Inimgenoomi täiendamist saatvad ohud pälvisid laialdast tähelepanu kuue aasta eest. Toona muutis Hiina teadlane He Jiankui ebaseaduslikult vähemalt 31 embrüo DNA-d, mis päädis kolme elusa lapse sünniga. Jiankui soovis anda sündivatele lastele geneetilise kaitsekilbi HIV vastu. Uurija ei hinnanud aga protseduuri ohutust piisava põhjalikkusega ja pole teada, kuidas lastel praegu läheb. Teadusringkonnad mõistsid eksperimendi hukka ja Hiina riik saatis Jiankui kolmeks aastaks trellide taha.

Osaliselt taandus pahameel kasutatud meetodi puudustele. Aastaid kasutuses olnud CRISPR-Cas9 süsteem toimib molekulaarsete kääridena. Tööriist otsib genoomist üles sihikule võetud piirkonna ja lõikab DNA kaksikahela täielikult katki. Sõltuvalt vajadusest saab sinna lisada täiendava DNA lõigu või geeni lihtsalt rivist välja lüüa. Inimembrüote rakkudes kaovad sellise sekkumise mõjul aga sageli terved kromosoomid või tekivad pärilikkusaines suured soovimatud kaod ehk deletsioonid.

Varasemate vigade vältimiseks võttis Columbia ülikooli uurimisrühm Dieter Egli juhtimisel appi baasitoimetamise (base-editing). Molekuli katkestamise asemel teeb süsteem DNA ühte ahelasse pisikese sälgu ja asendab genoomis täpselt ühe geneetilise tähe ehk nukleotiidi. Rakk suudab vea oluliselt lihtsamalt ja turvalisemalt parandada, sest DNA kaksikahel ise jääb terveks.

Uutes katsetes võtsid teadlased sihikule PCSK9 ja HBG geenid. Esimeses geenis mõjutavad mutatsioonid vere halva kolesterooli (LDL) taset ja südamehaiguste riski. Teine geen juhib aga loote hemoglobiini tootmist ja võib pakkuda kaitset verehaiguste, näiteks sirprakulise aneemia vastu.

Muudetud embrüote rakkude analüüsil selgus, et uue meetodiga ei kaasnenud CRISPR-süsteemile iseloomulikke kromosoomide purunemisi ega suuri deletsioone. Teisisõnu, tööriist tegi valitud geenides edukalt asendusi. Ülejäänud genoom säilitas oma algse terviklikkuse ja sihtmärgiväliseid muutusi esines vaid paaris juhuslikus geenis.

Ehkki genoom jäi terveks, paljastas uuring inimese embrüonaalarengu sisemise kaitsemehhanismi. Kui teadlased viisid baasitoimetaja juhised embrüotesse virgats-RNA (mRNA) abil, lakkasid rakud arenemast. Ükski embrüo ei jõudnud nelja raku staadiumist kaugemale.

Töörühm oletab, et noored embrüod tundsid sünteetilise RNA ära ja käivitasid sisemise kvaliteedikontrolli. Sellest möödahiilimiseks pidid uurijad viima geenitoimetaja rakku juba valmis valgu-RNA kompleksina, mispeale arenes ligi kolmandik embrüotest normaalselt blastotsüsti staadiumini. Nii said teadlased muudetud rakkudest hiljem luua elujõulisi tüvirakuliine.

Bioloogilise kaitsemehhanismi seljatamisel ilmnes genoomis aga uus probleem: molekulaarne toimetaja ei suutnud muuta kõiki rakke. Katseklaasis arenesid vahel välja mosaiiksed embrüod, kus soovitud geneetilist muutust kandis vaid osa rakkudest. Emaüsas arenedes põhjustaks see lootele tõsiseid meditsiinilisi probleeme.

Katsete tehniline edu on taas elavdanud arutelusid reproduktiivmeditsiini tuleviku ja eetiliste piiride üle. Meditsiiniettevõtte Nucleus Genomics esindaja Nathan Treff ütles ajalehele New York Times, et uue tehnoloogia abil saaksid arstid parandada haigusi põhjustavaid mutatsioone juba enne embrüo emakasse siirdamist. Tema sõnul vähendaks selline praagiparandus oluliselt praegu hävitatavate embrüote hulka ja aitaks vanematel saada terve lapse.

Nucleus Genomics otsib juba praegu viljastatud embrüotest tuhandeid mutatsioone, mida seostatakse geneetiliste ja südamehaigustega ning mis kergitavad diabeedi riski. Lisaks uurib firma pikkuse ja intelligentsusega seotud geene, mida teadusringkonnad tugevalt kritiseerivad. Erilist pahameelt tekitas ettevõtte agressiivne reklaamikampaania, kus New Yorgi metroos kutsuti sõitjaid üles looma endale geneetiliselt optimeeritud last.

Värske edusamm valmistab bioeetikutele muret, sest ohutum tehnoloogia sillutab teed eugeenikale ja disainbeebidele. Eelkõige pelgavad nad, et erakliinikud ei piirdu tulevikus üksnes raskete pärilike haiguste ravi või ennetamisega. Vaba turg hakkaks pakkuma lapsevanematele võimalust tellida sündivatele lastele ihaldatud omadusi.

California ülikooli geneetiku Fyodor Urnovi sõnul annab uus ja ohutumana näiv meetod beebide täiustajatele kätte eetikapiire ületava käsiraamatu. Ühtlasi kahtleb ta, kas aastakümneid turvaliselt tehtud embrüote sõelumist tasub asendada tehnoloogiaga, millel on nii palju vastuseta küsimusi. Urnov rõhutas, et inimese iduteerakkude otsese muutmisega seotud riske pole võimalik kunagi täielikult maandada.

Wake Foresti ülikooli bioeetik Ana Iltis nentis, et muudetud pärilikkusainega embrüote pikaajalisi tervisemõjusid on praegu äärmiselt raske ette näha. Eetiku sõnul ei piisa riskide maandamiseks vaid sellest, kui kromosoomid mikroskoobi all terviklikuna paistavad. Pigem peavad arstid olema kindlad, et sekkumise järel areneb rakukogumist terve laps ning rasedus kulgeb tüsistusteta. Iltis lisas, et mitmed varjatud tervisehädad võivad sündinud lapsel avalduda alles aastaid hiljem.

Järgmisena plaanib Columbia Ülikooli uurimisrühm lahendada mosaiiksuse probleemi. Teadlased tahavad katsetada baasitoimetamist sadadest rakkudest koosnevatel embrüotel. Viljatusravikeskustes külmutatakse ja uuritakse embrüoid just tavaliselt selles arengujärgus. Uurijad nentisid, et isegi tehnoloogiat täiustades seab bioloogia nende tegevusele ranged piirid. Mitme geeni korraga muutmisel kasvab vigade tõenäosus, mistõttu pole võimalik inimgenoomi veel niipea oma suva järgi ümber disainida.

Töörühm kirjeldab oma saavutusi võrguvaramus biorXiv ilmunud töös.