Den 28 november hävdade He Jiankui inför ett fullsatt konferensrum vid det andra internationella toppmötet om genredigering av mänskliga arvsmassor i Hongkong att han hade redigerat arvsmassorna hos två tvillingflickor, Lulu och Nana, som var födda i Kina.
Forskare vid Southern University of Science and Technology i Guangdong, Kina, fördömde He Jiankuiis forskning och hävdade att han ”allvarligt har brutit mot akademisk etik och uppförandekoder”, och filosofer och bioetiker var snabba med att dyka ner i moraset kring redigering av människans genom. Så jag tänker inte ta upp den frågan. Vad jag vill ta upp är vad vi lärde oss: hur han gjorde dessa barn.
Jag är teoretiskt sett en pensionerad professor vid institutionen för biomedicinsk vetenskap vid Colorado State University. I mer än 50 år har jag forskat om många aspekter av assisterad reproduktionsteknik, inklusive kloning och genetiska förändringar av däggdjursembryon, så jag är intresserad av nästan all forskning som rör ”designerbebisar” och de hälsoproblem de kan drabbas av.
En första?
På konferensen gav han en allmän översikt över vetenskapen. Även om forskning av det här slaget vanligtvis skulle presenteras för forskarsamhället genom att publiceras i en fackgranskad tidskrift, vilket han hävdar att han har för avsikt att göra, kan vi få en grov uppfattning om hur han skapade dessa modifierade bebisar. Detta är något som framgångsrikt har gjorts på andra arter och så sent som förra året på mänskliga embryon – men de senare implanterades inte i en kvinna. Han säger att han ägnade tre år åt att testa förfarandet på möss och apor innan han övergick till att arbeta med mänskliga embryon.
Det råder ingen tvekan om att exakta genetiska modifieringar kan göras på mänsklig sperma, ägg, embryon och till och med vissa celler hos vuxna. Sådana modifieringar har gjorts i all oändlighet på möss, grisar och flera andra däggdjur. Det är därför uppenbart för vetenskapsmän som jag att samma genetiska modifieringar kan och kommer att göras på människor. Det enklaste sättet att göra genetiska förändringar börjar med embryot.
Verktygslådan
Den trendigaste strategin för att ändra DNA nuförtiden involverar genredigeringsverktyget CRISPR/Cas-9, som kan göra exakta genetiska förändringar i levande celler. Även om andra verktyg har funnits tillgängliga i flera år är CRISPR/Cas-9-metoden enklare, lättare, mer exakt och billigare.
Sättet som det fungerar på är enkelt i konceptet. Cas-9-komponenten är en molekylär sax som klipper DNA på den plats som anges av en liten bit RNA, kallad ”CRISPR-mall”. När DNA väl är klippt kan en gen modifieras på den platsen. Klippet repareras sedan av enzymer som redan finns i cellerna.
I det här fallet riktade han in sig på en gen som producerar ett protein på cellytan som kallas CCR5. Hiv-viruset använder detta protein för att fästa vid och infektera cellen. Hans idé var att genetiskt ändra CCR5 så att hiv inte längre kan infektera cellerna, vilket gör flickorna resistenta mot viruset.
Han har i dagsläget inte gett någon tydlig förklaring till exakt hur han inaktiverade CCR5 och arten av den genetiska modifieringen. Men denna typ av ”inaktivering” används rutinmässigt inom forskningen.
Hur han gjorde det
Utifrån det diagram som He presenterade verkar det som att He injicerade CRISPR/Cas-9-systemet i ett ägg samtidigt som han injicerade en spermie för att befrukta det. Efter detta delade sig ägget och bildade en boll av dussintals celler – embryot. I detta skede tog han bort några celler från varje embryo för att avgöra om den önskade genetiska förändringen hade gjorts. Baserat på min erfarenhet var embryona förmodligen frysta vid detta tillfälle. När analysen var klar tinade han förmodligen upp de modifierade embryona och överförde de bästa embryona tillbaka till moderns livmoder för att de skulle kunna gestera till terminen. Embryon utan ändringar eller felaktiga ändringar skulle antingen kasseras eller användas för forskning.
För många tillämpningar är det idealiskt att göra eventuella ändringar i generna i encellsstadiet. När embryot sedan duplicerar sitt DNA och delar sig för att skapa ett tvåcellsembryo dupliceras även den genetiska ändringen. Detta fortsätter så att varje cell i det resulterande barnet har den genetiska ändringen.
Det verkar dock som om den genetiska förändringen i det här fallet inte skedde förrän i tvåcellsstadiet eller senare, eftersom vissa celler i spädbarnen hade förändringen, medan andra inte hade den. Denna situation kallas mosaikism eftersom barnet är en mosaik av normala och modifierade celler.
Faror med embryoredigering?
Vad kan gå fel i ett genredigerat embryo? Mycket.
Det första felet är att ingen ändring gjordes, vilket förekommer ofta. En variant är att ändringen sker i vissa celler i embryot, men inte i alla celler, vilket inträffade hos dessa barn.
Det vanligaste orosmomentet är så kallade non-target-effekter, där den genetiska ändringen görs, men där andra oavsiktliga ändringar sker på andra ställen i arvsmassan. Att ha en modifiering på fel ställe kan orsaka alla typer av utvecklingsproblem, t.ex. onormal organutveckling, missfall och till och med cancer.
Av hans bild framgår det att han sekvenserade genomerna – den fullständiga genetiska blåkopian för varje barn – i flera skeden av graviditeten för att avgöra om det fanns några oönskade modifieringar, även om dessa inte alltid är lätta att hitta. Men innan oberoende forskare kan undersöka DNA:t från dessa två små flickor vet vi inte resultatet. Det framgår inte heller av de resultat som han hittills har delat med sig av om denna genetiska förändring kan överföras till nästa generation.
Ett annat vanligt problem som redan har antytts är mosaikism, vilket verkar ha inträffat hos en av dessa tvillingar. Om vissa celler redigeras och andra inte, kan barnet till exempel ha leverceller som innehåller den redigerade genen och hjärtceller som har den normala versionen. Detta kan leda till allvarliga problem eller inte.
En annan fråga är att manipulering av embryon in vitro – utanför deras normala miljö i könsorganen – där vi inte exakt kan kopiera den normala näringen, syrehalten, hormonerna och tillväxtfaktorerna – skulle kunna leda till utvecklingsavvikelser, inklusive överdimensionerade foster, metaboliska problem och så vidare. Detta inträffar ibland vid rutinprocedurer som in vitro-befruktning när man inte försöker göra genetiska modifieringar.
Turligtvis är naturen ganska bra på att gallra bort onormala embryon via embryonala dödsfall och spontan abort. Även i friska mänskliga populationer som reproducerar sig normalt dör nästan hälften av embryona innan kvinnan ens vet att hon är gravid.
Vi designar redan bebisar – och det finns fördelar
Samtidigt som jag har betonat vad som kan gå fel tror jag att vetenskapen kommer att utvecklas så att genetiskt modifierade barn kommer att vara friskare än icke-modifierade barn. Och dessa förbättringar kommer att föras vidare till kommande generationer. Svårt invalidiserande genetiska avvikelser som Tay-Sachs syndrom skulle kunna avlägsnas från en familj genom genetisk modifiering.
Designerbebisar föds förmodligen redan med hjälp av en teknik som kallas preimplantatorisk genetisk diagnos (PGD). Några få celler från embryon screenas för dussintals, och potentiellt hundratals, genetiska avvikelser som Downs syndrom, cystisk fibros och Tay-Sachs syndrom, för att nämna några. Föräldrarna kan också välja de embryon som har det önskade könet. Enligt min åsikt är valet av vilka embryon som ska implanteras helt klart att göra designerbebisar.
Om vi går ett steg längre är PGD inte begränsat till att bara eliminera sjukdomar. En blivande förälder kan också välja andra egenskaper. När en av de blivande föräldrarna är infertil finns det kataloger som tillhandahåller ras, längd och vikt och till och med utbildningsnivå för en spermie- eller äggdonator, som också har konstaterats vara fri från större genetiska defekter och fri från aids och andra könssjukdomar.
Om förfarandena anses etiskt och moraliskt acceptabla kommer enligt min mening de flesta genetiska modifieringar som sannolikt kommer att göras genom att redigera embryon, vilket han säger sig ha gjort, att innebära att skadliga egenskaper tas bort snarare än att önskvärda egenskaper läggs till. Eftersom förändringarna kommer att vara riktade kommer de att vara mer precisa och mindre skadliga än de mutationer som sker slumpmässigt i DNA:t i i princip alla spermier och ägg på naturlig väg.
Med all denna reproduktiva teknik finns det ett annat övervägande: de enorma kostnaderna för de beskrivna förfarandena. I vilken utsträckning bör samhället investera knappa medicinska resurser i tillämpningen av sådana tekniker, särskilt eftersom eventuella fördelar sannolikt främst kommer att tillfalla rikare familjer?
Dessa perspektiv måste hållas i åtanke när man utvärderar potentiella genetiska manipulationer av människor.