Chinezen manipuleren als eersten menselijke embryo's

Het Chinese team onder leiding van Junjiu Huang, een geneticus aan de Sun Yat-sen universiteit in Guangzhou, heeft zijn resultaten gepubliceerd in het online-tijdschrift "Protein & Cell".

Het bevestigt daarmee volgens "Nature" de geruchten die al een hele tijd de ronde deden over dergelijke experimenten, geruchten die geleid hebben tot een verhit debat in Nature over de ethische implicaties van dergelijk onderzoek.

Die ethische implicaties zijn verregaand, aangezien de onderzoekers het menselijk genoom modificeren in embryo's. Op die manier wordt niet enkel het genetisch materiaal van de persoon in kwestie veranderd, maar het gewijzigde DNA kan ook doorgegeven worden aan de volgende generaties.

Dat noem men "kiembaanmodificatie" en het kan een onvoorspelbaar effect hebben op de toekomstige generaties. Daarom waarschuwden onderzoekers, die vrezen dat het onderzoek zal leiden tot onveilig of onethisch gebruik van de techniek, er ook voor in Nature. Ze vinden dat niemand het menselijk genoom mag wijzigen, voor we de gevolgen van zo'n ingreep beter begrijpen.

Ook vrezen tegenstanders dat de techniek kan leiden tot het ontwerpen van "designer-baby's", kinderen met een aantal gewenste kenmerken. Voorstanders van het onderzoek zeggen dan weer dat de techniek zou kunnen leiden tot het uitroeien van een aantal zeer ernstige genetische ziektes, zoals onder meer de ziekte van Huntington, sikkelcelanemie en taaislijmziekte. 

Om tegemoet te komen aan die bezorgdheden, gebruikte het team van Huang niet-levensvatbare embryo's voor het onderzoek, embryo's die anders toch doodgeboren zouden zijn.

Het gaat om embryo's die in vruchtbaarheidsklinieken gecreëerd waren voor een in vitro-bevruchting, maar die een extra set chromosomen hadden omdat ze bevrucht waren door twee spermacellen. Dat maakt dat de embryo's nooit levend ter wereld zouden komen, maar ze ondergaan wel de eerste fasen van de embryonale ontwikkeling.

Het team van Huang trachtte een gen te vervangen in een bevrucht menselijk embryo van één cel, het gen HBB, dat codeert voor de menselijk β-globine proteïne. Mutaties in het gen zijn verantwoordelijk voor de potentieel dodelijke ziekte β-thalassemie. Als het gen in het eencellige embryo met succes vervangen wordt, zouden alle cellen die geproduceerd worden door het zich ontwikkelende embryo, in principe ook het nieuwe gen moeten hebben.

De techniek die Huang en zijn team gebruikten bestond uit het injecteren van de embryo's met het enzyme-complex CRISP/Cas9, dat DNA splitst en verbindt op bepaalde locaties. Het complex kan geprogrammeerd worden om een problematisch gen als doelwit te kiezen, dat dan vervangen of hersteld wordt door een andere molecule die tegelijkertijd in het embryo wordt ingebracht.

Het systeem is al goed bestudeerd in volwassen menselijke cellen en ook in dierlijke embryo's. Maar tot nu toe waren er nog geen gepubliceerde verslagen van het gebruik ervan in menselijke embryo's.

Het team injecteerde 86 embryo's en wachtte dan 48 uur, wat genoeg tijd is voor CRISPR/Cas9 en de moleculen die het ontbrekende DNA herstellen, om hun werk te doen, en voor het embryo om uit te groeien tot ongeveer 8 cellen.

Van de 71 embryo's die de behandeling overleefden, werden er 54 genetisch onderzocht. Dat bracht aan het licht dat het DNA van slecht 28 embryo's met succes "gesplitst" werd, en dat slechts bij een fractie daarvan het gewenste DNA succesvol aangebracht werd.

"Als je dit met normale embryo's wil doen, moet je in de buurt van 100 procent zitten", zei Guang. "Daarom zijn we er er mee gestopt. We denken dat het nog te vroeg is." Het team voegde er aan toe dat de resultaten aantonen dat er nog ernstige obstakels zijn om de techniek voor medische toepassingen te gebruiken.

Het team ontdekte ook een verrassend hoog aantal "misplaatste" mutaties, waarvan wordt aangenomen dat ze veroorzaakt zijn door het CRISPR/Cas9-complex dat op een verkeerde plaats in het genoom ingewerkt heeft.

Dat effect is een van de belangrijkste bezwaren op het vlak van veiligheid in verband met kiembaanmodificatie: de ongewenste mutaties kunnen schadelijk zijn, en zijn dat meer dan waarschijnlijk ook, en ze worden doorgegeven aan het nageslacht.

Het aantal ongewenste mutaties lag veel hoger dan bij onderzoek met muizenembryo's of volwassen menselijke cellen. En Huang voegde er nog aan toe dat zijn team waarschijnlijk slechts een deel van de ongewenste mutaties gevonden heeft, omdat hun studie slechts een deel van het genoom bekeken heeft, het zogenoemde exoom. "Als we het hele genoom gesequencet zouden hebben, zouden we er veel meer gevonden hebben", zo zei hij.

"Ik denk dat dit het eerste verslag is van CRISPR/Cas9 dat toegepast wordt op menselijke embryo's voor een implantatie, en als dusdanig is de studie een mijlpaal, maar ook een duidelijke waarschuwing", zei George Daley, een stamcel-bioloog aan de Harvard Medical School in Boston. "Hun studie moet een ernstige waarschuwing zijn voor al wie denkt dat de technologie klaar is om getest te worden voor het uitroeien van genen voor ziektes."

Huang zegt dat zijn studie afgewezen werd door de gerenomeerde tijdschriften "Nature" en "Science", deels wegens ethische bezwaren. De tijdschriften zelf weigerden daarover commentaar te geven. 

Hij voegde er aan toe dat critici zeggen dat de lage slaagpercentages en het grote aantal ongewenste mutaties mogelijk toe te schrijven zijn aan de abnormale embryo's die in de studie gebruikt worden. Huang geeft toe dat dat mogelijk is, maar aangezien er geen voorbeelden zijn met normale menselijke embryo's, is het onmogelijk te weten of de techniek daar andere resultaten geeft.

Hij houdt vol dat de embryo's een beter model vormen, en dichter bij een normaal menselijk embryo staan, dan dierlijke embryo's of volwassen menselijke cellen.

Huang is nu van zin om uit te zoeken hoe hij het aantal ongewenste mutaties kan verminderen door onderzoek op dierlijke embryo's en volwassen menselijke cellen. Hij zegt ook dat het gebruik van andere technieken om de genen te modificeren, zou kunnen helpen. CRISPR/Cas9 is tamelijk efficiënt en makkelijk te gebruiken, maar van een ander systeem, dat TALEN genoemd wordt, is geweten dat het minder ongewenste mutaties veroorzaakt.

Edward Lanphier, een van de geleerden die eerder waarschuwden tegen genetische modificatie van menselijke embryo's, zei in Nature dat de studie dat enkel maar bevestigt. "Dit onderstreept wat we eerder al gezegd hebben: we moeten dit onderzoek stilleggen, en er eerst voor zorgen dat we een brede discussie voeren over welke richting we hiermee uit willen gaan."

Lanphier vreest ook dat het werk van Huang anderen ertoe zal aanzetten om te proberen de resultaten van Huang te verbeteren. "De alomtegenwoordigheid van CRISPR en het gemak om het te gebruiken, bieden onderzoekers waar ook ter wereld de mogelijkheid om elk soort experiment dat ze willen, uit te voeren", zo zei hij.

Dat laatste lijkt in elk geval te kloppen: volgens Nature zijn er in China nog minstens vier andere teams die het wijzigen van genen in menselijke embryo's nastreven.