W dniu 28 listopada He Jiankui twierdził przed wypełnioną po brzegi salą konferencyjną na Drugim Międzynarodowym Szczycie na temat Edycji Ludzkiego Genomu w Hong Kongu, że edytował genomy dwóch bliźniaczek, Lulu i Nany, które urodziły się w Chinach.
Naukowcy z Southern University of Science and Technology w Guangdong w Chinach potępili badania He, twierdząc, że „poważnie naruszył etykę akademicką i kodeksy postępowania”, a filozofowie i bioetycy szybko zanurzyli się w odmętach edycji ludzkich genomów. Nie zamierzam więc zajmować się tym tematem. To, czym chcę się zająć, to to, czego się dowiedzieliśmy: jak On stworzył te dzieci.
Jestem teoretycznie emerytowanym profesorem w Departamencie Nauk Biomedycznych na Uniwersytecie Stanowym Kolorado. Przez ponad 50 lat badałem wiele aspektów technologii wspomaganego rozrodu, w tym klonowanie i wprowadzanie zmian genetycznych w embrionach ssaków, więc jestem zainteresowany większością badań dotyczących „dzieci projektantów” i problemów zdrowotnych, na jakie mogą one cierpieć.
A first?
Na konferencji dał ogólny przegląd nauki. Podczas gdy badania tego typu byłyby zazwyczaj przedstawiane społeczności naukowej poprzez publikację w recenzowanym czasopiśmie, co, jak twierdzi, zamierza zrobić, możemy uzyskać przybliżony obraz tego, jak stworzył te zmodyfikowane dzieci. Jest to coś, co zostało z powodzeniem przeprowadzone u innych gatunków, a w zeszłym roku u ludzkich embrionów – ale te ostatnie nie zostały wszczepione kobiecie. Mówi, że spędził trzy lata testując procedurę na myszach i małpach, zanim przeszedł do pracy nad ludzkimi embrionami.
Nie ma wątpliwości, że precyzyjne modyfikacje genetyczne mogą być dokonywane w ludzkiej spermie, jajach, embrionach, a nawet w niektórych komórkach osób dorosłych. Takie modyfikacje zostały dokonane ad nauseum na myszach, świniach i kilku innych ssakach. Dla naukowców takich jak ja jest więc oczywiste, że te same modyfikacje genetyczne mogą być, i będą, dokonywane u ludzi. Najłatwiejszy sposób wprowadzania zmian genetycznych zaczyna się od embrionu.
Zestaw narzędzi
Najmodniejsza obecnie strategia modyfikacji DNA obejmuje narzędzie do edycji genów CRISPR/Cas-9, które może dokonywać precyzyjnych modyfikacji genetycznych w żywych komórkach. Chociaż inne narzędzia są dostępne od lat, podejście CRISPR/Cas-9 jest prostsze, łatwiejsze, dokładniejsze i tańsze.
Sposób działania jest prosty w swojej koncepcji. Komponent Cas-9 jest molekularnymi nożyczkami, które tną DNA w miejscu określonym przez mały fragment RNA, zwany „szablonem CRISPR”. Gdy DNA zostanie przecięte, gen może zostać zmodyfikowany w tym miejscu. Cięcie jest następnie naprawiane przez enzymy już obecne w komórkach.
W tym przypadku celował w gen, który produkuje białko na powierzchni komórek zwane CCR5. Wirus HIV używa tego białka do przyłączenia się do komórki i zainfekowania jej. He’s idea was to genetically change CCR5 so that HIV can no longer infect cells, making the girls resistant to the virus.
At this point He has not provided a clear explanation of exactly how he disabled the CCR5 and the nature of the genetic modification. Ale ten rodzaj „wyłączania” jest rutynowo stosowany w badaniach.
Jak on to zrobił
Z przedstawionego przez niego diagramu wynika, że wstrzyknął on system CRISPR/Cas-9 do komórki jajowej w tym samym czasie, w którym wstrzyknął plemnik, aby ją zapłodnić. Następnie jajo podzieliło się i utworzyło kulę złożoną z kilkudziesięciu komórek – embrion. Na tym etapie usunął kilka komórek z każdego embrionu, aby określić, czy dokonano pożądanej zmiany genetycznej. Z mojego doświadczenia wynika, że w tym momencie embriony były prawdopodobnie zamrożone. Po zakończeniu analizy, lekarz prawdopodobnie rozmrażał zmodyfikowane embriony, a najlepsze z nich przenosił z powrotem do macicy matki, aby umożliwić ciążę do terminu. Embriony bez zmian lub z błędnymi zmianami zostałyby albo odrzucone, albo wykorzystane do badań.
Dla wielu zastosowań idealnym rozwiązaniem jest wprowadzanie zmian w genach na etapie jednej komórki. Następnie, gdy embrion powiela swoje DNA i dzieli się, tworząc dwukomórkowy embrion, modyfikacja genetyczna jest również powielana. W ten sposób każda komórka powstającego dziecka ma tę zmianę genetyczną.
Jednakże wydaje się, że modyfikacja genetyczna w tym przypadku nie wystąpiła aż do etapu dwukomórkowego lub później, ponieważ niektóre komórki w dzieciach miały modyfikację, podczas gdy inne nie. Sytuacja ta nazywana jest mozaicyzmem, ponieważ dziecko jest mozaiką normalnych i zmodyfikowanych komórek.
Zagrożenia związane z edycją embrionów?
Co może pójść nie tak w embrionie poddanym edycji genów? Mnóstwo.
Pierwszym błędem jest to, że nie dokonano żadnej modyfikacji, co zdarza się często. Odmianą jest to, że zmiana występuje w niektórych komórkach embrionu, ale nie we wszystkich, jak to miało miejsce w przypadku tych dzieci.
Najczęstszym zmartwieniem są tak zwane efekty niecelowe, w których modyfikacja genetyczna jest dokonywana, ale inne niezamierzone edycje występują w innych miejscach w genomie. Posiadanie modyfikacji w niewłaściwym miejscu może powodować wszelkiego rodzaju problemy rozwojowe, takie jak nieprawidłowy rozwój organów, poronienia, a nawet nowotwory.
Z jego slajdu wynika, że on sekwencjonował genomy – kompletny genetyczny schemat dla każdego dziecka – na wielu etapach ciąży, aby ustalić, czy były jakieś niepożądane modyfikacje, choć te nie zawsze są łatwe do znalezienia. Ale dopóki niezależni naukowcy nie będą mogli zbadać DNA tych dwóch dziewczynek, nie poznamy wyników. Nie jest również jasne z wyników, którymi He podzielił się do tej pory, czy ta zmiana genetyczna może być przekazywana do następnego pokolenia.
Innym powszechnym problemem, do którego już nawiązano, jest mozaikowatość, która, jak się wydaje, wystąpiła u jednego z tych bliźniąt. Jeśli niektóre komórki są edytowane, a niektóre nie, dziecko może mieć komórki wątroby, które zawierają edytowany gen i komórki serca, które mają normalną wersję, na przykład. To może, ale nie musi prowadzić do poważnych problemów.
Innym problemem jest to, że manipulowanie embrionami in vitro – poza ich normalnym środowiskiem w drogach rodnych – gdzie nie możemy precyzyjnie powielać normalnego odżywiania, poziomu tlenu, hormonów i czynników wzrostu – może prowadzić do nieprawidłowości rozwojowych, w tym zbyt dużych płodów, problemów metabolicznych i tak dalej. Zdarza się to czasem w przypadku rutynowych procedur, takich jak zapłodnienie in vitro, kiedy nie próbuje się dokonywać modyfikacji genetycznych.
Na szczęście natura jest całkiem dobra w usuwaniu nieprawidłowych zarodków poprzez śmierć embrionalną i spontaniczną aborcję. Nawet w zdrowych populacjach ludzkich rozmnażających się normalnie, prawie połowa embrionów umiera zanim kobieta w ogóle dowie się, że jest w ciąży.
Już projektujemy dzieci – i są z tego korzyści
Chociaż podkreśliłem, co może pójść źle, wierzę, że nauka rozwinie się tak, że genetycznie modyfikowane dzieci będą zdrowsze niż te niemodyfikowane. A te ulepszenia zostaną przekazane przyszłym pokoleniom. Poważnie wyniszczające anomalie genetyczne, takie jak zespół Taya-Sachsa, mogłyby zostać usunięte z rodziny dzięki modyfikacji genetycznej.
Niewykluczone, że projektowane dzieci już się rodzą dzięki technice zwanej genetyczną diagnostyką preimplantacyjną (PGD). Kilka komórek z embrionów jest badanych pod kątem dziesiątek, a potencjalnie setek, nieprawidłowości genetycznych, takich jak zespół Downa, mukowiscydoza i zespół Tay-Sachsa, by wymienić tylko kilka z nich. Rodzice mają również możliwość wyboru embrionów pożądanej płci. Moim zdaniem, wybór embrionów do implantacji jest jednoznaczny z tworzeniem dzieci-projektantów.
Idąc o krok dalej, GTP nie jest ograniczone tylko do eliminacji chorób. Przyszły rodzic może również wybrać inne cechy. Gdy jeden z przyszłych rodziców jest bezpłodny, istnieją katalogi, które podają rasę, wzrost i wagę, a nawet poziom wykształcenia dawcy spermy lub komórki jajowej, który jest również uznany za wolnego od poważnych wad genetycznych, wolnego od AIDS i innych chorób wenerycznych.
W mojej opinii, jeśli procedury zostaną uznane za etycznie i moralnie akceptowalne, większość modyfikacji genetycznych, które prawdopodobnie zostaną dokonane, edytując embriony, jak twierdzi, będzie polegała na usuwaniu szkodliwych cech, a nie dodawaniu pożądanych. Ponieważ zmiany będą ukierunkowane, będą one bardziej precyzyjne i mniej szkodliwe niż mutacje, które występują losowo w DNA zasadniczo wszystkich plemników i jaj w sposób naturalny.
W przypadku całej tej technologii reprodukcyjnej, istnieje jeszcze jedna kwestia: ogromne koszty opisanych procedur. Do jakiego stopnia społeczeństwo powinno inwestować skąpe zasoby medyczne w stosowanie takich technik, zwłaszcza że wszelkie korzyści prawdopodobnie przypadną w udziale głównie zamożniejszym rodzinom?
Perspektywy te należy mieć na uwadze przy ocenie potencjalnych manipulacji genetycznych u ludzi.