Eksperyment He Jiankui. Co wiemy, a czego nie wiemy o modyfikacji genomu pierwszych „dzieci GMO”?

Na świat przyszły Lulu i Nana, chińskie dziewczynki, których genom został poddany edycji przy pomocy CRISPR/Cas. Dokonano tego w warunkach in vitro, w momencie zapłodnienia. Świat o całej sprawie powiadomiono po fakcie. To jednak dopiero początek tej historii.

25 listopada 2018 r. chiński badacz He Jiankui entuzjastycznie poinformował, że kilka tygodni wcześniej urodziły się dwie zdrowe dziewczynki, których genom został poddany edycji przy pomocy narzędzia CRISPR/Cas, wprowadzonego w momencie zapłodnienia komórki jajowej w warunkach in vitro. Wieści te przekazał poprzez… film na serwisie YouTube.

Jan Hartman: Jesteśmy w nowej epoce. Pierwszy człowiek GMO już jest

Według relacji He Jiankui wprowadzony CRISPR/Cas został tak zaprojektowany, by edytował konkretny fragment genu CCR5, kodującego receptor C-C chemokin typu 5. Ów receptor jest wykorzystywany przez wirus HIV do infekowania komórek ludzkich. Zaplanowana edycja miała doprowadzić do deaktywacji receptora, co miałoby uniemożliwiać działanie wirusa. Nosicielami naturalnie występującego wariantu CCR5 (zwanego Delta 32), charakteryzującego się delecją zbliżoną do tej wykonanej przy pomocy CRISPR/Cas, jest około 100 milionów Europejczyków i faktycznie zabezpiecza on przed infekcją wirusem HIV.

Badania nad wykorzystaniem CRISPR/Cas w celu deaktywacji wirusa HIV trwają od kilku lat. Prowadzono je z udziałem wyizolowanych komórek ludzkich i zwierząt. Wydawało się jasne, że ewentualne procedury kliniczne z udziałem CRISPR/Cas, zwłaszcza wykonywane na zarodkach, wymagać będą najwyższej możliwej transparentności i troski o bezpieczeństwo. He Jiankui postąpił jednak inaczej, działał w całkowitej tajemnicy, o rezultatach opowiadając w sposób w nauce nieprzyjęty. Kilka dni temu zaproszono go więc na odbywającą się w Hongkongu międzynarodową konferencję, by czym prędzej przybliżył szczegóły przeprowadzonych badań i procedur klinicznych.

Co tak naprawdę zdarzyło się w Chinach?

Do badania zrekrutowano osiem par, w których ojciec był nosicielem wirusa HIV, a matka nie. Ostatecznie na wykonanie zapłodnienia in vitro połączonego z edycją genomu zarodka zdecydowało się siedem z nich. Skutkiem tego było uzyskanie łącznie trzydziestu blastocyst, z czego dwie zagnieżdżono w macicy pierwszej pacjentki. Po 40 tygodniach na świat przyszły Lulu i Nana. Według He Jiankui implementację blastocyst wykonano niedawno także dla drugiej kobiety.

Zaplanowana edycja, jeżeli została przeprowadzona z powodzeniem i o ile faktycznie doprowadziła do deaktywacji receptora CCR5 w komórkach dziewczynek, powinna zabezpieczać je przed działaniem wirusa HIV. Należy jednak zaznaczyć, że całą procedurę wykonano nie po to, by zabezpieczyć dzieci przed transmisją wirusa w momencie zapłodnienia – cząstki wirusa HIV można dziś skutecznie wyeliminować z nasienia. Chodziło o to, by dziewczynki chronić przed wirusem po narodzinach, aby zapobiec zarażeniu, do którego mogłoby dojść np. na skutek przypadkowego kontaktu z krwią ojca.

Rewelacje He Jiankui wywołały falę histerycznych głosów o nastaniu nowej ery projektowania dzieci pod określone oczekiwania: od inteligencji po kolor włosów. Dla innych to początek molekularnego sterowania ludźmi przez przemysł biotechnologiczny. Wynika to raczej z niepełnego zrozumienia tego, co wydarzyło się w Chinach i przy pomocy jakich narzędzi.

Z wystąpienia konferencyjnego He Jiankui wynika, iż procedury kliniczne poprzedzono fazą badań eksperymentalnych z udziałem gryzoni i małp. Badacze sprawdzali, czy odpowiednio zaprojektowany CRISPR/Cas doprowadza do pożądanej edycji w CCR5 w komórkach zarodka. W tym celu pobierali wszystkie komórki budujące blastocystę i dla każdej z nich z osobna sekwencjonowali genom. Istotne w tego typu zabiegach jest uniknięcie tzw. mozaicyzmu, czyli dokonania edycji tylko w części komórek, co z kolei nie prowadzi do założonego efektu klinicznego. Wiadomo, że jeżeli CRISPR/Cas wprowadzi się w momencie zapłodnienia, to ryzyko takiego zjawiska jest bardzo niskie. Chińczycy wprowadzali go dodatkowo jeszcze raz chwilę po zapłodnieniu.

CRISPR/Cas nie jest uniwersalnym narzędziem do edycji genomu

Sekwencjonowanie genomu każdej komórki umożliwiło również sprawdzenie, czy wprowadzony CRISPR/Cas nie prowadzi do innych, niepożądanych zmian poza sekwencją CCR5. Narzędzie to często przedstawia się jako takie, które daje nieograniczone możliwości edytowania dowolnych, wskazanych przez badacza części genomu. W rzeczywistości jednak system ten nakierowywany jest na odpowiednie miejsca przez nić RNA (tzw. guided RNA, gRNA) o długości jedynie 20 nukleotydów. Ponadto, sekwencje gRNA nie muszą być w 100% komplementarne do docelowego odcinka DNA. Wreszcie, najczęściej używana wersja białka Cas, które dokonuje cięcia danego odcinka, wymaga, by sąsiadowało ono z tzw. sekwencją NGG, gdzie N oznacza dowolną zasadę, a G – guaninę (choć istnieją też warianty Cas, które w tym względzie mają bardziej rozbudowane lub krótsze wymogi). Wszystko to znacznie ogranicza możliwości edytowania tego, co badacz sobie zażyczy, a poza tym zwiększa prawdopodobieństwo, że CRISPR/Cas będzie działał nie tam, gdzie zaplanowano. Skutki tego mogą być trudne do przewidzenia i potencjalnie niezwykle szkodliwe.

Tylko jedna z dziewczynek może być chroniona przed infekcją wirusem HIV

Przedstawione na konferencji wyniki wskazują, że edycja w genie CCR5 powiodła się w przypadku obu dziewczynek, ale tylko w przypadku jednej z nich do edycji doszło na obu kopiach genu, odziedziczonych od matki i ojca. I tylko w przypadku tej jednej można oczekiwać deaktywacji receptora, a zatem potencjalnej ochrony przed infekcją wirusem HIV. To, czy naprawdę jest ona chroniona, wymaga przeprowadzenia odrębnych badań eksperymentalnych na wyizolowanych od dziewczynki komórkach. Druga dziewczynka powinna mieć natomiast receptor aktywny, bo edycji poddana została tylko jedna kopia genu. He Jiankui wiedział o tym przed zagnieżdżeniem blastocysty na podstawie wyników sekwencjonowania genomu kilku komórek pobranych biopsyjnie od rozwijających się zarodków.

Dlaczego więc zdecydował się na implementację również tej blastocysty? Wprawił wszystkich w zdumienie stwierdzając, że… zdecydowali o tym rodzice. Jak ta decyzja wpłynie na dalsze losy dziewczynek? Czy ojciec wobec jednej z nich będzie bardziej ostrożny? Jeżeli zmiana dotyczy obu kopii genów, istnieje stuprocentowa pewność, że zostanie ona przekazana kolejnemu pokoleniu (ale wbrew histerycznym komentarzom nie ma stuprocentowej pewności, że jeszcze następnemu). Skoro tak, czy będzie ona traktowana jako „ta lepsza” – i jej reprodukcja będzie preferowana?

Edycja genomu przez He Jiankui rodzi coraz więcej pytań i problemów

Problematycznych kwestii jest oczywiście jeszcze więcej. Dokonana edycja genu CCR5 ma zapewniać ochronę przed infekcją wirusem HIV na skutek deaktywacji receptora. Pełni on określoną funkcję w układzie immunologicznym, do której nie należy przecież umożliwianie wirusowi infekowania komórek. Zatem czy przeprowadzona delecja nie spowoduje innych, trudnych do przewidzenia skutków? He Jiankui zapewnia, powołując się na własne badania przeprowadzone na gryzoniach, że edycja tego typu nie prowadzi do jakichkolwiek defektów, np. w rozwoju funkcji kognitywnych. Twierdzi też, że ludzie z naturalnym wariantem Delta32 nie wykazują żadnych zmian klinicznych. Te argumenty budzą jednak kilka wątpliwości.

Edycja genu CCR5 – tak, dezaktywacja receptora i ochrona przed HIV – niekoniecznie

Po pierwsze: wariant Delta32 w Chinach występuje o wiele rzadziej, niż np. w północnej Europie, gdzie, jak się spekuluje, na jego pozytywną selekcję wpływ mogła mieć epidemia ospy prawdziwej. Czy wariant ten z jakiegoś powodu mógł podlegać selekcji negatywnej w Chinach? Czy bycie nosicielem takiego wariantu jest zatem korzystne w tym regionie geograficznym? Według badań zwiększa on podatność na wirusa kleszczowego zapalenia mózgu i Zachodniego Nilu oraz ryzyko śmierci w wyniku infekcji wirusem grypy.

Po drugie: wbrew temu, co podano, dziewczynki nie są nosicielkami wariantu Delta32, który charakteryzuje się delecją 32 par zasad – zatem odcinka zbyt długiego, by w całości usunąć go dzięki CRISPR/Cas. Przedstawione wyniki badań wskazują natomiast, że w komórkach doszło do delecji krótszych fragmentów w obrębie tego samego miejsca, co w Delta32.

Po trzecie: wyniki wskazują, że komórki każdej z dziewczynek mogą różnić się delecjami w obrębie tego fragmentu. Posługiwanie się przykładem Delta32 jest więc nieuprawnione. Nie ma też dotychczas żadnych opublikowanych wyników badań z udziałem zwierząt, które wskazywałyby, jakie potencjalne skutki mogą być z takimi delecjami związane. Na podstawie wyników badań Jiankui można więc tylko stwierdzić, że CRISPR/Cas dokonał edycji w genie CCR5, a nie że receptor jest nieaktywny, a dziewczynki są chronione przed HIV. Emocjonalne opowieści chińskiego naukowca o tym, że ojcu dziewczynek po ich urodzeniu wróciła chęć do życia i pracy są po prostu żenujące, bo powiedzieć, że śmieszne, w tej sytuacji zwyczajnie nie przystoi.

CRISPR/Cas działał także poza genem CCR5

Co więcej, przeprowadzone dotychczas przez Jiankui badania wykazały, iż wprowadzony CRISPR/Cas, z powodu swojej niedoskonałości w działaniu, dokonał też zmiany poza genem CCR5. Według He Jiankui nastąpiła ona we fragmencie, który nie ulega transkrypcji, nie koduje żadnego białka. Taka zmiana nie powinna więc mieć żadnego skutku klinicznego. O tym, że może dojść do zmian w sekwencjach innych niż docelowe, wiedziano przed zabiegiem, bowiem analiza genomu matki i ojca umożliwiła szczegółową predykcję tego typu potencjalnych zdarzeń. Pomijając już brak jakiejkolwiek transparentności w prowadzonych badaniach i procedurach (o których świat dowiedział się, gdy już je przeprowadzono), to czy taka analiza nie powinna zostać oceniona przez niezależne zespoły badawcze, przez bioinformatyków i biotechnologów niezwiązanych z osobami zainteresowanymi wykonaniem zabiegu?

He Jiankui z zakazem badań. Kto będzie monitorował stan zdrowia dziewczynek?

Pojawia się jeszcze jeden problem – wyniki przedstawione przez chińczyka będzie bardzo trudno niezależnie potwierdzić. Wymagałoby to ujawnienia danych dziewczynek, a jak zaznacza He Jiankui, ujawniłoby to jednocześnie tożsamość ojca, nosiciela wirusa HIV, a to w świetle prawa chińskiego jest niedozwolone. Według He Jiankui stan medyczny dziewczynek będzie systematycznie monitorowany do ukończenia przez nie 18. roku życia. Pojawia się pytanie, przez kogo – He Jiankui został wezwany do zaprzestania jakichkolwiek badań naukowych. W obecnej sytuacji byłoby najlepiej, gdyby dziewczynki zostały objęte opieką niezależnych zespołów badawczych, a to wymagałoby otwartości ze strony władz Chin, a nie tuszowania sprawy. W obecnej chwili nie sposób nawet potwierdzić czy w pełni ocenić doświadczenie zespołu He Jiankui. Wszystko, co mamy, to zaprezentowane na konferencji slajdy z wybranymi wynikami badań. Szczegółowe dane ujęto w manuskrypcie, który jest ponoć na etapie recenzji w czasopiśmie naukowym.

Nikt nic nie wiedział. Wszyscy są oburzeni

Od przeprowadzonych eksperymentów odcięły się władze uniwersytetu, w którym zatrudniony jest He Jiankui. Badacz zapytany, kto pokrył koszty wszystkich eksperymentów fazy przedklinicznej oraz procedur klinicznych, twierdzi, że te pierwsze finansowane były ze środków akademickich, a te drugie… pokrył sam. Zważywszy na rozpiętość analiz i procedur eksperymentalnych, molekularnych, bioinformatycznych i klinicznych wydaje się to zdumiewające, w zasadzie nierealne. Czy za Jankui stał przemysł, a on sam zdecydował się o wyjawieniu tajemnicy prowadzonych działań z powodu własnych ambicji? Jeżeli tak, to staje się właśnie ich ofiarą.

Wątpliwości budzi także sposób poinformowania zainteresowanych par o planowanych procedurach i ryzyku. He Jiankui twierdzi, że ich decyzja była autonomiczna, podjęta po trwającym ponad godzinę spotkaniu. Byłoby najlepiej, gdyby formularz pisemnej zgody, w którym powinien znaleźć się szczegółowy opis planowanych procedur i zagrożeń, został opublikowany. Według relacji He był on konsultowany z czterema osobami, w tym z „profesorem z USA”. Dla osób pracujących choćby w Europie czy USA to zupełnie oczywiste, że planowane procedury kliniczne powinny być wpierw ocenione przez właściwą komisję bioetyczną i odpowiednie instytucje, a przeprowadzone dopiero po uzyskaniu wszystkich zgód. W USA byłaby to Agencja Żywności i Leków (FDA), która w tym roku zezwoliła na dwa pierwsze badania kliniczne nad terapeutycznym zastosowaniem CRISPR/Cas w leczeniu beta-talasemii i anemii sierpowatej. Co ciekawe, z chińskiego rejestru badań klinicznych wynika, że na przeprowadzenie eksperymentów z udziałem ludzkich komórek zgodę miała wydać komisja bioetyczna działająca przy szpitalu w Shenzhen. Jest tylko pewien problem: protokół pt. „Safety and validity evaluation of HIV immune gene CCR5 gene editing in human embryos” zarejestrowano w bazie retrospektywnie 8 listopada 2018 r., a władze szpitala twierdzą, że nic nie wiedzą o tych badaniach i muszą zbadać wiarygodność dokumentów…

Działania He Jiankui – nieetyczne i bez uzasadnienia

Pomijając fakt, że działania He Jiankui są wbrew wszelkiej etyce naukowej, zastosowanie takiej metody do edycji genomu zarodków w celu zabezpieczenia przed wirusem HIV w sytuacji, gdy jego nosicielem jest tylko ojciec, którego nasienie z wirusa HIV można oczyścić przez zapłodnieniem in vitro, nie ma uzasadnienia. U ojca wystarczy na ogół prewencja w postaci farmaceutycznej terapii antyretrowirusowej, która pozwala obniżyć poziom wiremii do bardzo niskiego poziomu, tak że do przypadkowej transmisji z ojca na dziecko nie powinno dojść. Czy o takich możliwościach informowano rekrutowane pary?

He Jiankui ukrywał całą procedurę w tajemnicy, bo w przeciwnym razie nigdy nie zdołałby jej wykonać. Na dodatek wybrał sobie edycję łatwiejszą do przeprowadzenia niż w przypadku takich jednostek chorobowych jak beta-talasemia. Z pewnością też łatwiejsze było znalezienie chętnych do takiej procedury (choć sposób, w jaki ich poszukiwano, też nie jest do końca jasny). Możliwe, że Jiankui liczył, że zostanie sławny. To mu się udało. Świat naukowy nie podziela jednak entuzjazmu, jakim emanował Chińczyk na opublikowanym na YouTube filmie. I dobrze, bo ostrożność i rozwaga to dwie podstawowe cechy, które nigdy nie powinny opuszczać badaczy.

CRISPR/Cas nie skroi dzieci na życzenie

Co zatem nas czeka? Z pewnością nie jest to początek czasów projektowania dzieci zgodnie z życzeniem. Jak już wspomniałem, CRISPR/Cas ma swoje ograniczenia. Po drugie, cechy takie jak inteligencja, empatia czy uroda są warunkowane wielogenowo. Produkty tych genów mają działanie plejotropowe, wchodzą w skład rozbudowanych i wciąż nie w pełni poznanych sieci molekularnych powiązań. To, że jakąś sekwencję nazywa się np. „genem mowy” (tj. FoxP2), nie zmienia faktu, że białko kodowane przez nią pełni szereg różnych funkcji, zróżnicowanych w zależności od typu i lokalizacji komórek. Nawet jeśli wyciszenie czy zmiana ekspresji określonego genu w niektórych z nich może przynieść rezultat korzystny, to w innych już niekoniecznie. To dodatkowo ogranicza możliwości wykorzystywania CRISPR/Cas w edycji genomu zarodków.

Dokonania He Jiankui nie są krokiem w kierunku „zabawy w Boga”. Są skrajnie nieodpowiedzialne, nieetyczne i wskazują, że to, co dzieje się w Chinach w sektorze naukowym, wymaga zewnętrznego nadzoru. Można mieć tylko nadzieję, że cała ta historia nie zaszkodzi naprawdę potrzebnym badaniom z zakresu medycznego wykorzystania osiągnięć inżynierii genetycznej.

Post Scriptum: Media informują, że He Jiankui zaginął

He Jiankui o swoim eksperymencie poinformował w czasie trwania drugiego międzynarodowego zjazdu Narodowych Akademii Nauk w Hongkongu. Tamtejsze media podały, że dr He prosto z konferencji został odeskortowany do Shenzhen, gdzie umieszczono go w areszcie domowym. Uniwersytet zaprzeczył tym doniesieniom, w wypowiedzi dla „South China Morning Post” stwierdził jedynie, że „niczyje informacje nie są ścisłe”, jeśli chodzi o miejsce pobytu naukowca. Niemniej jego gabinet na uczelni został zamknięty, usunięto z drzwi wizytówkę z jego nazwiskiem (pojawiło się za to na nich enigmatyczne ostrzeżenie o „wejściu na własne ryzyko”) – podaje rządowy dziennik „Zhejiang Daily”. To samo źródło twierdzi, że z naukowcem nie mogą się skontaktować nawet jego współpracownicy (z którymi założył w 2016 r. spółkę Shenzen Vienomics Bio Tech). ABC próbowało kontaktować się z naukowcem, dzwoniąc na jego numer komórkowy – także bez powodzenia.