Tiga artikel ilmiah telah diterbitkan di mana penulis melaporkan kejatuhan skala besar materi genetik kromosom dan penyusunan ulang DNA. Temuan para ilmuwan, kata artikel itu, memperkuat kekhawatiran tentang keamanan teknologi pengeditan genom.
Sebagai hasil dari serangkaian percobaan di mana modifikasi embrio manusia dilakukan dengan menggunakan alat pengeditan gen CRISPR-Cas9, para ilmuwan telah menetapkan bahwa teknologi ini dapat membuat perubahan yang signifikan dan tidak diinginkan pada genom di atau dekat situs target genom.
Hasil penelitian dipublikasikan bulan ini di server pracetak bioRxiv, tetapi belum ditinjau oleh rekan sejawat. Namun, artikel yang diterbitkan memberikan indikasi yang baik bahwa beberapa ilmuwan percaya ada risiko yang diremehkan dalam pengeditan genom dengan CRISPR-Cas9. Eksperimen sebelumnya telah menunjukkan bahwa alat pengeditan ini mampu menyebabkan mutasi gen samping pada jarak yang cukup jauh dari situs DNA target; namun, studi terbaru telah mengungkapkan perubahan yang terjadi di area yang berdekatan dengan situs ini dan mungkin tidak diperhatikan oleh metode standar.
“Bagi kami, dampak tepat lebih penting. Mereka jauh lebih sulit dihilangkan setelahnya,”kata Gaétan Burgio, ahli genetika di Australian National University di Canberra.
Masalah keamanan sepertinya menjadi topik utama dari perdebatan yang sedang berlangsung tentang apakah para ilmuwan dapat menggunakan teknologi pengeditan embrio manusia untuk mencegah penyakit genetik. Sikap terhadap teknologi ini menimbulkan banyak pertanyaan, karena ia menciptakan perubahan genom yang tidak dapat diubah, yang kemudian akan diturunkan kepada keturunan dari generasi ke generasi. "Jika teknologi penyuntingan embrio manusia untuk tujuan reproduksi atau penyuntingan yang disebut germ line dapat dibandingkan dengan penerbangan berawak pertama ke luar angkasa, maka data baru yang diperoleh ilmuwan dapat disamakan dengan ledakan roket di landasan peluncuran tepat sebelum lepas landas," kata Fyodor Urnov dari Universitas California, Berkeley,yang sedang mempelajari pengeditan genom (Fedor Urnov tidak berpartisipasi dalam studi di atas).
Efek yang tidak diinginkan
Para ilmuwan melakukan percobaan pertama menggunakan CRISPR untuk mengedit embrio manusia pada tahun 2015. Sejak itu, beberapa kelompok ilmiah di seluruh dunia mulai mempelajari teknologi ini untuk pengeditan gen yang tepat. Namun, penelitian semacam itu masih jarang dan biasanya sangat diatur.
Video promosi:
Menurut Mary Herbert, seorang ahli biologi reproduksi di Newcastle University, Inggris, sebuah penelitian baru-baru ini menyoroti hal-hal berikut: Ilmuwan hanya tahu sedikit tentang bagaimana embrio manusia memperbaiki potongan DNA dengan alat pengeditan genom (ini adalah langkah kunci dalam mengedit dengan CRISPR-Cas9). “Kita perlu memahami secara menyeluruh apa yang terjadi di sana sebelum kita mulai menggunakan enzim pemotongan DNA di dalamnya,” tambah Mary Herbert.
Pracetak pertama diterbitkan secara online pada 5 Juni oleh ahli biologi perkembangan Kathy Niakan dari Francis Crick Institute di London dan rekan-rekannya. Dalam studi mereka, para peneliti menggunakan CRISPR-Cas9 untuk membuat mutasi pada gen POU5F1, yang berdampak besar pada perkembangan embrio. Dari 18 embrio yang diedit, sekitar 22% mengandung perubahan yang tidak diinginkan yang mempengaruhi daerah DNA besar yang berdekatan dengan gen POU5F1. Secara khusus, diamati penataan ulang wilayah DNA dan penghapusan besar beberapa ribu nukleotida DNA - dan ini jauh lebih banyak daripada yang biasanya dipertimbangkan di antara para ilmuwan yang menggunakan pendekatan ini.
Tim peneliti lain, yang dipimpin oleh ahli biologi sel induk Dieter Egli dari Universitas Columbia di New York City, mempelajari embrio yang dihasilkan oleh sperma yang memutasi gen EYS (mutasi ini menyebabkan kebutaan). Para ilmuwan mencoba mengoreksi mutasi ini menggunakan CRISPR-Cas9, tetapi sekitar setengah dari semua embrio yang diuji kehilangan sebagian besar kromosom mereka (dan dalam beberapa kasus seluruh kromosom), tempat gen EYS berada.
Akhirnya, kelompok ilmuwan ketiga, yang dipimpin oleh ahli biologi reproduksi Shoukhrat Mitalipov dari Oregon Health and Science University di Portland, mempelajari embrio yang diproduksi menggunakan sperma yang membawa mutasi yang menyebabkan penyakit jantung. Para ilmuwan dalam tim ini juga tampaknya telah yakin bahwa mengedit genom memengaruhi sebagian besar wilayah kromosom yang mengandung gen yang dimodifikasi.
Dalam semua penelitian mereka, para ilmuwan menggunakan embrio hanya untuk tujuan ilmiah, dan bukan untuk menginduksi kehamilan. Penulis terkemuka dari tiga studi ilmiah ini, yang hasilnya tercermin dalam pracetak, menolak untuk mendiskusikan pekerjaan mereka secara rinci dengan Newsroom jurnal Nature sampai artikel mereka diterbitkan di jurnal peer-review.
Reparasi tak terduga
Semua perubahan yang terekam muncul sebagai hasil perbaikan DNA, yang dilakukan dengan menggunakan alat pengeditan genom. CRISPR-Cas9 menggunakan untai kecil RNA untuk mengarahkan enzim Cas9 ke situs dengan urutan yang sama. Enzim kemudian memotong kedua untai DNA di situs ini, dan sistem perbaikan sel menutup celah ini.
Pengeditan terjadi hanya selama perbaikan: paling sering, sel menutup rapat celah ini dengan mekanisme yang mampu memasukkan atau mengeluarkan sejumlah kecil nukleotida DNA; namun, mekanisme ini bekerja dengan kesalahan. Jika ilmuwan menyisipkan templat DNA, sel terkadang dapat menggunakan urutan itu untuk memperbaiki kerusakan, menghasilkan penulisan ulang yang benar. Namun, DNA yang terpotong juga dapat mengocok atau kehilangan sebagian besar kromosom.
Pekerjaan sebelumnya menggunakan teknologi CRISPR pada embrio tikus dan jenis sel manusia lainnya telah menunjukkan bahwa pengeditan kromosom dapat menyebabkan efek signifikan yang tidak diinginkan. Tetapi, menurut Urnov, penting bagi para ilmuwan untuk mendemonstrasikan pendekatan mereka pada embrio manusia, karena berbagai jenis sel dapat bereaksi berbeda untuk mengedit genom.
Penataan ulang wilayah DNA ini mungkin telah diabaikan dalam banyak eksperimen, di mana para ilmuwan biasanya mencoba menemukan contoh pengeditan yang tidak diinginkan, misalnya, perubahan dalam satu nukleotida DNA, atau penyisipan kecil atau penghapusan fragmen kecil nukleotida. Namun, dalam percobaan baru-baru ini, penghapusan besar-besaran dan pengaturan ulang kromosom di dekat situs target yang diselidiki secara khusus. “Dan komunitas ilmiah akan menganggap hasil yang diperoleh lebih serius dari sebelumnya,” kata Urnov. "Hasil ini tidak disengaja sama sekali."
Perubahan genetik
Tim peneliti yang telah melakukan tiga studi yang dijelaskan di atas menjelaskan secara berbeda mekanisme yang mendasari pengaturan ulang dalam DNA. Misalnya, tim peneliti Egli dan Nyakan percaya bahwa sebagian besar perubahan yang diamati pada embrio disebabkan oleh penghapusan dan penataan ulang daerah DNA yang besar. Namun, kelompok Mitalipov menyatakan bahwa hingga 40% dari perubahan yang terdeteksi disebabkan oleh apa yang disebut konversi gen, di mana, sebagai hasil dari proses perbaikan DNA, urutan disalin dari satu kromosom berpasangan untuk memperbaiki yang lain.
Mitalipov dan rekan-rekannya melaporkan hasil serupa pada 2017, tetapi beberapa ilmuwan skeptis tentang fakta bahwa konversi gen biasa terjadi pada embrio. Para ilmuwan memperhatikan hal berikut: pertama, selama konversi gen, kromosom ibu dan ayah tidak terletak bersebelahan, dan kedua, analisis yang digunakan oleh tim peneliti untuk menentukan konversi gen dapat mengungkapkan perubahan kromosom lainnya, termasuk penghapusan.
Egli dan rekan-rekannya dalam pracetak mereka ingin secara langsung secara eksperimental memverifikasi keberadaan konversi gen, tetapi tidak dapat mendeteksinya. Burjo mencatat bahwa eksperimen yang dijelaskan dalam pracetak Mitalipov serupa dengan yang dilakukan oleh tim risetnya pada 2017. Menurut Jin-Soo Kim, ahli genetika di Universitas Nasional Seoul dan salah satu penulis pracetak Mitalipov, kerusakan DNA di berbagai bagian kromosom dapat diperbaiki dengan beberapa cara lain - ini, menurutnya, adalah salah satu solusi yang mungkin untuk masalah ini. …
