλαβαν θεραπεία. Οι ερευνητές εξηγούν ότι μια τέτοια απώλεια μπορεί να οδηγήσει σε αποσταθεροποίηση του γονιδιώματος, η οποία μπορεί να προκαλέσει καρκίνο.

Κίνδυνος έναντι οφέλους

Οι Ισραηλινοί ερευνητές προσπάθησαν να εξετάσουν εάν τα πιθανά οφέλη των θεραπευτικών μέσων CRISPR θα μπορούσαν να αντισταθμιστούν από κινδύνους που προκύπτουν από την ίδια τη διάσπαση, υποθέτοντας ότι το σπασμένο DNA δεν είναι πάντα σε θέση να ανακάμψει.

Ο Ben-David και ο ερευνητικός συνεργάτης του Eli Reuveni εξήγησαν ότι «το γονιδίωμα στα κύτταρά μας συχνά σπάει λόγω φυσικών αιτιών, αλλά συνήθως είναι σε θέση να επιδιορθωθεί, χωρίς να έχει γίνει βλάβη. Τέτοιες χρωμοσωμικές διαταραχές μπορούν να αποσταθεροποιήσουν το γονιδίωμα και συχνά το βλέπουμε αυτό στα καρκινικά κύτταρα. Έτσι, οι θεραπευτικές θεραπείες CRISPR, στις οποίες το DNA διασπάται σκόπιμα ως μέσο για τη θεραπεία του καρκίνου, θα μπορούσαν, σε ακραία σενάρια, να προωθήσουν πραγματικές κακοήθειες».

Για να εξετάσουν την έκταση της πιθανής βλάβης, οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμα της Πενσυλβάνια το 2020, διασπώντας το γονιδίωμα των Τ-κυττάρων ακριβώς στις ίδιες τοποθεσίες – τα χρωμοσώματα 2, 7 και 14 από τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων του ανθρώπινου γονιδιώματος. Χρησιμοποιώντας μια τεχνολογία αιχμής που ονομάζεται αλληλούχιση μονοκύτταρου RNA, ανέλυσαν κάθε κύτταρο ξεχωριστά και μέτρησαν τα επίπεδα έκφρασης κάθε χρωμοσώματος σε κάθε κύτταρο. Με αυτόν τον τρόπο, ανιχνεύθηκε σημαντική απώλεια γενετικού υλικού σε ορισμένα από τα κύτταρα.

Για παράδειγμα, όταν το χρωμόσωμα 14 είχε διασπαστεί, περίπου 5% των κυττάρων έδειξαν ελάχιστη ή καθόλου έκφραση αυτού του χρωμοσώματος. Όταν όλα τα χρωμοσώματα σχίστηκαν ταυτόχρονα, η βλάβη αυξήθηκε, με 9%, 10% και 3% των κυττάρων να μην μπορούν να επιδιορθώσουν το σπάσιμο στα χρωμοσώματα 14,7 και 2 αντίστοιχα. Τα τρία χρωμοσώματα διέφεραν, ωστόσο, ως προς την έκταση της βλάβης που υπέστησαν.

Ο ερευνητής και βιολόγος Madi και η μαθήτριά του Ella Goldschmidt πρόσθεσαν ότι «η αλληλούχιση RNA ενός κυττάρου και οι υπολογιστικές αναλύσεις μας επέτρεψαν να λάβουμε πολύ ακριβή αποτελέσματα. Διαπιστώσαμε ότι η αιτία για τη διαφορά στη βλάβη ήταν ο ακριβής τόπος της διάσπασης σε καθένα από τα τρία χρωμοσώματα. Συνολικά, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι πάνω από το 9% των Τ-κυττάρων που έχουν υποστεί γενετική επεξεργασία με την τεχνική CRISPR είχαν χάσει σημαντική ποσότητα γενετικού υλικού. Μια τέτοια απώλεια μπορεί να οδηγήσει σε αποσταθεροποίηση του γονιδιώματος, η οποία μπορεί να προάγει τον καρκίνο».

Συνδέστε με προσοχή

Με βάση τα ευρήματά τους, οι ερευνητές προειδοποιούν ότι πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή κατά τη χρήση των θεραπευτικών μέσων CRISPR. Προτείνουν επίσης εναλλακτικές μεθόδους για συγκεκριμένες ιατρικές διαδικασίες και συνιστούν περαιτέρω έρευνα σε δύο είδη πιθανών λύσεων που αφορούν στη μείωση της παραγωγής κατεστραμμένων κυττάρων ή τον εντοπισμό κατεστραμμένων κυττάρων και την αφαίρεσή τους πριν από τη χορήγηση του υλικού στον ασθενή.