Vlad Krasen
0 
2903
728
Som en molekylär ninja skivar genomredigeringsverktyget CRISPR-Cas9 genom ultraspecifika segment av DNA för att skära ut oönskade bitar med genetisk kod. Det är en exakt och lovande metod för genetisk redigering som används allmänt inom vetenskaplig forskning. Och forskare hoppas att det en dag skulle kunna användas för att selektivt ta bort gener som resulterar i medicinska problem som HIV, sigdcellssjukdom och cancer.
Tyvärr antyder en ny studie som publicerades idag (16 juli) i tidskriften Nature Biotechnology att denna dag kan vara längre bort än väntat - och att CRISPR: s mobilt svärdföretag kan leda till mycket mer säkerhetsskador än tidigare trott.
Medan CRISPR använde för att redigera DNA i både mus- och människors härledda celler, fann studiens författare att enorma bitar av DNA oavsiktligt raderades, omarrangerades och på annat sätt muterades så allvarligt att celler förlorade funktionen i cirka 15 procent av fallen.
Studien ger den mest systematiska och allvarliga beräkningen av den potentiella genetiska skador som orsakats av CRISPR-manipulation hittills, säger studieförfattaren Allan Bradley, en ledande gruppledare och direktörsmittit vid Wellcome Sanger Institute i England. Och resultaten kan vara anledning att ompröva teknikens användning i kliniska miljöer tills ytterligare forskning kan göras, sade han.
"CRISPR är inte så säker som vi trodde," berättade Bradley. "DNA-reparationsprocessen är inte 100 procent idiotsäker och det kan vara problem som måste undersökas vidare."
Knäcka koden (öppen)
När du avbildar DNA tänker du antagligen på en dubbel spiral - en vriden, stege-liknande sekvens av bokstäver som innehåller din genetiska information. Varje stege i stegen består av två länkade nukleotider (små organiska molekyler) kända som ett baspar. Ditt kompletta genom innehåller cirka 3 miljarder av dessa baspar, fördelade på 23 par kromosomer som finns i varje cell i din kropp.
Den exakta ordningen för dessa baspar utgör din unika genetiska kod. Mutationer i den här koden - säg om ett baspar saknas eller upp och ned - kan orsaka olika gener att förlora sin funktion, ibland resultera i genetiska störningar som cystisk fibros, hemofili och många typer av cancer.
CRISPR designades för att eliminera ultraspecifika genetiska defekter som dessa genom att klippa genom riktade DNA-sekvenser med ett skalpelliknande enzym som heter Cas9. Efter att Cas9 avskiljer DNA på den utsedda platsen börjar det segmentet av DNA naturligtvis att reparera sig själv. Genom denna metod kan problemgener snabbt avlägsnas, och ibland kan anpassade genetiska sekvenser till och med läggas till brytplatsen innan DNA: t förseglar sig igen.
Tidigare studier av CRISPR har inte visat många oförutsedda genetiska mutationer orsakade av denna exakta skivning, men dessa studier kanske inte har sett tillräckligt hårt ut, sade Bradley.
"Konsekvenserna av [CRISPR-inducerade mutationer] kan bokstavligen vara miljoner baspar bort från brytplatsen," sade Bradley.
I sin nya studie använde Bradley och hans kollegor CRISPR för att redigera en serie mus-härledda stamceller, sedan systematiskt tittade på cellernas DNA-baspar och rörde sig längre och längre bort från den skära platsen. Genom denna noggranna strategi fann forskarna att cirka 15 procent av de studerade cellerna muterades så mycket att de förlorade sin funktion.
"I den enklaste formen är dessa mutationer borttagningar av stora mängder DNA," sade Bradley (i vissa fall försvann tusentals DNA-baspar efter att ha manipulerats av CRISPR). "Men det finns mycket mer komplexa versioner också."
Till exempel, sade Bradley, upptäckte teamet fall där sekvenser av genetisk kod "förvrängdes" eller infördes i strängen bakåt. I vissa fall syftades oavsiktligt långa sekvenser av DNA som borde ha varit tusentals baspar bort på CRISPR-skärplatsen. I andra fall muterades sekvenser av kod ingenstans nära den klippta platsen - en del belägna miljoner baspar bort.
Efter att ha tittat på många olika platser längs cellens DNA, vände sig teamet sedan till andra typer av celler, inklusive humana härledda stamceller som odlats i labbet, för att se om skadningsmönstret upprepades. Deras observationer förblev konsekvent: Cirka 15 procent av CRISPR-manipulerade celler muterades oavsiktligt på dramatiska sätt.
Ett slumpmässigt snitt
I slutändan är de exakta konsekvenserna av dessa mutationer svåra att uppskatta, eftersom olika typer av celler använder olika operationer för att reparera sitt DNA.
"Eftersom du har en slumpmässig reparationsprocess för att gå tillbaka till DNA, tror jag att allt är potentiellt möjligt när du tittar på miljarder olika händelser," sa Bradley.
Så, vad betyder detta för framtida CRISPR-forskning? För Bradley bör resultaten från denna studie inte diskreditera CRISPR-Cas9 som ett lovande genetiskt forskningsverktyg utan bör göra forskare försiktiga när de funderar på att använda genredigeringsverktyget i en klinisk miljö.
Maria Jasin, en forskare från Memorial Sloan Kettering Cancer Center som inte var inblandad i studien, instämde. "Denna studie visar att ytterligare forskning och specifik testning behövs innan CRISPR-Cas9 används kliniskt," sade Jasin i ett uttalande.