Wetenschappers Vind Gene Editing met CRISPR moeilijk te weerstaan ​​

Het hacken van het menselijk genoom heeft al lang gezorgd voor geweldig science fiction-theater omdat het altijd fantastisch onmogelijk leek en het zich zo gemakkelijk leent voor sinister plotlijnen.

Maar sinds wetenschappers erin slaagden het menselijk genoom in kaart te brengen in de jaren negentig, lijken genetisch gemanipuleerde mensen minder op fictie en meer op het vermoedelijke eindpunt van medisch onderzoek.

AdvertentieAdvertentie

We zijn nog steeds bang om op erfelijke manieren te knutselen met het menselijk genoom, zelfs als het gebruik van genetische manipulatie om mensen die ziek zijn te behandelen, echt vooruitgang begint te boeken. Het is illegaal om erfelijke DNA te bewerken in veel landen, maar niet in de Verenigde Staten. Maar we hebben de discussie over de ethische implicaties en de moelijkheden en regels van de regelgeving die moeten worden uitgewerkt als de technologie in de buurt komt, achter zich gelaten.

Maar wat in 2012 slechts een toekomstige mogelijkheid leek, werd meteen een dilemma.

Dat is het moment waarop de moleculair bioloog van de Universiteit van Californië, Jennifer Doudna, Ph. D., en enkele collega's een nieuwe genetische manipulatie techniek schetsten, CRISPR-Cas9 genaamd, in een paper in het tijdschrift Science. Kortom, de technologie laat een wetenschapper toe om problematische stukjes DNA weg te halen, een procedure met een diepgaand potentieel om verwoestende genetische ziekten zoals Huntington te genezen.

advertentie

De techniek is gemakkelijk genoeg dat elke bioloog die zich zo geneigd voelde de genetische samenstelling van een menselijk embryo kon "bewerken" en het in een vrouw implanteren met behulp van in-vitrofertilisatie (IVF). Die verandering zou voor eens en altijd in de genenpool terechtkomen.

Een aantal groepen heeft alarm geslagen dat het nu tijd is. Het is geen science fiction meer. Dr. George Daley, Harvard Medical Center

CRISPR-Cas9 zou ook potentieel de genen kunnen herprogrammeren die genetische ziekten zoals sikkelcelanemie en de ziekte van Huntington veroorzaken en een veelzijdige genezing beloven.

advertisementAdvertisement

Wetenschappers en toezichthouders zijn opgekrabbeld om bij te praten.

"Aangezien de problemen om een ​​genoom te kunnen wijzigen, met name een embryo, nu veel directer en zorgwekkender zijn, hebben een aantal groepen alarm geslagen dat het nu tijd is. Het is geen sciencefiction meer, "zei dr. George Daley, Ph. D., een stamcelbioloog in het Harvard Medical Center.

Maar critici zeggen dat het proces dat leidt of en hoe we onze genetische erfenis van de mens zullen veranderen, slapdash is, uitgesloten en bezoedeld door de belofte van winst voor diegenen die kunnen profiteren van een remedie voor kanker of een genetische ziekte - of van een oplossing voor een subjectief ongewenste genetische eigenschap.

Meer lezen: Harvard, MIT Maak CRISPR genbewerkingsinstrument krachtiger »

Een Eureka-moment

Technisch gezien is het mogelijk om het menselijk DNA te bewerken sinds het midden van de jaren 1970, toen Paul Berg, Ph.D., gekweekt menselijk DNA in E. coli-bacteriën in zijn Stanford-lab. Maar die vroege methoden waren arbeidsintensief en onbetrouwbaar.

AdvertentieAdvertisement

Doudna (uitgesproken als DOWD-na) ging per ongeluk het debat over human engineering in. Ze was een expert op het gebied van RNA en werd ingeschakeld om een ​​aantal collega's te helpen onderzoeken hoe bacteriën virussen bestrijden.

Geleidelijk werd duidelijk dat bacteriën stukjes viraal DNA identificeren en richten met behulp van CRISPR-Cas9. De eerste keer dat een bacterie een virus ontmoet, slaat het een beetje van zijn DNA op. Later diende dat DNA als een "meest gewilde" poster. Als de bacterie hetzelfde virus opnieuw tegenkomt, valt het de vertrouwde patroon van DNA aan.

Doudna en haar collega's realiseerden zich snel dat wetenschappers konden meeliften op het bacteriële proces om DNA te bewerken - of het nu van een virus, een landbouwplant of een mens was.

Advertentie

"Ik dacht, wauw, als dit zou kunnen werken in dierlijke of plantaardige cellen, zou dit een zeer, zeer nuttig en zeer krachtig hulpmiddel kunnen zijn. Eerlijk gezegd realiseerde ik me niet eens hoe krachtig, "vertelde Doudna aan NPR in een interview in 2014. (Ze verwees het verzoek van Healthline om een ​​interview, onder verwijzing naar haar professionele reisschema.)

De kracht van de nieuwe aanpak bleef niet onopgemerkt.

AdvertisementAdvertisement

Dit voorjaar publiceerden Chinese onderzoekers die de CRISPR-Cas9-methode op menselijke embryo's hadden gebruikt hun bevindingen in een Amerikaans tijdschrift.

De embryo's waren niet levensvatbaar en de aanpak werkte niet zo goed als verwacht, maar het rapport stuurde een golf van alarm door de wetenschappelijke gemeenschap, waaruit bleek hoe sterk de verleiding was om CRISPR te gebruiken om het overerfbare menselijke DNA te wijzigen.

Binnen enkele dagen na die publicatie kondigde een team van de Universiteit van Californië, San Diego (UCSD) succes aan met CRISPR op fruitvliegjes. Ze hebben veranderingen aangebracht in de genen van een paar parende fruitvliegen, zodat het kenmerk dat ze hadden ingevoegd zou worden doorgegeven aan alle nakomelingen. Dit soort genetische manipulatie wordt 'gen-drive' genoemd. "

Advertentie

De UCSD-wetenschappers dachten dat ze de methode zouden gebruiken om betere muizen en fruitvliegjes te maken voor onderzoek, maar de implicaties waren duidelijk: we konden snel een hele soort, inclusief onszelf, veranderen met CRISPR.

Vorige week vroegen Britse wetenschappers om een ​​vergunning van de Britse instantie voor menselijke bevruchting en embryologie om de genomen van menselijke embryo's opgeslagen in vruchtbaarheidsklinieken te bewerken. Ze zijn van plan om levensvatbare embryo's te gebruiken, maar beloven ze niet te implanteren nadat ze zijn aangepast.

AdvertentieAdvertentie

Meer lezen: Nieuwe technologie stelt wetenschappers in staat hiv, kankercellen te bestrijden »

Op zoek naar het verleden om met futuristische technologie om te gaan

Ondertussen zijn Doudna en andere wetenschappers, ethici en advocaten begonnen met worstelen met de ethische uitdagingen van CRISPR.

In januari ontmoetten Doudna en een kleine groep Amerikaanse leiders elkaar in Napa, Californië, om te bespreken wat ze moesten doen aan de geest die ze uit hun fles hadden laten glijden.Paul Berg, die pionierde op het gebied van genetische manipulatie met zijn ontdekking van recombinant DNA in 1975, was daar.

De groep nam de aanzet tot de conferentie Berg georganiseerd in 1975 op Asilomar Conference Grounds, net buiten Monterey, Californië, om te beslissen hoe de wetenschap zou doorgaan met genetische manipulatie. Die bijeenkomst wordt alom geprezen als bewijs dat wetenschappers veilig om kunnen gaan met controversiële en potentieel destructieve tools.

In het voorjaar publiceerden verschillende deelnemers aan de Napa-bijeenkomst - waaronder Doudna, Berg en Harvard's Daley - een standpunt waarin ze beweerden dat CRISPR niet mag worden gebruikt op reproductief DNA of kiemlijncellen. Maar, zeiden ze, laboratoriumonderzoek zou moeten doorgaan.

Aan het eind van dit jaar zal een internationaal wetenschappelijk hersenvertrouwen samenkomen in Washington, D.C., om een ​​plan te gaan maken voor mogelijke limieten voor CRISPR. De inspanning is vooruitgesneld en weerspiegelt de urgentie van de zaak.

Maar als de alleen-uitnodiging-top, gesponsord door de nationale academies van wetenschappen, techniek en geneeskunde en zijn Britse en Chinese tegenhangers, samenkomen, beweren critici dat het gedoemd is te mislukken omdat het sleutelvragen en de mogelijkheid voor openbare opmerking.

De nationale academies zeggen dat er beperkte zitplaatsen zullen zijn voor leden van het publiek.

Als CRISPR "een tijverschuiving vertegenwoordigt in termen van de manier waarop we onszelf als wezens beschouwen", zoals Daley het stelt, wat is dan de beste manier om zo'n belangrijk onderwerp te bepalen?

Sheila Jasanoff, Ph. D., professor in de wetenschappelijke en technologische studies aan de Kennedy School van Harvard, denkt dat de bijeenkomst in december al een aantal mislukkingen van de Asilomar-conferentie weergalmt.

De wetenschappers van Asilomar keken naar de producten van vroege genetische manipulatie voor hun potentieel om te worden gebruikt voor biowapens en maakten zich vooral zorgen over de risico's dat ze uit het laboratorium zouden ontsnappen.

Ze anticipeerden niet op wat heeft bewezen een verhit en langlopend debat over genetisch gemodificeerde (GM) organismen te zijn, wat grote gevolgen heeft gehad voor boeren, milieuactivisten en zwaargewichten voor de landbouwindustrie, zoals Monsanto.

"Achteraf gezien, kan men de lange, soms tragische, controverse over GM-gewassen zien … als een heropening door wereldburgers van alle dimensies van genetische manipulatie die Asilomar had uitgesloten," schreef Jasanoff in een geopende bezwaar tegen de top van de volgende generatie over genetische manipulatie.

Meer lezen: de feiten over genomica versus genetica »

Geld klonen?

De wetenschappers die bij Asilomar bijeen waren, hadden weinig te maken met de commerciële toepassingen van hun onderzoek. Maar met de Bayh-Dole Act van 1980 kregen hoogleraren en universiteiten financiële interesse in de manier waarop hun ontdekkingen werden gecommercialiseerd.

Hun commerciële belangen kunnen van invloed zijn geweest op hun keuze om de kwestie van het gebruik van CRISPR in landbouwplanten en -dieren op de internationale bijeenkomst niet te overwegen, zelfs niet wanneer het debat hierover blijft sudderen.

Doudna is betrokken bij drie van de tientallen bedrijven die zich al hebben gevormd in de hoop om de editing van CRISPR-gen te commercialiseren.Een bedrijf, Caribou Bio, is expliciet geïnteresseerd in landbouwtoepassingen.

Volgens Pete Shanks, MA, van het Centrum voor Genetica en Samenleving, zal landbouw waarschijnlijk een van de eerste winstgevende bedrijven voor CRISPR zijn, omdat zaadmodificatie niet zoveel precisie vereist als menselijke geneeskunde.

'Zolang je maar één zaadje krijgt dat werkt, ben je in orde,' zei Shanks.

Het zou moeilijk zijn om iemand in de biotechwereld te vinden die geen interesse heeft, omdat alle principals in dit gesprek wel degelijk een belangenconflict hebben. Marcy Darnovsky, Centrum voor Genetica en Samenleving

Maar de financiële belangen van Doudna bij haar ontdekking zijn meer regel dan uitzondering.

"Het zou moeilijk zijn om iemand in de biotech-wereld te vinden die geen interesse heeft omdat alle principals in dit gesprek wel degelijk een belangenconflict hebben", zei Marcy Darnovsky, Ph D., de uitvoerend directeur van het Centrum voor Genetica en Samenleving. Darnovsky, die de conferentie in Washington zal bijwonen, wil dat genetische manipulatie wordt beperkt tot medische procedures voor individuen, en niet tot erfelijke veranderingen die in de genenpool terechtkomen.

Michael Kalichman leidt het Center for Ethics and Society op UCSD. Hij beschrijft de betrokkenheid van Doudna bij de zakelijke kant van haar werk als onderdeel van haar baan als hoofd van een onderzoekslaboratorium in een wereld na Bayh-Dole.

"Het is uw taak om te proberen het te verkopen," zei hij. 'Doudna verbergt haar interesses daarin niet. In een zaal vol wetenschappers, artsen en universiteitsadvocaten zijn alle meningen gekleurd door geld.

"We hebben alleen mensen met financiële belangen die niet alleen beslissingen nemen die worden toegepast, maar ze komen ook met de vragen die worden gesteld," zei Darnovsky.

Kalichman, wiens carrière de "Bayh-Dole Act" heeft "gekoppeld", zegt dat de wet heeft geresulteerd in een snellere overgang van zuiver onderzoek naar klinische toepassingen. Maar het maakt ook ruimte voor vertekening.

"De vraag is: 'Creëert het systeem van financieel belang een vooroordeel om bepaalde dingen te zien? 'en het antwoord lijkt ja te zijn,' zei hij.

Meer lezen: DNA-synthetisch vaccin beschermt tegen MERS-virus »

Pitteren tegen harde wetenschap

In hun editorial op CRISPR - getiteld" Een voorzichtige weg vooruit voor genomische engineering en kiemlijn-genmodificatie "- Doudna, Daley, Berg en anderen zeggen dat onderzoekers zouden moeten onderzoeken hoe CRISPR werkt op menselijke embryo's - zolang niemand de gemodificeerde embryo's implanteert.

"Ze argumenteren dat het bewerken van humane kiembaancellen (gameten en vroege embryo's) voor onderzoeksdoeleinden onmiddellijk moet worden voortgezet, terwijl een dialoog over de sociale en ethische implicaties van het gebruik van gemodificeerde kiemcellen om een ​​zwangerschap te initiëren aan de gang is," zei Darnovsky. van het hoofdartikel.

Verder onderzoek, zo betoogt het stuk, zal ons meer informatie geven over hoe kiemlijnaanpassingen werken - of, zoals in het Chinese onderzoek, niet.

"Ze noemen dit 'een voorzichtig pad voorwaarts'," zei Darnovsky. "Maar het zou gemakkelijk zijn om het te lezen als:" Als ons onderzoek aantoont dat we de kiemlijn veilig en accuraat kunnen wijzigen, zal dat een argument zijn voor de ontwikkeling van GM-mensen. '"

Het is nog maar een decennium geleden dat we voor het eerst het menselijk genoom hebben gelezen. We moeten grote voorzichtigheid betrachten voordat we beginnen met het herschrijven ervan. Eric Lander, Broad Institute

Doudna heeft CRISPR beschreven als een methode voor het bewerken van de typefouten die we in de papieren tekst van de natuur krijgen. Haar metafoor is bedoeld om een ​​ongelooflijk gecompliceerd proces begrijpelijk te maken voor niet-wetenschappers. Maar het verbergt ook de risico's van het bewerken van genen: de realiteit is dat het boek van de menselijke genetica is geschreven in een taal die we nauwelijks begrijpen.

"Het is nog maar een decennium geleden dat we voor het eerst het menselijk genoom hebben gelezen. We moeten voorzichtig zijn voordat we beginnen met herschrijven, "Eric Lander, Ph. D., hoofd van het Broad Institute, schreef in zijn opinie over CRISPR.

Het Broad Institute concurreert met het West Coast-lab van Doudna voor vooruitgang in CRISPR en is bezig met een rechtszaak over wie de patenten heeft. Lander is het ermee eens dat we geen overerfbaar DNA mogen aanraken, maar hij maakt plaats voor een "mogelijke uitzondering op het corrigeren van ernstige monogene ziektegenen, in de weinige gevallen waarin er geen alternatief is. "

Wat als het onderzoek dat Doudna bepleit en Britse wetenschappers al vragen om beloftes te doen voor een verwoestende genetische ziekte zoals Huntington, niet van geval tot geval, maar door de genmutatie helemaal te elimineren? Het publiek zou waarschijnlijk toegang tot die remedie eisen.

Maar wat als wat er als een remedie leek te blijken te zijn grote onbedoelde genetische bijwerkingen had die pas in de volgende generatie duidelijk werden?

"Om van een briljante observatie te komen tot iets dat de massa's helpt, is ingewikkeld," zei Jasanoff.