Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Инженерия зародышевой линии человека - это процесс, с помощью которого  геном  человека редактируется таким образом, чтобы изменения передавались по наследству. Это достигается за счет генетических изменений в  половых клетках или репродуктивных клетках, таких как яйцеклетка и сперма. Инженерия зародышевой линии человека - это тип генетической модификации, которая напрямую манипулирует геномом с помощью методов молекулярной инженерии . [1] Помимо инженерии зародышевой линии, генетическая модификация может применяться другим способом - соматической генетической модификацией. [1] Соматическая модификация гена заключается в изменении  соматических клеток., которые представляют собой все клетки тела, не участвующие в воспроизводстве. Хотя соматическая генная терапия действительно изменяет геном клеток-мишеней, эти клетки не находятся в зародышевой линии, поэтому изменения не передаются по наследству и не могут быть переданы следующему поколению.

По соображениям безопасности, этическим и социальным причинам научное сообщество и общественность в целом согласны с тем, что редактирование зародышевой линии - это красная линия, которую нельзя переходить. Использование редактирования зародышевой линии для воспроизводства запрещено законом более чем в 40 странах и обязательным международным договором Совета Европы . Однако в ноябре 2015 года группа китайских ученых применила методику редактирования генов  CRISPR / Cas9. редактировать одноклеточные нежизнеспособные эмбрионы, чтобы увидеть эффективность этого метода. Эта попытка была довольно неудачной; только небольшая часть эмбрионов успешно включала новый генетический материал, а многие эмбрионы содержали большое количество случайных мутаций. Использованные нежизнеспособные эмбрионы содержали дополнительный набор хромосом, что могло быть проблематичным. В 2016 году в Китае было проведено еще одно аналогичное исследование, в котором также использовались нежизнеспособные эмбрионы с дополнительными наборами хромосом. Это исследование показало очень похожие результаты на первое; Были успешные интеграции желаемого гена, но большинство попыток были неудачными или приводили к нежелательным мутациям.

В самом последнем и, возможно, наиболее успешном эксперименте в августе 2017 года была предпринята попытка коррекции гетерозиготной   мутации MYBPC3, связанной с  гипертрофической кардиомиопатией  у человеческих эмбрионов, с помощью точного нацеливания CRISPR – Cas9. [2] 52% человеческих эмбрионов были успешно отредактированы, чтобы сохранить только  нормальную копию гена MYBPC3 дикого типа , остальные эмбрионы были  мозаичными , где некоторые клетки  зиготы  содержали нормальную копию гена, а некоторые содержали мутацию.

В ноябре 2018 года исследователь  Хэ Цзянькуй  заявил, что создал первых человеческих генетически отредактированных младенцев, известных под псевдонимами  Лулу и Нана . В мае 2019 года китайские юристы сообщили, что в свете предполагаемого создания Хэ Цзянькуй первых людей, подвергшихся редактированию генов, разработка правил, согласно которым любой, кто манипулирует геномом человека с помощью методов редактирования генов, таких как CRISPR, будет нести ответственность за любые связанные с этим неблагоприятные последствия. [3]

CRISPR-cas9 [ править ]

Редактирование генома - это группа технологий, которые дают ученым возможность изменять ДНК организма. Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в определенных местах генома. Было разработано несколько подходов к редактированию генома. CRISPR-Cas9, что является сокращением от сгруппированных коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами и ассоциированного с CRISPR белка 9, на сегодняшний день является наиболее эффективным методом редактирования генов.

Система CRISPR-Cas9 состоит из двух ключевых молекул, которые вносят изменения в ДНК. Фермент Cas9 действует как пара «молекулярных ножниц», которые могут разрезать две нити ДНК в определенном месте генома, чтобы затем можно было добавить или удалить определенные фрагменты ДНК. Фрагмент РНК, называемый направляющей РНК (гРНК), который состоит из небольшого фрагмента предварительно разработанной последовательности РНК (длиной около 20 оснований), расположенной в более длинном каркасе РНК. Каркасная часть связывается с ДНК, а заранее разработанная последовательность «направляет» Cas9 в нужную часть генома. Это гарантирует, что фермент Cas9 разрезает в нужной точке генома. [4]

Направляющая РНК предназначена для поиска и связывания определенной последовательности в ДНК. ГРНК имеет основания РНК, которые комплементарны основаниям целевой последовательности ДНК в геноме. Это означает, что направляющая РНК будет связываться только с целевой последовательностью, а не с другими участками генома. Cas9 следует за направляющей РНК в одно и то же место в последовательности ДНК и делает разрез через обе нити ДНК. На этом этапе клетка распознает, что ДНК повреждена, и пытается ее восстановить. [5] Ученые могут использовать механизм восстановления ДНК для внесения изменений в один или несколько генов в геном интересующей клетки.

Хотя CRISPR / Cas9 можно использовать на людях, [6] он чаще используется учеными в других моделях животных или системах клеточных культур, в том числе в экспериментах, чтобы узнать больше о генах, которые могут быть вовлечены в заболевания человека. Клинические испытания проводятся на соматических клетках, но CRISPR может позволить модифицировать ДНК сперматогониальных стволовых клеток. Это может устранить определенные заболевания у человека или, по крайней мере, значительно снизить частоту заболевания, пока оно в конечном итоге не исчезнет из поколения в поколение. [7] Теоретически выжившие после рака смогут модифицировать свои гены с помощью CRISPR / cas9, чтобы определенные заболевания или мутации не передавались их потомству. Это могло бы устранить предрасположенность человека к раку. [7] Исследователи надеются, что в будущем они смогут использовать эту систему для лечения неизлечимых болезней, полностью изменив геном.

Возможные варианты использования [ править ]

Пациент из Берлина имеет генетическую мутацию в гене CCR5 (который кодирует белок на поверхности белых кровяных телец, нацеленных вирусом ВИЧ), который деактивирует экспрессию CCR5, обеспечивая врожденную устойчивость к ВИЧ . ВИЧ / СПИД несет тяжелое бремя болезней и неизлечим (см. Эпидемиология ВИЧ / СПИДа ). Одно из предложений состоит в том, чтобы генетически модифицировать человеческие эмбрионы, чтобы дать людям аллель CCR5 Δ32.

Есть много перспективных применений, таких как лечение генетических заболеваний и расстройств. В случае усовершенствования редактирование соматических генов может обещать помощь больным людям. В первом опубликованном исследовании зародышевой линии человека исследователи попытались отредактировать ген HBB , который кодирует человеческий белок β-глобин. [2] Мутации в гене HBB приводят к нарушению β-талассемии , которое может быть фатальным. [2] Идеальное редактирование генома у пациентов, у которых есть эти мутации HBB, привело бы к созданию копий гена, которые не имеют никаких мутаций, что эффективно излечит болезнь. Важность редактирования зародышевой линии будет состоять в том, чтобы передать эту нормальную копию HBB. гены для будущих поколений.

Еще одно возможное применение инженерии зародышевой линии человека - это евгенические модификации человека, в результате которых появятся так называемые « дизайнерские младенцы ». Концепция «дизайнерского малыша» заключается в том, что может быть выбран весь его генетический состав. [8] В крайнем случае, люди смогут эффективно создать потомство, которое они хотят, с генотипом по своему выбору. Инженерия зародышевой линии человека не только позволяет выбрать определенные черты, но также позволяет улучшить эти черты. [8] Использование редактирования зародышевой линии человека для отбора и улучшения в настоящее время очень тщательно изучается, и это основная движущая сила попытки запретить инженерию зародышевой линии человека. [9]

Возможность создания зародышевой линии генетических кодов человека станет началом искоренения неизлечимых болезней, таких как ВИЧ / СПИД, серповидно-клеточная анемия и множественные формы рака, которые мы не можем ни остановить, ни вылечить сегодня. [10] Ученые, владеющие технологиями, позволяющими не только искоренить существующие заболевания, но и полностью предотвратить их у плода, принесут целое новое поколение медицинских технологий. Люди и другие млекопитающие получают множество смертельных заболеваний, потому что ученые не нашли методических способов их лечения. Благодаря инженерии зародышевой линии врачи и ученые смогут предотвратить распространение известных и будущих болезней в виде эпидемии.

Состояние исследования [ править ]

Тема инженерии зародышевой линии человека является широко обсуждаемой темой. Официально он запрещен более чем в 40 странах. В настоящее время 15 из 22 западноевропейских стран объявили разработку зародышевой линии человека вне закона. [11] Модификация зародышевой линии человека в течение многих лет была строго запрещена. В Соединенных Штатах нет действующего законодательства, которое прямо запрещает инженерию зародышевой линии, однако Закон о консолидированных ассигнованиях от 2016 года запретил использование средств Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для участия в исследованиях, касающихся модификаций зародышевой линии человека. [12]В последние годы, поскольку новое открытие, известное как «редактирование генов» или «редактирование генома», способствовало появлению предположений об их использовании в человеческих эмбрионах. В 2014 году было сказано об исследователях в США и Китае, работающих с человеческими эмбрионами. В апреле 2015 года исследовательская группа опубликовала эксперимент, в котором они использовали CRISPR для редактирования гена, связанного с заболеванием крови у неживых человеческих эмбрионов. Все эти эксперименты были крайне неудачными, но инструменты редактирования генов используются в лабораториях.

Ученые, использующие систему CRISPR / cas9 для модификации генетических материалов, столкнулись с проблемами, когда дело доходит до изменений у млекопитающих из-за сложных диплоидных клеток. Были проведены исследования на микроорганизмах в отношении генетического скрининга потери функции, а в некоторых исследованиях использовались мыши в качестве субъектов. Процессы РНК различаются между бактериями и клетками млекопитающих, и ученые столкнулись с трудностями при кодировании транслируемых данных мРНК без вмешательства РНК. Были проведены исследования с использованием нуклеазы cas9, которая использует единственную направляющую РНК, чтобы обеспечить более крупные нокаутные области у мышей, что оказалось успешным. [13] Изменение генетической последовательности млекопитающих также широко обсуждалось, что создало сложный стандарт регулирования FDA для этих исследований.

Отсутствие четкого международного регулирования привело к тому, что исследователи по всему миру пытались создать международную основу этических принципов. В нынешней структуре отсутствуют необходимые договоры между странами для создания механизма международного правоприменения. На первом Международном саммите по редактированию генов человека в декабре 2015 года сотрудничество ученых выпустило первые международные рекомендации по генетическим исследованиям. [14]Эти рекомендации позволяют проводить доклинические исследования по редактированию генетических последовательностей в клетках человека, при условии, что эмбрионы не используются для имплантации беременности. Генетическое изменение соматических клеток для терапевтических целей также считалось этически приемлемой областью исследований отчасти из-за отсутствия способности соматических клеток передавать генетический материал последующим поколениям. Однако, ссылаясь на отсутствие общественного согласия и риск неточного редактирования генов, конференция призвала к ограничению любых модификаций зародышевой линии имплантированных эмбрионов, предназначенных для беременности.

В связи с международным протестом в ответ на первый зарегистрированный случай имплантации эмбрионов с отредактированной зародышевой линией человека исследователем Хэ Цзянькуй , ученые продолжили обсуждение наилучшего возможного механизма для обеспечения соблюдения международных норм. 13 марта 2019 г. исследователи Эрик Ландер , Франсуаза Бейлис , Фэн Чжан , Эммануэль Шарпантье., Пол Берг вместе с другими людьми со всего мира опубликовал призыв к созданию структуры, которая не исключает какого-либо результата, но включает в себя добровольное обязательство стран наряду с координирующим органом для мониторинга применения объявленных странами моратория на редактирование зародышевой линии человека с попыткой чтобы достичь социального консенсуса, прежде чем переходить к дальнейшим исследованиям. [15] 18 декабря 2018 года Всемирная организация здравоохранения объявила о планах созвать специальный комитет по клиническому редактированию зародышевой линии. [16]

Этические и моральные дебаты [ править ]

В настоящее время существует много споров вокруг инженерии зародышевой линии человека. Еще в начале истории биотехнологии, в 1990 году, были ученые, выступавшие против попыток изменить зародышевую линию человека с помощью этих новых инструментов [17], и такие опасения сохранялись по мере развития технологий. [18] [19] С появлением новых методов, таких как CRISPR , в марте 2015 года группа ученых призвала к введению во всем мире моратория на клиническое использование технологий редактирования генов для редактирования генома человека таким образом, чтобы его можно было унаследовать. [20] [21] [22] [23] В апреле 2015 года исследователи вызвали споры, когда сообщилирезультаты фундаментальных исследований по редактированию ДНК нежизнеспособных человеческих эмбрионов с использованием CRISPR. [24] [25] Комитет Американской национальной академии наук и Национальной медицинской академии оказал квалифицированную поддержку редактированию генома человека в 2017 году [26] [27] после того, как были найдены ответы на проблемы безопасности и эффективности, «но только для серьезных условия под строгим контролем ». [28]

Редактирование генов человеческих эмбрионов очень отличается и вызывает серьезные социальные и этические проблемы. Научное сообщество и мировое сообщество разделились во мнениях относительно того, следует ли заниматься инженерией зародышевой линии человека или нет. В настоящее время он запрещен во многих ведущих развитых странах и строго регулируется в других из-за этических проблем. [29]

Совет Американской медицинской ассоциации по этическим и судебным вопросам заявил, что «генетические вмешательства для улучшения характеристик должны считаться допустимыми только в строго ограниченных ситуациях: (1) явная и значимая польза для плода или ребенка; (2) отсутствие компромисса с другими характеристиками или чертами и (3) равный доступ к генетической технологии, независимо от дохода или других социально-экономических характеристик ". [30]

Этические утверждения о зародышевой инженерии включают убеждения, что каждый плод имеет право оставаться генетически немодифицированным, что родители имеют право генетически модифицировать свое потомство и что каждый ребенок имеет право родиться без болезней, которые можно предотвратить. [31] [32] [33] Для родителей генная инженерия может рассматриваться как еще один метод улучшения ребенка, который можно добавить к диете, упражнениям, образованию, тренировкам, косметике и пластической хирургии. [34] [35] Другой теоретик утверждает, что моральные соображения ограничивают, но не запрещают инженерию зародышевой линии. [36]

Одна из наиболее важных проблем, связанных с редактированием генома человека, связана с влиянием технологии на будущих людей, чьи гены изменяются без их согласия. Клиническая этика принимает идею о том, что родители почти всегда являются наиболее подходящими суррогатными лицами, принимающими медицинские решения для своих детей, до тех пор, пока у детей не разовьется собственная автономия и способность принимать решения. Это основано на предположении, что, за исключением редких случаев, родители могут больше всего терять или получать от решения и в конечном итоге будут принимать решения, отражающие будущие ценности и убеждения их детей. В более широком смысле, мы можем предположить, что родители также являются наиболее подходящими лицами, принимающими решения для своих будущих детей.Хотя есть отдельные сообщения о детях и взрослых, которые не согласны с медицинскими решениями, принятыми родителями во время беременности или раннего детства, особенно когда смерть была возможным исходом. Следует отметить, что публикуются также рассказы пациентов, которые твердо убеждены в том, что они не хотели бы изменять или устранять свое собственное заболевание, если бы им был предоставлен выбор, и людей, которые не согласны с медицинскими решениями, принятыми их родителями в детстве.[37]

The other ethical concern lies in the principle of “Designer Babies” or the creation of humans with "perfect", or "desirable" traits. There is a debate as to if this is morally acceptable as well. Such debate ranges from the ethical obligation to use safe and efficient technology to prevent disease to somehow seeing actual benefit in genetic disabilities. There is a fear that the introduction of desirable traits in a certain part of the population (instead of the entire population) could cause economic inequalities (“positional” good)[clarification needed].[38] However, this isn't the case if a same desirable trait would be introduced over the entire population (similar to vaccines).

While typically there is a clash between religion and science, the topic of human germline engineering has shown some unity between the two fields. Several religious positions have been published with regards to human germline engineering. According to them, many see germline modification as being more moral than the alternative, which would be either discarding of the embryo, or birth of a diseased human. The main conditions when it comes to whether or not it is morally and ethically acceptable lie within the intent of the modification, and the conditions in which the engineering is done.

The process of modifying the human genome has raised ethical questions. One of the issues is “off target effects”, large genomes may contain identical or homologous DNA sequences, and the enzyme complex CRISPR/Cas9 may unintentionally cleave these DNA sequences causing mutations that may lead to cell death. The mutations can cause important genes to be turned on or off, such as genetic anti-cancer mechanisms, that could speed up disease exasperation.[37][39][40][41][42]

Other ethical concerns are: unintentionally editing the human germline forever, not knowing how one change to a human germline will affect the expression of the remainder of the genes. A scientist recently made an apt analogy for us to understand in regard to mapping and manipulating the human genome / germline is in relation to a stage play: it is if we have very precise character descriptions (the mapped genome), and yet we (the scientific community) have no idea yet how the characters interact with each other. In other words, if one makes one change to the human germline, what other cascade of changes might we be making? [43] [44]

Yet more ethical concerns might include the manipulation of viruses, the transfer of genes in order to use them as a weapon, or corporate America exploiting crops and animals in order to manufacture traits to meet economic needs, without ethical consideration. Although genome editing techniques may be a fairly inexpensive way to achieve genetic modification, there are larger issues of social justice that should be considered, specifically the issues that attach to distributing its benefits equitably. If corporations may be able to take unfair advantage and increase the inequalities in the event that they take advantage of patent law or other ways of restricting access to resources in relation to genome editing; there are already fights in the courts where these CRISPR-Cas9 patents and access issues are being negotiated.[45]

Genetically modified humans and designer babies[edit]

Further information: Designer baby

A genetically modified human contains a genetic makeup that has been selected or altered, often to include a particular gene or to remove genes associated with the disease. This process usually involves analyzing human embryos to identify genes associated with the disease, and selecting embryos that have the desired genetic makeup - a process known as a preimplantation genetic diagnosis. Pre-implantation genetic diagnosis (PGD or PIGD) is a procedure in which embryos are screened prior to implantation. The technique is used alongside in vitro fertilization (IVF) to obtain embryos for evaluation of the genome – alternatively, ovocytes can be screened prior to fertilization. The technique was first used in 1989.

PGD is used primarily to select embryos for implantation in the case of possible genetic defects, allowing identification of mutated or disease-related alleles and selection against them. It is especially useful in embryos from parents where one or both carry a heritable disease. PGD can also be used to select for embryos of a certain sex, most commonly when a disease is more strongly associated with one sex than the other (as is the case for X-linked disorders which are more common in males, such as hemophilia). Infants born with traits selected following PGD are sometimes considered to be designer babies.[46]

One application of PGD is the selection of ‘savior siblings’, children who are born to provide a transplant (of an organ or group of cells) to a sibling with a usually life-threatening disease. Savior siblings are conceived through IVF and then screened using PGD to analyze genetic similarity to the child needing a transplant, in order to reduce the risk of rejection.

PGD technique[edit]

Embryos for PGD are obtained from IVF procedures in which the oocyte is artificially fertilized by sperm. Oocytes from the woman are harvested following controlled ovarian hyper stimulation (COH), which involves fertility treatments to induce production of multiple oocytes. After harvesting the oocytes, they are fertilized in vitro, either during incubation with multiple sperm cells in culture, or via intracytoplasmic sperm injection(ICSI), where sperm is directly injected into the oocyte.[40] Such tests include amniocentesis, ultrasounds, and other preimplantation genetic diagnostic tests. These tests are quite common, and reliable, as we talk about them today; however, in the past when they were first introduced, they too were scrutinized.[40] The resulting embryos are usually cultured for 3–6 days, allowing them to reach the blastomere or blastocyst stage.Once embryos reach the desired stage of development, cells are biopsied and genetically screened. The screening procedure varies based on the nature of the disorder being investigated. Polymerase chain reaction (PCR) is a process in which DNA sequences are amplified to produce many more copies of the same segment, allowing screening of large samples and identification of specific genes. The process is often used when screening for monogenic disorders, such as cystic fibrosis.

Another screening technique, fluorescent in situ hybridization (FISH) uses fluorescent probes which specifically bind to highly complementary sequences on chromosomes, which can then be identified using fluorescence microscopy. FISH is often used when screening for chromosomal abnormalities such as aneuploidy, making it a useful tool when screening for disorders such as Down syndrome.[40]

Following screening, embryos with the desired trait (or lacking an undesired trait such as a mutation) are transferred into the mother's uterus, then allowed to develop naturally.

He Jiankui controversy and research[edit]

Main article: He Jiankui affair

On 25 November 2018, two days before the Second International Summit on Human Genome Editing in Hong Kong, Jian-kui HE, a Chinese researcher of the Southern University of Science and Technology, released a video on YouTube announcing that he and his colleagues have “created” the world’s first genetically altered babies, Lulu and Nana.

HE explained the details of his experiment - in his address at the Hong Kong conference. HE and his team had recruited eight couples through an HIV volunteer group named Baihualin (BHL) China League (one couple later withdrew from the research). All the male participants are HIV-positive, and all female participants are HIV-negative. The participants’ sperm was “washed off” to get rid of HIV and then injected into eggs collected from the female participants. By using clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)-Cas9, a gene editing technique, they disabled a gene called CCR5 in the embryos, aiming to close the protein doorway that allows HIV to enter a cell and make the subjects immune to the HIV virus. The process led to at least one successful pregnancy and the birth of the twin baby girls, Lulu and Nana. [47][48] Researcher Alcino J. Silva has discovered an impact the CCR5 gene has on the memory function the brain.[49]A major concern has been that He Jiankui’s attempts to cripple CCR5, the gene for a protein on immune cells that HIV uses to infect the cells, also made “off-target” changes elsewhere in the girls’ genomes. Those changes could cause cancer or other problems. He contends that the babies have no such off-target mutations, although some scientists are skeptical of the evidence offered so far.[50]

People inherit two copies of CCR5, one from each parent. He chose the gene as a target because he knew that about 1% of Northern European populations are born with both copies missing 32 base pairs, resulting in a truncated protein that doesn’t reach the cell surface. These people, known as CCR5Δ32 homozygotes, appear healthy and are highly resistant to HIV infection. In the embryos, He’s team designed CRISPR to cut CCR5 at the base pair at one end of the natural deletion. The error-prone cell-repair mechanism, which CRISPR depends on to finish knocking out genes, then deleted 15 base pairs in one of Lulu’s copies of the gene, but none in the other. With one normal CCR5, she is expected to have no protection from HIV. Nana, according to the data He presented in a slide at an international genome-editing summit held in November 2018 in Hong Kong, China, had bases added to one CCR5 copy and deleted from the other, which likely would cripple both genes and provide HIV resistance.

He added the genes for the CRISPR machinery almost immediately after each embryo was created through in vitro fertilization, but several researchers who closely studied the slide caution that it may have done its editing after Nana’s embryo was already past the one-cell stage. That means she could be a genetic “mosaic” who has some unaffected cells with normal CCR5—and ultimately might have no protection from HIV.

Aside from the primary HIV concerns, the gene edits may have inadvertently altered cognitive function. Researchers showed in 2016 that knocking out one or both CCR5s in mice enhances their memory and cognition. A subsequent study that crippled CCR5 in mice found that, compared with control animals, the mutants recovered from strokes more quickly and had improved motor and cognitive functions following traumatic brain injury. The later study, in the 21 February issue of Cell, also included an analysis of 68 stroke patients who had one copy of CCR5 with the HIV resistance mutation; it concluded they had improved recovery, too.

On the night of 26 November, 122 Chinese scientists issued a statement strongly condemning HE’s action as unethical. They stated that while CRISPR-Cas is not a new technology, it involves serious off-target risks and associated ethical considerations, and so should not be used to produce gene-altered babies. They described HE’s experiment as “crazy” and “a huge blow to the global reputation and development of Chinese science”. The Scientific Ethics Committee of the Academic Divisions of the Chinese Academy of Sciences posted a statement declaring their opposition to any clinical use of genome editing on human embryos, noting that “the theory is not reliable, the technology is deficient, the risks are uncontrollable, and ethics and regulations prohibit the action”.[51] The Chinese Academy of Engineering released a statement on 28 November, calling on scientists to improve self-discipline and self-regulation, and to abide by corresponding ethical principles, laws, and regulations. Finally, the Chinese Academy of Medical Sciences published a correspondence in The Lancet, stating that they are “opposed to any clinical operation of human embryo genome editing for reproductive purposes."

Major studies of influence[edit]

The first known publication of research into human germline editing was by a group of Chinese scientists in April 2015 in the Journal "Protein and Cell".[52] The scientists used tripronuclear (3PN) zygotes, zygotes fertilized by two sperm and therefore non-viable, to investigate CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human cells, something that had never been attempted before. The scientists found that while CRISPR/Cas9 could effectively cleave the β-globin gene (HBB), the efficiency of homologous recombination directed repair of HBB was highly inefficient and did not do so in a majority of the trials. Problems arose such as off target cleavage and the competitive recombination of the endogenous delta-globin with the HBB led to unexpected mutation. The results of the study indicated that repair of HBB in the embryos occurred preferentially through alternative pathways. In the end only 4 of the 54 zygotes carried the intended genetic information, and even then the successfully edited embryos were mosaics containing the preferential genetic code and the mutation. The conclusion of the scientists was that further effort was needed in to improve the precision and efficiency of CRISPER/Cas9 gene editing.

In March 2017 a group of Chinese scientists claimed to have edited three normal viable human embryos out of six total in the experiment.[53] The study showed that CRISPR/Cas9 is could effectively be used as a gene-editing tool in human 2PN zygotes, which could lead potentially pregnancy viable if implanted. The scientists used injection of Cas9 protein complexed with the relevant sgRNAs and homology donors into human embryos. The scientists found homologous recombination-mediated alteration in HBB and G6PD. The scientists also noted the limitations of their study and called for further research.

In August 2017 a group of scientists from Oregon published an article in Nature journal detailing the successful use of CRISPR to edit out a mutation responsible for congenital heart disease.[54]  The study looked at heterozygous MYBPC3 mutation in human embryos. The study claimed precise CRISPR/Cas9 and homology-directed repair response with high accuracy and precision. Double-strand breaks at the mutant paternal allele were repaired using the homologous wild-type gene. By modifying the cell cycle stage at which the DSB was induced, they were able to avoid mosaicism, which had been seen in earlier similar studies, in cleaving embryos and achieve a large percentage of homozygous embryos carrying the wild-type MYBPC3 gene without evidence of unintended mutations. The scientists concluded that the technique may be used for the correction of mutations in human embryos. The claims of this study were however pushed back on by critics who argued the evidence was overall unpersuasive.

In June 2018 a group of scientists published and article in "Nature" journal indicating a potential link for edited cells having increased potential turn cancerous.[55] The scientists reported that genome editing by CRISPR/Cas9 induced DNA damage response and the cell cycle stopped. The study was conducted in human retinal pigment epithelial cells, and the use of CRISPR led to a selection against cells with a functional p53 pathway. The conclusion of the study would suggest that p53 inhibition might increase efficiency of human germline editing and that p53 function would need to be watched when developing CRISPR/Cas9 based therapy.

In November 2018 a group of Chinese scientists published research in the journal "Molecular Therapy" detailing their use of CRISPR/Cas9 technology to correct a single mistaken amino acid successfully in 16 out of 18 attempts in a human embryo.[56] The unusual level of precision was achieved by the use of a base editor (BE) system which was constructed by fusing the deaminase to the dCas9 protein. The BE system efficiently edits the targeted C to T or G to A without the use of a donor and without DBS formation. The study focused on the FBN1 mutation that is causative for Marfan syndrome. The study provides proof positive for the corrective value of gene therapy for the FBN1 mutation in both somatic cells and germline cells. The study is noted for its relative precision which is a departure from past results of CRISPR/Cas9 studies.

See also[edit]

  • Human genetic engineering
  • Gene therapy
  • Germinal choice technology
  • CRISPR

References[edit]

  1. ^ a b Stock G, Campbell J (2000-02-03). Engineering the Human Germline: An Exploration of the Science and Ethics of Altering the Genes We Pass to Our Children. Oxford University Press. ISBN 9780195350937.
  2. ^ a b c Cyranoski D, Reardon S (2015). "Chinese scientists genetically modify human embryos". Nature. doi:10.1038/nature.2015.17378.
  3. ^ Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, Wu J, Lee Y, Suzuki K, Koski A, Ji D, Hayama T, Ahmed R, Darby H, Van Dyken C, Li Y, Kang E, Park AR, Kim D, Kim ST, Gong J, Gu Y, Xu X, Battaglia D, Krieg SA, Lee DM, Wu DH, Wolf DP, Heitner SB, Belmonte JC, Amato P, Kim JS, Kaul S, Mitalipov S (August 2017). "Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos". Nature. 548 (7668): 413–419. Bibcode:2017Natur.548..413M. doi:10.1038/nature23305. PMID 28783728.
  4. ^ "About Human Germline Gene Editing | Center for Genetics and Society". www.geneticsandsociety.org. Retrieved 2018-12-05.
  5. ^ Ormond KE, Mortlock DP, Scholes DT, Bombard Y, Brody LC, Faucett WA, et al. (August 2017). "Human Germline Genome Editing". American Journal of Human Genetics. 101 (2): 167–176. doi:10.1016/j.ajhg.2017.06.012. PMC 5544380. PMID 28777929.
  6. ^ Rodríguez-Rodríguez, Diana Raquel; Ramírez-Solís, Ramiro; Garza-Elizondo, Mario Alberto; Garza-Rodríguez, María De Lourdes; Barrera-Saldaña, Hugo Alberto (April 2019). "Genome editing: A perspective on the application of CRISPR/Cas9 to study human diseases (Review)". International Journal of Molecular Medicine. 43 (4): 1559–1574. doi:10.3892/ijmm.2019.4112. ISSN 1791-244X. PMC 6414166. PMID 30816503.
  7. ^ a b Katz G, Pitts PJ (November 2017). "Implications of CRISPR-Based Germline Engineering for Cancer Survivors". Therapeutic Innovation & Regulatory Science. 51 (6): 672–682. doi:10.1177/2168479017723401. PMID 30227096.
  8. ^ a b National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/24623.
  9. ^ Lock M, Nichter M (2003-09-02). New Horizons in Medical Anthropology: Essays in Honour of Charles Leslie. Routledge. ISBN 9781134471287.
  10. ^ Lanphier, Edward, et al. “Don't Edit the Human Germ Line.” Nature News, Nature Publishing Group, 12 Mar. 2015, www.nature.com/news/don-t-edit-the-human-germ-line-1.17111
  11. ^ Lanphier E, Urnov F, Haecker SE, Werner M, Smolenski J (March 2015). "Don't edit the human germ line". Nature. 519 (7544): 410–1. Bibcode:2015Natur.519..410L. doi:10.1038/519410a. PMID 25810189.
  12. ^ Cohen IG, Adashi EY (August 2016). "SCIENCE AND REGULATION. The FDA is prohibited from going germline". Science. 353 (6299): 545–6. Bibcode:2016Sci...353..545C. doi:10.1126/science.aag2960. PMID 27493171.
  13. ^ Wang, Tim; et al. (2014). "Genetic screens in human cells using the CRISPR-Cas9 system". Science. 343 (6166): 80–4. Bibcode:2014Sci...343...80W. doi:10.1126/science.1246981. PMC 3972032. PMID 24336569.
  14. ^ "On Human Gene Editing: International Summit Statement". www8.nationalacademies.org. Retrieved 2019-04-18.
  15. ^ "Germline gene-editing research needs rules". Nature. 567 (7747): 145. March 2019. doi:10.1038/d41586-019-00788-5. PMID 30867612.
  16. ^ "WHO | Gene editing". WHO. Retrieved 2019-04-18.
  17. ^ The Declaration of Inuyama: Human Genome Mapping, Genetic Screening and Gene Therapy. cioms.ch
  18. ^ Smith KR, Chan S, Harris J (October 2012). "Human germline genetic modification: scientific and bioethical perspectives". Archives of Medical Research. 43 (7): 491–513. doi:10.1016/j.arcmed.2012.09.003. PMID 23072719.
  19. ^ Reardon S (14 February 2017). "US science advisers outline path to genetically modified babies". Nature. doi:10.1038/nature.2017.21474.
  20. ^ Wade N (19 March 2015). "Scientists Seek Ban on Method of Editing the Human Genome". The New York Times. Retrieved 20 March 2015. The biologists writing in Science support continuing laboratory research with the technique, and few if any scientists believe it is ready for clinical use.
  21. ^ Pollack A (3 March 2015). "A Powerful New Way to Edit DNA". The New York Times. Retrieved 20 March 2015.
  22. ^ Baltimore D, Berg P, Botchan M, Carroll D, Charo RA, Church G, Corn JE, Daley GQ, Doudna JA, Fenner M, Greely HT, Jinek M, Martin GS, Penhoet E, Puck J, Sternberg SH, Weissman JS, Yamamoto KR (April 2015). "Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification". Science. 348 (6230): 36–8. Bibcode:2015Sci...348...36B. doi:10.1126/science.aab1028. PMC 4394183. PMID 25791083.
  23. ^ Lanphier E, Urnov F, Haecker SE, Werner M, Smolenski J (March 2015). "Don't edit the human germ line". Nature. 519 (7544): 410–1. Bibcode:2015Natur.519..410L. doi:10.1038/519410a. PMID 25810189.
  24. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes". Protein & Cell. 6 (5): 363–372. doi:10.1007/s13238-015-0153-5. PMC 4417674. PMID 25894090.
  25. ^ Kolata G (23 April 2015). "Chinese Scientists Edit Genes of Human Embryos, Raising Concerns". The New York Times. Retrieved 24 April 2015.
  26. ^ Harmon A (2017-02-14). "Human Gene Editing Receives Science Panel's Support". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2017-02-17.
  27. ^ Committee on Human Gene Editing: Scientific, Medical, and Ethical Considerations. "Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance". nationalacademies.org. National Academy of Sciences; National Academy of Medicine. Retrieved 21 February 2017.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  28. ^ "Scientists OK genetically engineering babies". New York Post. Reuters. 2017-02-14. Retrieved 2017-02-17.
  29. ^ Krause, Kenneth W. (2017). "Editing the Human Germline: Groundbreaking Science and Mind-Numbing Sentiment". Skeptical Inquirer. 41 (6): 29–31.
  30. ^ "Ethical issues related to prenatal genetic testing. The Council on Ethical and Judicial Affairs, American Medical Association". Archives of Family Medicine. 3 (7): 633–642. July 1994. doi:10.1001/archfami.3.7.633. PMID 7921302.
  31. ^ Powell R, Buchanan A (February 2011). "Breaking evolution's chains: the prospect of deliberate genetic modification in humans". The Journal of Medicine and Philosophy. 36 (1): 6–27. doi:10.1093/jmp/jhq057. PMID 21228084.
  32. ^ Baylis F, Robert JS (2004). "The inevitability of genetic enhancement technologies". Bioethics. 18 (1): 1–26. doi:10.1111/j.1467-8519.2004.00376.x. PMID 15168695.
  33. ^ Evans J (2002). Playing God?: Human Genetic Engineering and the Rationalization of Public Bioethical Debate. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-22262-2.
  34. ^ Gene Therapy and Genetic Engineering. Archived 3 December 2013 at the Wayback Machine The Center for Health Ethics, University of Missouri School of Medicine. 25 April 2013.
  35. ^ Roco MC, Bainbridge WS (2002). "Converging Technologies for Improving Human Performance: Integrating From the Nanoscale". Journal of Nanoparticle Research. 4 (4): 281–295. Bibcode:2002JNR.....4..281R. doi:10.1023/A:1021152023349. S2CID 136290217.
  36. ^ Allhoff F (March 2005). "Germ-line genetic enhancement and Rawlsian primary goods" (PDF). Kennedy Institute of Ethics Journal. 15 (1): 39–56. CiteSeerX 10.1.1.566.171. doi:10.1353/ken.2005.0007. PMID 15881795. S2CID 14432440.
  37. ^ a b Ishii T (August 2014). "Potential impact of human mitochondrial replacement on global policy regarding germline gene modification". Reproductive Biomedicine Online. 29 (2): 150–5. doi:10.1016/j.rbmo.2014.04.001. PMID 24832374.
  38. ^ Human genetic enhancement might soon be possible - but where do we draw the line ?
  39. ^ Cole-Turner, Ronald (2008). Design and Destiny: Jewish and Christian Perspectives on Human Germline Modification. MIT Press. ISBN 9780262533010.
  40. ^ a b c d Stock, Gregory (2003). Redesigning Humans: Choosing Our Genes, Changing Our Future. Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 978-0618340835.
  41. ^ "Germ-line gene modification and disease prevention: Some me - ProQuest". search.proquest.com. Retrieved 2017-06-09.
  42. ^ "A slippery slope to human germline modification - ProQuest". search.proquest.com. Retrieved 2017-06-09.
  43. ^ Newson, A (2016). "Being Human: The Ethics, Law, and Scientific Progress of Genome Editing". Australian Quarterly. 87 (1): 3.
  44. ^ "Sickle Cell Anemia: Stem Cell Therapy – Donald Kohn". YouTube. California Institute for Regenerative Medicine. Retrieved 20 February 2020.
  45. ^ Newson, A (2016). "Being Human: The Ethics, Law, and Scientific Progress of Genome Editing". Australian Quarterly. 87 (1): 3.
  46. ^ Jin, Shouguang; March 27, University of Florida |; ET, 2015 01:17pm. "Are Tools for Tweaking Embryonic Cells Ethical? (Op-Ed)". Live Science. Retrieved 2018-12-05.
  47. ^ Begley, Sharon (28 November 2018). "Amid uproar, Chinese scientist defends creating gene-edited babies". STAT News.
  48. ^ "复盘贺建奎的人生轨迹：是谁给了他勇气" (in Chinese). sina.com.cn. 27 November 2018. Retrieved 28 November 2018.
  49. ^ "He Jiankui Fired in Wake of CRISPR Babies Investigation". GEN - Genetic Engineering and Biotechnology News. 2019-01-21. Retrieved 2019-04-18.
  50. ^ "Amid uproar, Chinese scientist defends creating gene-edited babies". STAT. 2018-11-28. Retrieved 2019-04-18.
  51. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes". Protein & Cell. 6 (5): 363–372. doi:10.1007/s13238-015-0153-5. PMC 4417674. PMID 25894090.
  52. ^ Liang P, Xu Y, Zhang X, Ding C, Huang R, Zhang Z, Lv J, Xie X, Chen Y, Li Y, Sun Y, Bai Y, Songyang Z, Ma W, Zhou C, Huang J (May 2015). "CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes". Protein & Cell. 6 (5): 363–372. doi:10.1007/s13238-015-0153-5. PMC 4417674. PMID 25894090.
  53. ^ Tang L, Zeng Y, Du H, Gong M, Peng J, Zhang B, Lei M, Zhao F, Wang W, Li X, Liu J (June 2017). "CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human zygotes using Cas9 protein". Molecular Genetics and Genomics. 292 (3): 525–533. doi:10.1007/s00438-017-1299-z. PMID 28251317.
  54. ^ Ma H, Marti-Gutierrez N, Park SW, Wu J, Lee Y, Suzuki K, et al. (August 2017). "Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos". Nature. 548 (7668): 413–419. Bibcode:2017Natur.548..413M. doi:10.1038/nature23305. PMID 28783728.
  55. ^ Haapaniemi E, Botla S, Persson J, Schmierer B, Taipale J (July 2018). "CRISPR-Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage response". Nature Medicine. 24 (7): 927–930. doi:10.1038/s41591-018-0049-z. hdl:10138/303675. PMID 29892067.
  56. ^ Zeng Y, Li J, Li G, Huang S, Yu W, Zhang Y, Chen D, Chen J, Liu J, Huang X (November 2018). "Correction of the Marfan Syndrome Pathogenic FBN1 Mutation by Base Editing in Human Cells and Heterozygous Embryos". Molecular Therapy. 26 (11): 2631–2637. doi:10.1016/j.ymthe.2018.08.007. PMC 6224777. PMID 30166242.

Further reading[edit]

  • Enriquez, Juan; Gullans, Steve (2015). Evolving Ourselves: How Unnatural Selection is Changing Life on Earth. One World Publications. ISBN 978-1780748412.
  • Metzl, Jamie (2020). Hacking Darwin: Genetic Engineering and the Future of Humanity. Naperville, IL: Sourcebooks.
  • "Special Issue: Human Germline Editing". Bioethics. 34 (1). 2020.
  • Venter, Craig (2014). Life at the Speed of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life. United Kingdom: Penguin Books. ISBN 978-0143125907.