Beim Einsatz des Geneditierungswerkzeugs CRISPR-Cas9 bei der Modifizierung menschlicher Embryonen kann es zu einer Reihe unerwünschter Veränderungen kommen.
Dies wurde in drei kürzlich auf dem Preprint-Server bioRxiv veröffentlichten Studien gezeigt. In allen Studien verwendeten die Forscher die Embryonen allein für wissenschaftliche Zwecke. Die drei Studien wurden nun von Nature kommentiert.
Während frühere Experimente bereits belegt haben, dass es durch CRISPR-Cas9 zu Off-Target-Mutationen weit entfernt von der Zielstelle kommen kann, identifizierten die Wissenschaftler in den nun veröffentlichten Analysen auch unerwünschte Mutationen in der Nähe oder direkt an der Zielstelle.
So versuchten Wissenschaftler des Francis Crick Instituts in London das für die Embryonalentwicklung wichtige POU5F1-Gen zu editieren. Von 18 genomeditierten Embryonen zeigten sich bei 22 Prozent von ihnen allerdings unerwünschte Veränderungen, die große Bereiche der DNA rund um das Zielgen betrafen. Die Wissenschaftler konnten sowohl DNA-Rearrangements als auch große Deletionen nachweisen, die mehrere tausend Nukleotide umfassten.
In der zweiten Studie versuchten Forscher der Columbia Universität in New York mittels CRISPR-Cas9 Mutationen in einem Gen namens EYS2 zu korrigieren, die zu Blindheit führen. Hierzu befruchteten sie Eizellen mit zuvor geneditierten Spermien. Allerdings verloren etwa die Hälfte der getesteten Embryonen große Teile des Chromosoms, auf dem EYS lokalisiert ist. In einigen Embryonen fehlte das Chromosom sogar komplett.
Ähnliche Ergebnisse beobachteten auch die Wissenschaftler der dritten Studie, die an der Oregon Health Science Universität in Portland durchgeführt wurde. Sie veränderten Spermien mit einer Mutation, die eine Herzerkrankung verursacht. Auch hier fanden sich in den Embryonen Hinweise darauf, dass die Verwendung von CRISPR-Cas9 zu Beeinträchtigungen in großen Bereichen des Chromosoms führt, das das mutierte Gen enthält.
Die Autoren dieser Studien gehen allerdings davon aus, dass die beobachteten DNA-Veränderungen auf Genkonversionen zurückzuführen sind. Hierbei wird im Rahmen eines DNA-Reparaturprozesses eine Sequenz von einem Chromosom eines Chromosomenpaars kopiert, um so das andere homologe Chromosom zu reparieren. Allerdings sind sich die Forscher uneins, ob es bei Embryonen häufig zu solchen Genkonversionen kommt.
Bisher sind die drei Studien noch nicht von Fachkollegen begutachtet worden, doch mahnen die Ergebnisse zur Vorsicht. Denn gerade die beschriebenen Rearrangements können leicht übersehen werden, weil typischerweise nach anderen Veränderungen, wie zum Beispiel Insertionen oder Deletionen von nur wenigen Nukleotiden gesucht wird.
Quelle: © Ledford H / Nature Bild: © NIH / Flickr