Durchbruch: Genbearbeitung repariert Mutation in menschlichen Embryonen

In einer Weltneuheit haben Wissenschaftler mithilfe von Gen-Editing eine krankheitsverursachende Mutation in menschlichen Embryonen erfolgreich repariert - ein Erfolg, der einen wichtigen Schritt zur Prävention von Erbkrankheiten darstellt.
Wissenschaftler haben CRISPR-Cas9 verwendet, um eine Mutation in menschlichen Embryonen zu reparieren.

In einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Natur, ein internationales Team von Forschern enthüllen, wie sie CRISPR-Cas9-Gen-Editing auf neu befruchteten Eiern verwendet, um ein mutiertes MYBPC3-Gen zu reparieren, von dem bekannt ist, dass es eine hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) verursacht.

HCM ist ein Zustand, der durch die Verdickung des Herzmuskels gekennzeichnet ist. Laut der American Heart Association (AHA) wird geschätzt, dass HCM bis zu einer halben Million Menschen in den Vereinigten Staaten betrifft, und es ist eine häufige Ursache für plötzlichen Herztod, insbesondere bei jungen Sportlern.

Eine vererbte Mutation des MYBPC3-Gens macht bis zu 30 Prozent der familiären HCM-Fälle aus; Personen mit einer Kopie dieser Genmutation haben eine 50-prozentige Chance, sie an ihre Nachkommen weiterzugeben.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler das Gen-Editing als einen Weg betrachtet, um krankheitsverursachende Mutationen zu eliminieren. Eine Art der Genbearbeitungstechnik, die an Dynamik gewonnen hat, ist CRISPR-Cas9, bei der DNA-Sequenzen hinzugefügt, entfernt oder modifiziert werden, um die Funktion eines Gens zu beeinflussen.

Während CRISPR-Cas9 in Tiermodellen erfolgreich war, gab es ethische Bedenken hinsichtlich seiner Verwendung bei Menschen. Insbesondere haben Kritiker darauf hingewiesen, dass die Technik für nicht-therapeutische Zwecke genutzt werden kann, wie zum Beispiel für "Designer-Babys".

Darüber hinaus besteht die Sorge, dass bei der Verwendung von CRISPR-Cas9 zur Reparatur einer krankheitsverursachenden Mutation in menschlichen Embryonen unbeabsichtigt andere potenziell schädliche Mutationen eingeführt werden können.

Wissenschaftler aus China, Südkorea und den USA haben als erste die MYBPC3-Genmutation in menschlichen Embryonen mit CRISPR-Cas9 erfolgreich repariert, ohne unbeabsichtigte Folgen.

Mutationen in 72 Prozent der Embryonen repariert

Mithilfe von In-vitro-Fertilisation injizierten die Forscher von Männern gewonnene Spermien mit einer MYBPC3-Genmutation in von gesunden Frauen entnommene Eier.

Anders als in früheren Studien haben die Forscher CRISPR-Cas9 gleichzeitig mit den Spermien auf die gesunden Eier aufgetragen. Nach Ansicht des Teams hilft dieser Prozess, "Mosaizismus" zu reduzieren, wobei einige der mutierten Zellen in einem Embryo repariert werden und andere nicht.

Die Forscher fanden heraus, dass die CRISPR-Cas9-Technik die DNA an der richtigen Stelle für 100 Prozent der Embryonen aufbereitete, und MYBPC3-Genmutationen wurden in 42 von 58 getesteten Embryonen vollständig repariert, was einer Erfolgsrate von 72,4 Prozent entspricht.

"Unsere Technologie repariert erfolgreich die krankheitsverursachende Genmutation, indem sie eine DNA-Reparaturreaktion nutzt, die für frühe Embryonen einzigartig ist", sagt der Co-Erstautor Jun Wu vom Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien.

HIV-Durchbruch: Wissenschaftler entfernen Viren in Tieren durch Gen-EditingForscher waren in der Lage, HIV in Mäusen mit CRISPR-Cas9 Gen-Editing zu eliminieren.Lies jetzt

Insbesondere fanden die Forscher heraus, dass die Gen-Editier-Technik DNA aus den gesunden Eiern als eine "Schablone" verwendete, die dabei half, den Ort von DNA-Mutationen in Spermien zu identifizieren, die repariert werden mussten.

Als nächstes verwendete das Team eine Sequenzierung des gesamten Genoms an den aufbereiteten Embryonen, um zu bestimmen, ob CRISPR-Cas9 irgendwelche unerwünschten Veränderungen im Genom induziert hatte oder nicht. Die Forscher fanden keine solchen Veränderungen.

Im Wesentlichen liefert die Studie den ersten Beweis, dass CRISPR-Cas9 verwendet werden könnte, um MYBPC3-Genmutationen zu reparieren und die Entwicklung von familiärem HCM zu verhindern.

"Jede Generation würde diese Reparatur durchführen, weil wir die krankheitsverursachende Genvariante aus der Familie der Familie entfernt haben", sagt Senior-Studienautor Shoukhrat Mitalipov von der Oregon Health & Science Universität (OHSU) in Portland. "Mit dieser Technik ist es möglich, die Belastung dieser erblichen Krankheit auf die Familie und letztendlich auf die menschliche Bevölkerung zu reduzieren."

Ethische Bedenken bleiben bestehen

Diese bahnbrechende Studie bietet jedoch nicht nur die Hoffnung auf Heilung für HCM. Forscher glauben, dass es einen großen Fortschritt in der Verwendung von Gen-Editing für eine Fülle von Erbkrankheiten darstellt.

"Diese Forschung fördert das wissenschaftliche Verständnis der Verfahren, die notwendig sind, um die Sicherheit und Wirksamkeit der Keimbahn-Gen-Korrektur zu gewährleisten."

Daniel Dorsa, Ph.D., Senior Vice President für Forschung an der OHSU

Wu und Kollegen warnen jedoch davor, dass weitere Forschung erforderlich ist, bevor klinische Studien durchgeführt werden können, und viele ethische Bedenken bleiben bestehen.

"Die Bearbeitung von Genen steckt noch in den Kinderschuhen. Obwohl diese ersten Bemühungen als sicher und effektiv eingestuft wurden, ist es äußerst wichtig, dass wir weiterhin mit größter Vorsicht vor ethischen Erwägungen arbeiten", sagt Co-Autor Juan Carlos Izpisua Belmonte, ebenfalls vom Salk Institut für Biologische Studien.

"Die ethischen Erwägungen, diese Technologie in klinische Studien zu überführen, sind komplex und verdienen ein großes öffentliches Engagement, bevor wir die umfassendere Frage beantworten können, ob es im Interesse der Menschheit liegt, menschliche Gene für zukünftige Generationen zu verändern", fügt Dorsa hinzu.