การศึกษาใหม่เตือนถึงอันตรายของการตัดต่อยีนในตัวอ่อนของมนุษย์

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าเซลล์ของเอ็มบริโอของมนุษย์ในยุคแรกๆ มักไม่สามารถซ่อมแซมความเสียหายต่อดีเอ็นเอได้ นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้มีนัยสำคัญสำหรับการใช้เทคนิคการตัดต่อยีนเพื่อกำจัดโรคร้ายแรงที่สืบทอดมาจากตัวอ่อน เช่นเดียวกับการทำเด็กหลอดแก้วโดยทั่วไป

Dr. Nada Kubikova จาก University of Oxford (UK) นำเสนอผลงานวิจัยต่อที่ประชุมประจำปีของ European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE) ครั้งที่ 39 ว่า "การตัดต่อยีนมีศักยภาพในการแก้ไขยีนที่บกพร่อง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ มักจะเกี่ยวข้องกับการแตกหักก่อนแล้วจึงซ่อมแซมสาย DNA การค้นพบใหม่ของเราเป็นการเตือนว่าเทคโนโลยีการแก้ไขยีนที่ใช้กันทั่วไปอาจส่งผลที่ไม่พึงประสงค์และอาจเป็นอันตรายหากนำไปใช้กับตัวอ่อนของมนุษย์

เธออธิบายวิธีที่เธอประเมินเครื่องมือแก้ไขยีน CRISPR-Cas9 เพื่อตัดออกและแทนที่ส่วนของ DNA ในเซลล์ตัวอ่อนระยะแรก

ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าการใช้ CRISPR-Cas9 ในตัวอ่อนของมนุษย์ในยุคแรกเกิดความเสี่ยงอย่างมาก เราพบว่า DNA ของเซลล์ตัวอ่อนสามารถกำหนดเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง แต่น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่ค่อยนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่จำเป็นในการแก้ไขยีนที่บกพร่อง เล่นบาคาร่า บ่อยครั้งที่สายของ DNA ถูกทำลายอย่างถาวร ซึ่งอาจนำไปสู่ความผิดปกติทางพันธุกรรมเพิ่มเติมในตัวอ่อนได้"

ดร.นาดา คูบิโควา มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด

การตัดต่อยีนได้เริ่มใช้ในเด็กและผู้ใหญ่ที่เป็นโรคที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีน เช่น โรคซิสติกไฟโบรซิส มะเร็ง และโรคเซลล์รูปเคียว ความผิดปกติที่สืบทอดมาอีกมากมายสามารถหลีกเลี่ยงได้หากสามารถแก้ไขยีนในตัวอ่อนได้ก่อนที่จะฝังตัวในครรภ์ เนื่องจากนี่เป็นขั้นตอนเดียวของการพัฒนาที่สามารถรับประกันได้ว่าเทคโนโลยี CRISPR-Cas9 จะเข้าถึงทุกเซลล์ของตัวอ่อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีศักยภาพในการสร้างการเปลี่ยนแปลงในจีโนมมนุษย์ที่จะส่งต่อรุ่นสู่รุ่น และเนื่องจากความไม่แน่นอนเกี่ยวกับความปลอดภัยของมัน ปัจจุบันการใช้ในเอ็มบริโอจึงถูกห้ามในประเทศส่วนใหญ่ทั่วโลก [2]

Dr. Kubikova กล่าวว่า "ช่องว่างที่สำคัญในความรู้ของเรายังคงอยู่ "เราต้องการประเมินว่า CRISPR-Cas9 อาจเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขข้อผิดพลาดทางพันธุกรรมในตัวอ่อนของมนุษย์หรือไม่ และเพื่อให้ทราบว่าวิธีการดังกล่าวจะปลอดภัยหรือไม่"

ในการศึกษาที่ได้รับการรับรองตามหลักจริยธรรม ดร.คูบิโควาและเพื่อนร่วมงานของเธอได้ผสมไข่ที่ได้รับบริจาคเข้ากับสเปิร์มที่ได้รับบริจาคโดยใช้การฉีดสเปิร์มภายในเซลล์ (ICSI) เพื่อสร้างตัวอ่อน 84 ตัว ในตัวอ่อน 33 ตัว พวกเขาใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อสร้างรอยแยกในสองเส้นที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลของ DNA หรือที่เรียกว่าการแตกของดีเอ็นเอแบบเส้นคู่

"เราใช้ CRISPR เพื่อกำหนดเป้าหมายบริเวณ DNA ที่ไม่มียีนใด ๆ " ดร. คูบิโควากล่าว "นี่เป็นเพราะเราต้องการเรียนรู้ว่าอะไรคือความจริงเสมอว่า CRISPR ส่งผลต่อเซลล์เอ็มบริโอและดีเอ็นเอของพวกมันอย่างไร และไม่ต้องเสียสมาธิกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการรบกวนยีนบางตัว"

ตัวอ่อนที่เหลืออีก 51 ตัวถูกเก็บไว้เป็นตัวควบคุม

"เซลล์ทั้งหมดของร่างกายมีกลไกที่มีประสิทธิภาพสูงในการซ่อมแซมความเสียหายที่ส่งผลต่อ DNA ในกรณีส่วนใหญ่ ปลายของสาย DNA ที่ขาดจะเชื่อมต่อใหม่อย่างรวดเร็ว นี่เป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากความเสียหายของ DNA ที่ไม่ได้รับการซ่อมแซมอย่างต่อเนื่องจะหยุดเซลล์ทำงานอย่างถูกต้องและสามารถ อันตรายถึงชีวิต วิธีทั่วไปที่เซลล์ซ่อมแซม DNA คือการเชื่อมต่อปลายทั้งสองของสาย DNA อีกครั้ง แม้ว่าเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น เป็นเรื่องปกติที่ตัวอักษรของรหัสพันธุกรรมจะถูกลบหรือทำซ้ำที่ตำแหน่งที่มีการต่อสายกลับเข้าไปใหม่ สิ่งนี้สามารถรบกวนยีนและไม่อนุญาตให้แก้ไขการกลายพันธุ์ ซึ่งเรียกว่า non-homologous end join" ดร. คูบิโควากล่าว

"อีกวิธีหนึ่งที่เซลล์สามารถซ่อมแซมการแตกหักของ DNA ได้คือการใช้สำเนาที่ไม่บุบสลายของบริเวณที่ได้รับผลกระทบเป็นแม่แบบ คัดลอกและแทนที่บริเวณที่เสียหายตามที่ทำ เป็นไปได้ที่จะจัดหาชิ้นส่วนของ DNA ที่มีส่วนประกอบเล็กน้อยให้กับเซลล์ ลำดับดีเอ็นเอที่เปลี่ยนแปลง เช่น มีลำดับปกติมากกว่าการกลายพันธุ์ จากนั้น เซลล์อาจใช้แม่แบบเหล่านี้เมื่อซ่อมแซมการแตกที่เกิดจาก CRISPR นำชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่ขาดออกและคัดลอกส่วนที่เหลือของลำดับที่ให้มาในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้เรียกว่าการซ่อมแซมแบบโฮโมโลยีโดยตรง และเป็นกระบวนการที่จำเป็นสำหรับการแก้ไขการกลายพันธุ์"

Forensics And Toxicology eBook รวบรวมบทสัมภาษณ์ บทความ และข่าวสารชั้นนำในปีที่ผ่านมา

ดาวน์โหลดฉบับล่าสุด

นักวิจัยตรวจพบการเปลี่ยนแปลงที่ไซต์ DNA เป้าหมายในตัวอ่อน 24 ตัวจากทั้งหมด 25 ตัว ซึ่งบ่งชี้ว่า CRISPR มีประสิทธิภาพสูงในเซลล์ของตัวอ่อนมนุษย์ อย่างไรก็ตาม มีเพียง 9 เปอร์เซ็นต์ของไซต์เป้าหมายเท่านั้นที่ได้รับการซ่อมแซมโดยใช้กระบวนการที่มีประโยชน์ทางคลินิกของการซ่อมแซมที่คล้ายคลึงกัน ห้าสิบเอ็ดเปอร์เซ็นต์ของสายดีเอ็นเอที่ขาดได้รับการต่อปลายแบบ non-homologous ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่สายถูกเชื่อมต่อใหม่ ส่วนที่เหลืออีก 40% ของสายดีเอ็นเอที่แตกไม่สามารถซ่อมแซมได้ การแตกหักของสายดีเอ็นเอโดยไม่ได้รับการซ่อมแซมในที่สุดทำให้โครโมโซมชิ้นใหญ่ซึ่งขยายจากจุดที่เกิดการแตกหักไปยังจุดสิ้นสุดของโครโมโซม สูญหายหรือทำซ้ำ ความผิดปกติประเภทนี้ส่งผลต่อการมีชีวิตของตัวอ่อนและหากตัวอ่อนที่ได้รับผลกระทบถูกย้ายไปยังมดลูกและให้กำเนิดทารก

"การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าการซ่อมแซมโดยตรงที่คล้ายคลึงกันนั้นเกิดขึ้นไม่บ่อยนักในตัวอ่อนมนุษย์ยุคแรก และในช่วงสองสามวันแรกของชีวิต เซลล์ของตัวอ่อนมนุษย์จะต่อสู้เพื่อซ่อมแซมสายดีเอ็นเอที่แตกออก CRISPR-Cas9 มีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่งในการกำหนดเป้าหมายไซต์ดีเอ็นเอ อย่างไรก็ตาม เซลล์ส่วนใหญ่ซ่อมแซมการแตกตัวของ DNA ที่เกิดจาก CRISPR โดยใช้การเชื่อมปลายแบบ non-homologous ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์เพิ่มเติมแทนที่จะแก้ไขสิ่งที่มีอยู่เดิม นี่อาจเป็นความท้าทายหากมีความพยายามที่จะใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อแก้ไขความผิดปกติที่สืบทอดมาใน เอ็มบริโอของมนุษย์ ซึ่งบ่งชี้ว่าส่วนใหญ่เมื่อพยายามแล้วจะไม่ประสบผลสำเร็จ" ดร.คูบิโควากล่าว

"แม้ว่าผลลัพธ์จะเตือนไม่ให้ใช้การแก้ไขจีโนมในตัวอ่อนของมนุษย์ แต่ก็มีการค้นพบบางอย่างในเชิงบวก ซึ่งบ่งชี้ว่าสามารถลดความเสี่ยงและเพิ่มความสามารถในการกำจัดการกลายพันธุ์ได้สำเร็จโดยการปรับเปลี่ยนวิธีการดำเนินการแก้ไขจีโนม ข้อเสนอนี้ หวังว่าจะมีการปรับปรุงเทคโนโลยีในอนาคต

"โดยเฉลี่ยแล้ว ตัวอ่อนเพียง 1 ใน 4 ที่สร้างจากการทำเด็กหลอดแก้วจะประสบความสำเร็จในการให้กำเนิดทารก ครึ่งหนึ่งของตัวอ่อนจะหยุดพัฒนาในห้องปฏิบัติการก่อนที่จะสามารถส่งต่อไปยังมดลูกได้ การที่ตัวอ่อนไม่สามารถซ่อมแซมความเสียหายของ DNA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเปิดเผยโดยสิ่งนี้ การศึกษานี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมตัวอ่อนเด็กหลอดแก้วบางตัวถึงล้มเหลวในการพัฒนา ความเข้าใจนี้อาจนำไปสู่การปรับปรุงวิธีการทำเด็กหลอดแก้ว” เธอกล่าว

ตอนนี้ นักวิจัยจะมองหาวิธีใหม่ในการปกป้องตัวอ่อนระยะแรกจากความเสียหายของ DNA ซึ่งอาจนำไปสู่การปรับปรุงการรักษาภาวะเจริญพันธุ์ที่อาจเกิดขึ้น พวกเขายังวางแผนที่จะสำรวจวิธีการตัดต่อยีนที่อ่อนโยนมากขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักของสายดีเอ็นเอ ซึ่งตัวอ่อนอาจรับมือได้ง่ายกว่า

"ในอนาคต วิธีการดังกล่าวอาจเสนอความเป็นไปได้ในการย้อนกลับการกลายพันธุ์ที่ทำให้ครอบครัวเสียหายมาหลายชั่วอายุคน ป้องกันการสืบทอดความผิดปกติร้ายแรง" ดร. คูบิโควากล่าวสรุป

ประธานที่ได้รับเลือกจาก ESHRE ศาสตราจารย์ Karen Sermon หัวหน้ากลุ่มวิจัยการสืบพันธุ์และพันธุศาสตร์ Vrije Universiteit Brussel บรัสเซลส์ (เบลเยียม) ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัย เธอแสดงความคิดเห็นว่า: "นี่เป็นการศึกษาที่ยอดเยี่ยมโดย Dr. Kubikova และเพื่อนร่วมงานของเธอ มันเน้นย้ำถึงความสำคัญของการตัดต่อยีนจำเป็นต้องได้รับการวิจัยและทำความเข้าใจอย่างถี่ถ้วนก่อนที่จะพยายามแก้ไขยีนในตัวอ่อนของมนุษย์"

"ฉันคิดว่าเป็นไปได้ว่าการแก้ไขยีนจะกลายเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในอนาคตสำหรับการป้องกันทารกจากการเกิดโรคทางพันธุกรรมร้ายแรงในจำนวนจำกัด ซึ่งการทดสอบทางพันธุกรรมก่อนการฝังตัวจะไม่นำมาใช้ อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นหนึ่งใน ผิดวิธีคงต้องใช้เวลาสักระยะก่อนที่เราจะมั่นใจว่าเราเข้าใจวิธีใช้มันได้สำเร็จจริง ๆ โดยไม่มีเหตุไม่คาดคิดและไม่คาดคิดใด ๆ จะต้องมีระเบียบปฏิบัติที่เข้มงวด ในระหว่างนี้ การค้นคว้าอย่างรอบคอบเช่นนี้นำมาซึ่ง ใกล้เข้ามาอีกก้าวหนึ่ง และอาจช่วยให้เข้าใจวิธีปรับปรุงการรักษาภาวะมีบุตรยาก"