Vad är genetisk modifiering?
Olika länder och organisationer definierar genetisk modifiering (GM) på olika sätt. I allmänhet avser GM att göra förändringar i en levande varelses genetiska information som annars inte skulle uppstå genom naturlig parning eller reproduktion. Detta skulle vanligtvis innebära att man använder biotekniska metoder, såsom ”rekombinant DNA”, ”gene targeting” eller ”genome editing” för att lägga till, ta bort eller på annat sätt ändra en organisms DNA. Genetisk modifiering kan också innebära att genetiskt material flyttas mellan arter.
Genetiskt modifierade organismer (GMO), inklusive mikrober, celler, växter och djur, har länge använts inom vetenskaplig och medicinsk forskning som ett sätt att förstå biologiska processer och sjukdomsmekanismer. Användning av genteknik för att behandla sjukdomar eller göra andra ändringar hos människor, så kallad ”genterapi”, har försökts sedan 1990-talet. Mindre än en handfull av dessa behandlingar har hittills godkänts av säkerhets- och tillsynsmyndigheter som den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten.
Användning av genterapi för att direkt behandla de genetiska orsakerna till sjukdomar har länge varit en förhoppning för läkare, forskare och patienter. Vissa sjukdomar, t.ex. cystisk fibros eller sicklecellanemi, är relativt väl kända för att orsakas av varianter i enskilda gener. I dessa fall finns det hopp om att om den sjukdomsorsakande genen kan korrigeras eller ersättas kan det vara möjligt att bota personer med sjukdomen eller åtminstone förhindra att sjukdomen förvärras. Det är dock svårare med genterapi när det gäller mer komplexa tillstånd som hjärtsjukdomar, diabetes eller många former av cancer, som beror på samspelet mellan många gener och mellan generna och miljön.
För att kunna använda genterapi för att behandla sjukdomar hos en individ efter födseln kan det vara nödvändigt att modifiera en betydande del av cellerna i de berörda vävnaderna eller organen. Detta innebär tekniska utmaningar för att på ett säkert och effektivt sätt leverera modifieringsmaskineriet och/eller alternativa versioner av gener till målcellerna, och för att framgångsrikt göra ändringarna i cellernas genom med minimala misstag. Om ändringen görs i ”könscellerna” (inklusive reproduktiva celler samt cellerna i embryon i tidiga stadier) kommer alla celler i kroppen hos efterföljande generationer att ärva ändringen, liksom eventuella misstag eller oväntade ändringar som gjorts under processen.
Vad är CRISPR?
Sedan slutet av 2000-talet har forskare börjat utveckla tekniker som kallas ”genom- (eller gen-) redigering”. Genomredigering gör det möjligt för forskare att göra ändringar på en specifik ”målplats” i genomet. En av de tekniker som har skapat mest uppståndelse, på grund av sin effektivitet och användarvänlighet, kallas ”CRISPR”. CRISPR står för ”clustered regularly interspaced short palindromic repeats”. Grunden för CRISPR-tekniken är ett system som bakterier utvecklat för att skydda sig mot virus. Forskare har nu tagit delar av CRISPR-systemet och gjort det till ett verktyg för redigering av arvsmassan.
CRISPR-systemet består av två komponenter: en molekyl som kallas ”guide RNA” (gRNA), som har samma sekvens som målplatsen i arvsmassan, och ett ”nukleas” (dvs. en DNA-skärande molekyl) som kallas Cas9. När båda dessa komponenter levereras till en cell kommer gRNA att binda till den genomiska målplatsen genom komplementär basparning (vilket innebär att A:s binder till T:s och G:s binder till C:s). I processen hjälper gRNA till att föra in Cas9 till målplatsen för att göra ett snitt i DNA-dubbelhelixen. Cellens naturliga DNA-reparationsmekanism kommer att täppa till denna lucka, men eftersom processen inte är perfekt kommer några DNA-baser att läggas till eller tas bort. Detta gör att den ursprungliga genen – t.ex. en genvariant som är kopplad till cancer eller en genvariant som är kopplad till hiv-infektion – inte fungerar. Alternativt kan en annan version av målgenen placeras i cellen tillsammans med gRNA och Cas9. Cellen kommer då att använda denna alternativa sekvens som en ”mall” för att reparera det trasiga DNA:t och kopiera och inkorporera det i genomet. Genom att göra detta kan en oönskad version av genen ersättas med en önskad kopia.
Nyligen genomförda vetenskapliga genombrott har fört möjligheten att ”redigera” genomet för att reparera sjukdomsframkallande genetiska varianter inom räckhåll. Det är fortfarande tidigt, men förhoppningen är att tekniken för genredigering en dag ska kunna bota genetiska sjukdomar som sicklecellanemi, cystisk fibros eller Huntingtons sjukdom och göra det möjligt för människor att bättre bekämpa virusinfektioner (t.ex. hiv).
CRISPR och germine editing
Forskare har använt CRISPR i celler från människor, växter och djur; faktum är att CRISPR har fungerat i alla arter som hittills har undersökts. Framför allt har CRISPR-tekniken använts för att vända symtom hos en vuxen mus med en leversjukdom och för att ändra DNA hos icke-mänskliga primater – viktiga steg mot att utveckla nya genterapier för människor. Medan genetiska förändringar som införs i en levercell inte kommer att ärvas i arvsmassan hos någon av individens framtida avkommor, kan DNA-förändringar som införs i de celler som kommer att bli ägg eller spermier, eller i cellerna i embryon i tidiga stadier, föras vidare till framtida generationer. Detta kallas germline editing, och dess utsikter har lett till diskussioner och debatter över hela världen om huruvida germline genetisk modifiering hos människor är lämplig, och om eller hur samhället bör gå vidare med sådan forskning och eventuell tillämpning.
Å ena sidan betonar kritikerna både de tekniska och etiska problemen med att göra förändringar i arvsmassan som kan föras vidare till avkomman. Det finns farhågor om att varje oförutsedd effekt i redigeringsprocessen kan gå i arv. Andra frågor ställs – har vi rätt att förändra våra framtida generationers arvsmassa? Skulle redigering av vissa sjukdomar eller funktionshinder leda till stigmatisering av människor som lever med dessa sjukdomar? Och vem får bestämma vad som anses vara sjukdomar eller funktionshinder som bör redigeras? Samtidigt hävdar förespråkarna att en modifiering av arvsmassan potentiellt kan eliminera sjukdomar som Huntingtons sjukdom, ett försvagande neurologiskt tillstånd som orsakas av en enda genvariant. De hävdar också att människor länge har förändrat våra avkommors liv och genetik utan deras uttryckliga samtycke, genom förfaranden som genetisk rådgivning och preimplantatorisk genetisk diagnos.
I december 2015 sammankallade USA:s nationella akademier, Storbritanniens kungliga akademi och Kinas vetenskapsakademi vetenskapsmän, samhällsvetare, etiker och andra intressenter till ett internationellt toppmöte om genredigering av mänskliga gener i Washington, DC. I ett uttalande som släpptes i slutet av toppmötet betonades att det skulle vara ”oansvarigt” vid denna tidpunkt att gå vidare med klinisk användning av germline editing, men man rekommenderade inte att förbjuda tekniken, utan föreslog i stället att forskningen skulle fortsätta. I februari 2017 släppte USA:s National Academies expertkommitté för redigering av människans arvsmassa sin rapport och rekommenderade att forskningen om, och användningen av, redigering av somatisk arvsmassa för medicinsk behandling bör fortsätta inom ramen för det befintliga regelverket, men att det bör finnas ”breda offentliga synpunkter” innan man utvidgar teknikens tillämpning till ”genetisk förbättring”. Samtidigt rekommenderas i rapporten att kliniska prövningar av germina genomredigering för att behandla ”allvarliga sjukdomar eller funktionshinder” endast bör genomföras efter mycket mer forskning och endast när stränga tekniska och etiska kriterier är uppfyllda. I rapporten betonas behovet av fortsatt offentligt engagemang och politisk debatt.
För närvarande är genetisk modifiering av könsceller olaglig i många europeiska länder och i Kanada, och federal finansiering i Förenta staterna kan inte användas för sådant arbete. Sedan januari 2017 har forskare i Storbritannien, Sverige och Kina fått tillstånd att utföra genredigering i mänskliga embryon endast i forskningssyfte (dessutom tillåter befintliga lagar eller riktlinjer i dessa länder endast forskning på embryon upp till 14 dagar efter befruktning).
I november 2018 framkom nyhetsrapporter om att de första barnen vars genom redigerats med CRISPR under embryonala stadiet, ett tvillingpar, har fötts i Kina. Även om påståendena fortfarande inte har validerats oberoende eller publicerats i fackgranskade tidskrifter har påståendena väckt betydande kontroverser. Under 2019 fortsätter forskare, etiker och samhället i stort att debattera vägen framåt.
CRISPR och miljön
CRISPR har också öppnat en väg för att konstruera världen omkring oss till förmån för människors hälsa och vår miljö. Tillämpningarna omfattar möjligheten att modifiera eller till och med utrota sjukdomsspridande insekter, t.ex. myggor. Det kan också bli möjligt att återskapa utdöda djur, t.ex. den ulliga mammuten, så att de återigen kan vandra runt på jorden, vilket enligt vissa forskare skulle kunna bidra till att hantera klimatförändringarna. Alla håller dock inte med om att dessa tillämpningar nödvändigtvis skulle vara en ”fördel”, medan andra oroar sig för oavsiktliga konsekvenser av dessa ekosystemförändrande åtgärder.
Vägen framåt
Genredigering har en betydande potential att gynna människors hälsa. Samtidigt väcker den djupgående frågor som kräver offentlig diskussion – vad händer om vi gör ändringar som vi ångrar? Vad händer om till synes säkra genetiska förändringar visar sig få oavsiktliga konsekvenser? Vilka är säkerhetsnormerna när det medicinska samfundet försöker utforska dessa verktyg i syfte att minska lidandet? Om vi som samhälle är överens om att användningen av genomredigering är godtagbar, hur ser vi då till att alla individer är medvetna om potentialen i denna teknik och att alla som vill ha tillgång till sådan teknik har råd med den? Forskare, bioetiker och beslutsfattare, inklusive ett antal av de forskare som var pionjärer inom CRISPR, har uppmanat till försiktighet och behovet av offentligt samråd och dialog där även religiösa ledare, miljöaktivister och förespråkare för patienter och personer med funktionshinder deltar. När samhället söker en balans mellan önskan att förverkliga fördelarna med genredigering och en rad andra frågor hoppas pgEd kunna bidra till att underlätta breda samtal som engagerar alla samhällen och ser till att olika värderingar och röster blir hörda.
För mer information om de tekniska och politiska frågorna kring CRISPR och genomredigering, klicka här.
Relaterade lektionsplaner:
Genomredigering och CRISPR
Klagan om att CRISPR används för att redigera arvsmassan hos tvillingflickor födda 2018
Ingenjörsvetenskap i världen omkring oss: Genombredigering och miljön
Relaterade blogginlägg:
”PgEd-lektion om CRISPR-redigerade tvillingar” (mars 2019)
”Sicklecellsjukdom och genteknik: Minilektion från pgEd” (november 2017)
”I nyheterna: Framsteg för genterapi” (oktober 2017)
”I nyheterna: Forskare använder CRISPR för att redigera sjukdomsframkallande genvarianter i mänskliga embryon” (augusti 2017)
”I nyheterna: ”I nyheterna: Den nya metoden för att ändra en genvariant som orsakar en sjukdom i ett mänskligt embryo: Klinisk användning av CRISPR tar ett steg framåt” (juni 2016)
”I nyheterna: CRISPR tar ett steg framåt” (juni 2016)
”I nyheterna: CRISPR tar ett steg framåt: Den första optogenetikförsöket på människor går vidare” (mars 2016)
”I nyheterna: Den första optogenetikförsöket på människor går vidare: (december 2015)
”I nyheterna: ”Den första fasen av optiska metoder för att kontrollera sjukdomsalstrande myggor är på väg att bli verklighet: Potentiellt nytt tillvägagångssätt för genterapi för sicklecellsjukdom” (september 2015)
Sharon Begley, ”No red line against CRISPR’ing early embryos, experts rule” (STAT, februari 2017)
David Cyranoski, ”CRISPR gene-editing tested in a person for the first time” (Nature, November 2016)
Antonio Regalado, ”Meet the Moralist Policing Gene Drives, a Technology That Messes with Evolution” (MIT Technology Review, juni 2016)
Erica Check Hayden, ”Should you edit your children’s genes?” (Nature, februari 2016)
Ed Yong, ”Vad kan du egentligen göra med din fina genredigeringsteknik?” (Nature, februari 2016). (The Atlantic, december 2015)
Carl Zimmer, ”Editing of Pig DNA May Lead To More Organs For People” (New York Times, oktober 2015)
Nathaniel Comfort, ”Can We Cure Genetic Diseases Without Slipping Into Eugenics?” (The Atlantic, december 2015). (The Nation, juli 2015)
Andrew Pollack, ”A Powerful New Way to Edit DNA” (New York Times, mars 2014)