Un estudio revela limitaciones en la evaluación de la tecnología de edición de genes en embriones humanos

Un método científico comúnmente utilizado para analizar una pequeña cantidad de ADN en embriones humanos tempranos no refleja con precisión las ediciones genéticas, según una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón.

El estudio, publicado hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza, involucró la secuenciación de los genomas de los primeros embriones humanos que se habían sometido a la edición del genoma utilizando la herramienta de edición de genes CRISPR. El trabajo pone en duda la precisión de un procedimiento de lectura de ADN que se basa en la amplificación de una pequeña cantidad de ADN para fines de pruebas genéticas.

Además, el estudio revela que la edición de genes para corregir mutaciones que causan enfermedades en embriones humanos tempranos también puede conducir a cambios no deseados y potencialmente dañinos en el genoma.

Juntos, los hallazgos plantean una nueva base científica para la precaución de cualquier científico que pueda estar a punto de utilizar embriones editados genéticamente para establecer embarazos. Aunque las tecnologías de edición de genes son prometedoras para prevenir y tratar enfermedades hereditarias debilitantes, el nuevo estudio revela limitaciones que deben superarse antes de que la edición de genes para establecer un embarazo pueda considerarse segura o eficaz.

«Te dice lo poco que sabemos sobre la edición del genoma, y ​​en particular sobre cómo las células responden al daño en el ADN que induce CRISPR», dijo el autor principal Shoukhrat Mitalipov, Ph.D., director del Centro de Terapia Génica y de Células Embrionarias de OHSU; y profesor de obstetricia y ginecología, biociencias moleculares y celulares, Escuela de Medicina de OHSU, Centro Nacional de Investigación de Primates de OHSU Oregon. «La reparación de genes tiene un gran potencial, pero estos nuevos resultados muestran que tenemos mucho trabajo por hacer».

Los hallazgos llegan durante la Tercera Cumbre Internacional sobre Edición del Genoma Humano en Londres. En vísperas de la última cumbre internacional, celebrada en Hong Kong en noviembre de 2018, un científico chino reveló el nacimiento de los primeros bebés del mundo resultantes de embriones editados genéticamente a través de un experimento que generó condena mundial.

Diagnóstico erróneo de embriones

Antes de que se pueda transferir un embrión editado para establecer un embarazo, es importante asegurarse de que el procedimiento funcionó según lo previsto.

Debido a que los primeros embriones humanos consisten en unas pocas células, no es posible recolectar suficiente material genético para analizarlos de manera efectiva. En cambio, los científicos interpretan los datos de una pequeña muestra de ADN tomada de unas pocas o incluso de una sola célula, que luego debe multiplicarse millones de veces durante un proceso conocido como amplificación del genoma completo.

El mismo proceso, conocido como prueba genética previa a la implantación, o PGT, a menudo se usa para evaluar embriones humanos en busca de diversas afecciones genéticas en pacientes que se someten a fertilización in vitro.

La amplificación del genoma completo tiene limitaciones que reducen la precisión de las pruebas genéticas, dijo la coautora principal Paula Amato, MD, profesora de obstetricia y ginecología en la Escuela de Medicina de OHSU.

«La preocupación es que podríamos estar diagnosticando mal los embriones», dijo Amato.

Amato, que utiliza la fertilización in vitro para tratar a los pacientes que luchan contra la infertilidad, así como para prevenir la transmisión de enfermedades hereditarias, dijo que el PGT que usa tecnología más avanzada todavía es clínicamente útil para detectar anomalías cromosómicas y trastornos genéticos causados ​​por una sola mutación genética transmitida por los padres. al niño

El estudio destaca los desafíos de establecer la seguridad de las técnicas de edición de genes.

«Es posible que no podamos predecir de manera confiable que este embrión dará como resultado un bebé saludable», dijo Mitalipov. «Ese es un problema importante».

Para superar estos problemas, los investigadores de OHSU, junto con colaboradores de instituciones de investigación en Corea del Sur y China, establecieron líneas de células madre embrionarias a partir de embriones editados genéticamente. Las células madre embrionarias crecen indefinidamente y proporcionan abundante material de ADN que no requiere la amplificación del genoma completo para su análisis.

Los investigadores dicen que el descubrimiento destaca la naturaleza propensa a errores de la amplificación del genoma completo y la necesidad de verificar ediciones en embriones mediante el establecimiento de líneas de células madre embrionarias.

Estudio verifica reparación de genes

Usando células madre embrionarias, el nuevo estudio verifica el proceso de reparación de genes que desarrolló el laboratorio de Mitalipov; los hallazgos fueron publicado en la revista Naturaleza en 2017 y verificado en 2018.

En ese estudio, los científicos cortaron una secuencia objetivo específica en un gen mutante que se sabe que es portador de un donante de esperma.

Los investigadores descubrieron que los embriones humanos reparan estas roturas utilizando la copia normal del gen del otro padre como plantilla. Mitalipov y sus coautores confirmaron que este proceso, conocido como conversión de genes, ocurre regularmente en embriones humanos tempranos luego de una ruptura de doble cadena en su ADN. Tal reparación, si se usa para establecer un embarazo a través de la fertilización in vitro y la transferencia de embriones, teóricamente podría evitar que una enfermedad familiar conocida se transmita al niño, así como a todas las generaciones futuras de la familia.

En el estudio publicado en 2017, los investigadores de OHSU se dirigieron a un gen que se sabe que causa una enfermedad cardíaca mortal.

En esta nueva publicación, los investigadores se enfocaron en otras mutaciones discretas utilizando esperma y óvulos donados, incluida una mutación que se sabe que causa miocardiopatía hipertrófica, una afección en la que el músculo cardíaco se vuelve anormalmente grueso, y otra diferente asociada con colesterol alto. En cada caso, una enzima conocida como Cas9, utilizada junto con CRISPR, indujo una ruptura de doble cadena en el ADN en el sitio preciso de la mutación.

Creando problemas

Además de replicar y confirmar el mecanismo de reparación de genes informado en 2017, el nuevo estudio examina lo que sucede en el genoma más allá del sitio específico donde se repara el gen mutante. Y ahí es donde puede ocurrir un problema.

«En este documento preguntamos, ‘¿qué tan extenso es ese mecanismo de reparación de conversión de genes?'», dijo Amato. «Resulta que puede ser muy largo».

La copia extensa del genoma, de un padre a otro, crea un escenario conocido como pérdida de heterocigosidad.

Cada ser humano comparte dos versiones, o alelos, de cada gen en el genoma humano, uno aportado por cada padre. La mayoría de las veces, los alelos son idénticos, dado que el 99,9% de la secuencia de ADN de cualquier individuo se comparte con el resto de la humanidad. En algunos casos, sin embargo, uno de los padres portará una mutación recesiva que causa la enfermedad que normalmente es cancelada por la versión sana dominante del mismo gen del otro padre.

Estos polimorfismos en el código genético pueden ser de importancia crítica. Por ejemplo, un gen puede codificar una proteína que protege contra tipos específicos de cáncer.

«Si tiene una copia anormal de una mutación recesiva, eso puede no representar ningún riesgo», dijo Amato. «Pero si tiene pérdida de heterocigosidad que conduce a dos copias mutantes del mismo gen supresor de tumores, ahora tiene un riesgo significativamente mayor de cáncer».

Cuanto más código genético se copia, mayor es el riesgo de cambios genéticos peligrosos. En el nuevo estudio, los científicos midieron tractos de conversión de genes que van desde un segmento relativamente pequeño hasta 18.600 pares de bases de ADN.

En efecto, la reparación de una mutación conocida puede crear más problemas de los que resuelve.

«Si estás cortando en medio de un cromosoma, podría haber 2000 genes allí», dijo Mitalipov. «Estás arreglando un pequeño punto, pero todos estos miles de genes aguas arriba y aguas abajo pueden verse afectados».

El hallazgo sugiere que se necesita mucha más investigación para comprender el mecanismo que funciona en la edición de genes antes de usarlo clínicamente para establecer un embarazo.