Ce este modificarea genetică?
Diferite țări și organizații definesc modificarea genetică (MG) în mod ușor diferit. În general, MG se referă la efectuarea de modificări ale informației genetice a unei ființe vii care altfel nu s-ar produce prin împerechere sau reproducere naturală. Aceasta ar implica, de obicei, utilizarea unor metode de biotehnologie, cum ar fi „ADN recombinant”, „direcționarea genelor” sau „editarea genomului” pentru a adăuga, șterge sau modifica în alt mod ADN-ul unui organism. Modificarea genetică poate implica, de asemenea, mutarea materialului genetic între specii.
Organismele modificate genetic (OMG), inclusiv microbi, celule, plante și animale, au fost utilizate de mult timp în cercetarea științifică și medicală ca modalitate de a înțelege procesele din biologie, precum și mecanismele bolilor. Utilizarea tehnologiilor genetice pentru a trata boli sau pentru a face alte modificări la oameni, numită „terapie genică”, a fost încercată încă din anii 1990. Până în prezent, mai puțin de o mână de astfel de tratamente au fost aprobate de agențiile de siguranță și de reglementare, cum ar fi US Food and Drug Administration.
Utilizarea terapiei genice pentru a trata direct cauzele genetice ale bolilor a fost de mult timp o aspirație pentru medici, oameni de știință și pacienți. Unele boli, cum ar fi fibroza chistică sau anemia celulelor secerătoare, sunt relativ bine cunoscute ca fiind cauzate de variante în gene unice. În aceste cazuri, există speranța că, în cazul în care gena care cauzează boala poate fi corectată sau înlocuită, atunci ar putea fi posibilă vindecarea persoanelor bolnave sau cel puțin împiedicarea agravării bolii. Cu toate acestea, terapia genică este mai dificilă în cazul unor afecțiuni mai complexe, cum ar fi bolile cardiace, diabetul sau multe forme de cancer, care rezultă din interacțiunea dintre mai multe gene și dintre gene și mediu.
Pentru a utiliza terapia genetică pentru a trata bolile unui individ după naștere, este posibil să fie necesară modificarea unei porțiuni semnificative de celule din țesuturile sau organele relevante. Acest lucru prezintă provocări tehnice pentru a livra în siguranță și în mod eficient mașinăria de modificare și/sau versiunile alternative ale genelor către celulele țintă și pentru a realiza cu succes modificările în genomul celulelor cu greșeli minime. Dacă modificarea se face la nivelul „liniei germinale” (inclusiv la nivelul celulelor reproductive, precum și la nivelul celulelor din embrionii în stadiu incipient), atunci toate celulele din corpul generațiilor următoare vor moșteni acea modificare, precum și orice greșeală sau schimbare neașteptată făcută în timpul procesului.
Ce este CRISPR?
De la sfârșitul anilor 2000, oamenii de știință au început să dezvolte tehnici cunoscute sub numele de „editare a genomului (sau a genelor)”. Editarea genomului permite oamenilor de știință să facă modificări la un anumit sit „țintă” din genom. Una dintre tehnicile care au generat cel mai mult entuziasm, datorită eficienței și ușurinței de utilizare, se numește „CRISPR”. CRISPR înseamnă „clustered regularly interspaced short palindromic repeats”. La baza tehnologiei CRISPR se află un sistem pe care bacteriile l-au dezvoltat pentru a se proteja împotriva virușilor. Oamenii de știință au luat acum componente ale sistemului CRISPR și le-au transformat într-un instrument pentru editarea genomului.
Sistemul CRISPR are două componente: o moleculă cunoscută sub numele de „ARN ghid” (ARNg), care are aceeași secvență ca și locul țintă din genom; și o „nuclează” (adică o moleculă de tăiere a ADN-ului) numită Cas9. Atunci când aceste două componente sunt livrate într-o celulă, ARNg se va lega de situl genomic țintă prin împerechere de baze complementare (ceea ce înseamnă că A se va lega de T și G se va lega de C). În acest proces, ARNg ajută la aducerea lui Cas9 la locul țintă pentru a face o tăietură în dubla helixă de ADN. Mecanismul natural de reparare a ADN-ului din celulă va închide acest decalaj, dar, deoarece procesul nu este perfect, câteva baze ADN vor fi adăugate sau eliminate. Acest lucru face ca gena originală – de exemplu, o variantă de genă legată de cancer sau una legată de infecția cu HIV – să devină nefuncțională. Alternativ, o versiune diferită a genei țintă poate fi plasată în celulă împreună cu gRNA și Cas9. Celula va folosi apoi această secvență alternativă ca „șablon” pentru a repara ADN-ul rupt, copiindu-l și încorporându-l în genom. Procedând astfel, ar putea permite ca o versiune nedorită a genei să fie înlocuită cu o copie dorită.
Dezvoltări științifice recente au adus la îndemână posibilitatea de a „edita” genomul pentru a repara variantele genetice care cauzează boli. Deși este încă la început, speranța este că tehnologiile de editare a genelor ar putea, într-o bună zi, să ofere un leac pentru boli genetice precum anemia falciformă, fibroza chistică sau boala Huntington și să permită oamenilor să lupte mai bine împotriva infecțiilor virale (de exemplu, HIV).
CRISPR și editarea liniei germinale
Cercetătorii au folosit CRISPR în celule umane, vegetale și animale; de fapt, CRISPR a funcționat în toate speciile examinate până în prezent. În special, tehnologia CRISPR a fost utilizată pentru a inversa simptomele la un șoarece adult cu o afecțiune a ficatului și pentru a modifica ADN-ul la primatele neumane – pași importanți pentru dezvoltarea de noi terapii genice la om. În timp ce modificările genetice introduse într-o celulă hepatică nu vor fi moștenite în genomul niciunuia dintre viitorii urmași ai individului, modificările de ADN care sunt introduse în celulele care vor deveni ovule sau spermatozoizi, sau în celulele din embrionii în stadiu incipient, pot fi transmise generațiilor viitoare. Acest lucru este cunoscut sub numele de editare a liniei germinale, iar perspectivele sale au dus la discuții și dezbateri la nivel mondial cu privire la oportunitatea modificării genetice a liniei germinale la om și dacă sau cum ar trebui să procedeze societatea cu astfel de cercetări și posibile aplicații.
Pe de o parte, criticii subliniază atât problemele tehnice, cât și cele etice legate de efectuarea de modificări ale genomului care pot fi transmise urmașilor. Există îngrijorarea că orice efect neprevăzut în procesul de editare poate deveni ereditar. Se pun și alte întrebări – avem dreptul de a modifica genomul generațiilor noastre viitoare? Ar putea editarea anumitor boli sau dizabilități să ducă la stigmatizarea persoanelor care trăiesc cu acele afecțiuni? Și cine decide care sunt considerate boli sau dizabilități care ar trebui editate? În același timp, susținătorii susțin că modificarea liniei germinale poate elimina potențial boli precum boala Huntington, o afecțiune neurologică debilitantă cauzată de o singură variantă genetică. Ei susțin, de asemenea, că oamenii modifică de mult timp viețile și genetica urmașilor noștri fără consimțământul explicit al acestora, prin proceduri precum consilierea genetică și diagnosticul genetic preimplantațional.
În decembrie 2015, Academiile Naționale ale SUA, Academia Regală din Regatul Unit și Academia Chineză de Științe au convocat oameni de știință, oameni de știință din domeniul social, eticieni și alte părți interesate pentru un Summit internațional privind editarea genetică umană la Washington, DC. O declarație publicată la finalul summitului a subliniat faptul că ar fi „iresponsabil” în acest moment să se procedeze la utilizarea clinică a editării liniei germinale, dar nu a recomandat interzicerea tehnicii, sugerând în schimb că cercetarea ar trebui să continue. În februarie 2017, comitetul de experți al Academiilor Naționale din SUA privind editarea genomului uman și-a publicat raportul, recomandând ca cercetarea și utilizarea editării genomului somatic pentru tratamente medicale să continue în cadrul de reglementare existent, dar că ar trebui să existe o „largă contribuție publică” înainte de a extinde aplicarea tehnologiei la „îmbunătățirea genetică”. În același timp, raportul recomandă ca testele clinice pentru editarea genomului germinal în vederea tratării „bolilor sau dizabilităților grave” să aibă loc numai după mult mai multe cercetări și numai atunci când sunt îndeplinite criterii tehnice și etice stricte. În continuare, raportul subliniază necesitatea unui angajament public continuu și a unei dezbateri politice.
În prezent, modificarea genetică a liniei germinale este ilegală în multe țări europene și în Canada, iar finanțarea federală din Statele Unite nu poate fi utilizată pentru astfel de lucrări. Începând cu ianuarie 2017, cercetătorii din Regatul Unit, Suedia și China au primit aprobarea de a efectua modificări genetice pe embrioni umani doar în scopuri de cercetare (în plus, legile sau orientările existente în aceste țări permit cercetarea doar pe embrioni până la 14 zile după fertilizare).
În noiembrie 2018, au apărut știri potrivit cărora primii copii ale căror genomuri au fost modificate cu CRISPR în timpul stadiului embrionar, o pereche de gemeni, s-au născut în China. Deși afirmațiile nu au fost încă validate în mod independent sau publicate în reviste de specialitate, afirmațiile au stârnit controverse semnificative. În 2019, oamenii de știință, eticienii și societatea în general continuă să dezbată calea de urmat.
CRISPR și mediul înconjurător
CRISPR a deschis, de asemenea, o cale pentru a inginera lumea din jurul nostru în beneficiul sănătății umane și al mediului nostru. Aplicațiile includ posibilitatea de a modifica sau chiar de a eradica insectele care răspândesc boli, cum ar fi țânțarii. De asemenea, ar putea fi posibilă recrearea unor animale dispărute de mult timp, cum ar fi mamutul lânos, pentru a cutreiera din nou Pământul, ceea ce, după părerea unor oameni de știință, ar putea contribui la combaterea schimbărilor climatice. Cu toate acestea, nu toată lumea este de acord că aceste aplicații ar fi neapărat un „beneficiu”, în timp ce alții își fac griji cu privire la consecințele neintenționate ale acestor acțiuni care schimbă ecosistemele.
Calea de urmat
Editările genetice au un potențial semnificativ de a aduce beneficii pentru sănătatea umană. În același timp, ea ridică întrebări profunde care necesită deliberare publică – ce se întâmplă dacă facem modificări pe care le regretăm? Ce se întâmplă dacă modificări genetice aparent sigure se dovedesc a avea consecințe neintenționate? Care sunt standardele de siguranță în condițiile în care comunitatea medicală caută să exploreze aceste instrumente în efortul de a diminua suferința? În plus, dacă, în calitate de societate, suntem de acord că utilizarea editării genomului este acceptabilă, cum ne asigurăm că toți indivizii sunt conștienți de potențialul acestor tehnologii și că toți cei care doresc să aibă acces la astfel de tehnologii și le pot permite? Cercetătorii, bioeticienii și factorii de decizie politică, inclusiv o serie de oameni de știință care au fost pionierii CRISPR, au făcut apel la prudență și la necesitatea unei consultări și a unui dialog public care să implice, de asemenea, lideri religioși, activiști de mediu și avocați ai pacienților și ai persoanelor cu handicap. Pe măsură ce societatea caută un echilibru între dorința de a realiza beneficiile editării genelor și o varietate de alte preocupări, pgEd speră să joace un rol în facilitarea unor conversații ample care să implice toate comunitățile și să se asigure că sunt ascultate diverse valori și voci.
Pentru mai multe informații despre aspectele tehnice și politice din jurul CRISPR și editarea genomului, faceți clic aici.
Planuri de lecții conexe:
Editarea genomului și CRISPR
Amenzi că CRISPR a fost folosit pentru a edita genomul unor fetițe gemene născute în 2018
Engineering the world around us: Editarea genomului și mediul înconjurător
Posturi de blog conexe:
„Lecția pgEd despre gemenele editate cu CRISPR” (martie 2019)
„Boala celulelor secerătoare și ingineria genetică: Mini-lecție din pgEd” (noiembrie 2017)
„În știri: Progrese pentru terapia genică” (octombrie 2017)
„In the News: Oamenii de știință folosesc CRISPR pentru a edita o variantă de genă care cauzează boli în embrionii umani” (august 2017)
„În știri: Utilizarea clinică a CRISPR face un pas înainte” (iunie 2016)
„In the News: Primul studiu de optogenetică la om va continua” (martie 2016)
„În știri: Controlul țânțarilor purtători de boli pe bază de gene drive este tot mai aproape de realitate” (decembrie 2015)
„În știri: Potențială nouă abordare a terapiei genetice pentru boala celulelor secerătoare” (septembrie 2015)
Sharon Begley, „No red line against CRISPR’ing early embryos, experts rule” (STAT, februarie 2017)
David Cyranoski, „CRISPR gene-editing tested in a person for the first time” (Nature, noiembrie 2016)
Antonio Regalado, „Meet the Moralist Policing Gene Drives, a Technology That Messes with Evolution” (MIT Technology Review, iunie 2016)
Erica Check Hayden, „Should you edit your children’s genes?” (Nature, februarie 2016)
Ed Yong, „What Can You Actually Do With Your Fancy Gene-Editing Technology?” (Ce poți face de fapt cu tehnologia ta fantezistă de editare a genelor?” (The Atlantic, decembrie 2015)
Carl Zimmer, „Editarea ADN-ului de porc ar putea duce la mai multe organe pentru oameni” (New York Times, octombrie 2015)
Nathaniel Comfort, „Putem vindeca bolile genetice fără să alunecăm spre eugenie?” (The Atlantic, decembrie 2015) (The Nation, iulie 2015)
Andrew Pollack, „A Powerful New Way to Edit DNA” (New York Times, martie 2014)
.