על פי ההערכות של ארגון הבריאות העולמי (WHO), יש מעל עשרת אלפים מחלות גנטיות שמקורן בפגם גנטי בגן יחיד. בעשור האחרון מתחוללת מהפכה עצומה בתחום העריכה הגנטית, מתוך מחשבה שיהיה אפשר לתקן פגמים אלו בעוברים, וכך לאפשר להורים הסובלים ממחלות גנטיות להביא לעולם ילדים בריאים. הסיבה לקפיצה ביכולת הזאת היא השימוש במערכת קריספר (CRISPR) – טכנולוגיה זולה ומהירה לעריכה גנטית של כל רצף DNA שנבחר. אולם שלושה מחקרים חדשים מראים שהטכנולוגיה עשויה לגרום לנזק גנטי רב – מחיקת מקטעים של אלפי בסיסי DNA, ואפילו כרומוזום שלם.

ניסיונות לבצע עריכה גנטית של עוברים אנושיים החלו להתפרסם לפני שנים ספורות. הידוע שבהם היה פרסום של רופא סיני שטען שיצר תאומות עם מוטציה שתגן עליהן מפני הדבקה בנגיף HIV, אשר גורם למחלת האיידס. הפרסום גרר דיון נרחב על האתיקה של עריכה גנטית בבני אדם, ובפרט על ההשלכות הבריאותיות של השימוש בטכנולוגיית קריספר, שעדיין לא נחקרו מספיק.

קריספר: כמה דבש וכמה עוקץ?

טכנולוגיית קריספר מבוססת על האנזים Cas9, המסוגל לחתוך DNA באתר מסוים ומדויק בגנום, למשל באזור בו נמצא גן פגום. אחרי החיתוך נכנסים לפעולה מנגנוני תיקון DNA, שקיימים בכל התאים. אם, יחד עם האנזים, מוכנסת לתאים גם פיסת DNA המכילה עותק תקין של הגן, התאים יחליפו את העותק הפגום החתוך בעותק התקין. עדויות ממחקרים שנערכו על עוברים של עכברים בשנים האחרונות הראו שהשיטה אינה חפה מטעויות, ועלולה לגרום למוטציות במקומות אחרים בגנום. זהו המצב גם בעוברי חזירים ובני אדם. מחקרים אלה ואחרים הראו שטעויות אלה הן נדירות, ומתרחשות במקומות מסוימים בגנום.

סרטון של Nature על מערכת CRISPR/Cas9 (כתוביות בעברית):

אבל שלושה מחקרים על עריכה גנטית של עוברים אנושיים – שפורסמו כולם באתר bioRxiv, שמאפשר פרסום של מחקרים שעדיין לא עברו ביקורת עמיתים – מצביעים על בעיות גדולות יותר. קאתי ניאקן (Niakan), ראש קבוצת מחקר ממכון פרנסיס קריק בלונדון שחוקרת את תפקיד הגן POU5F1 בתהליך ההתפתחות העוברית, ביקשה לבדוק לעומק מה קורה לאחר שימוש בקריספר בעוברים. במחקר החדש השתמשו ניאקן ועמיתיה בקריספר כדי ליצור מוטציה בגן זה. כאשר בדקו אם הצליחו ליצור את המוטציה, גילו החוקרים שינויים מפליגים בגנום: אצל 8 מבין 18 עוברים, נמחקו או התווספו קטעי DNA באורך 4,000 עד 20 אלף אבני בניין של ה-DNA בכרומוזום 6, באזור שבו נמצא הגן.

דיטר אלי (Egli), חוקר באוניברסיטת קולומביה בניו-יורק, ביקש לבדוק יחד עם חברי קבוצתו אם אפשר לתקן מוטציה בגן EYS הגורמת לעיוורון, ובאיזה שלב לאחר ההפריה אפשר לבצע את התיקון בצורה המיטבית. אלי ועמיתיו הפרו ביציות הנושאות עותק תקין של הגן בתאי זרע הנושאים את הגן המוטנטי, ואחר כך הזריקו לביציות המופרות את מערכת הקריספר לתיקון המוטציה. החוקרים מצאו שמערכת קריספר מתקנת את הגן המוטנטי בצורה היעילה ביותר כאשר מזריקים אותה לביצית לפני הכפלת ה-DNA הראשונה. ואולם, במחצית מהביציות המופרות שנבדקו, נעלם חלק מהכרומוזום שעליו נמצא הגן ולפעמים אפילו הכרומוזום כולו. הנזק נגרם תמיד לכרומוזום שמקורו באב, ולא לכרומוזום שמקורו באם, שנשא גן תקין, ומכאן שהגורם לנזק הוא החיתוך על ידי מערכת הקריספר.

גם הקבוצה השלישית, בראשות שוחראת מיטאליפוב (Mitalipov) מאוניברסיטת אורגון למדע ובריאות, מצאה שניסיונות לתקן מוטציות בעוברים באמצעות קריספר עלולים לגרור שינויים בכרומוזום בקרבת הגנים שאותם רוצים לתקן.

פורסמו רק כ-200 מאמרים על תיקון DNA בביציות מופרות. חלבון המסייע בתיקון שברים ב-DNA | איור: Alfred Pasieka / Science Photo Library

תיקונים קטנים עלולים לגרור נזקים גדולים 

בשלושת המחקרים נערכו שינויים גנטיים בעוברים, במסגרת מחקר מדעי ולא לצורך הפריה. שלושתם הראו כי כאשר מבצעים עריכה גנטית בעזרת קריספר, חשוב לבצע גם בדיקות גנטיות המסוגלות לזהות שינויים כרומוזומליים גדולים בשלב מוקדם ככל האפשר, נוסף על בדיקות לזיהוי מוטציות נקודתיות. 

מנגנוני תיקון DNA נבדקו במחקרים רבים ומגוונים לאורך השנים. עם זאת, חיפוש באתר Pubmed – אתר של ה-NIH (המכונים הלאומיים לבריאות של ארצות הברית) לחיפוש מאמרים ביו-רפואיים – מצא רק כ-200 מאמרים על תיקון DNA בביציות מופרות שהתפרסמו ב-50 השנים האחרונות. שלושת המחקרים שתיארנו כאן מצביעים על הצורך במחקר נוסף על מנגנוני התיקון בביציות מופרות ובמהלך שלבי החלוקה הראשונים שלהן. תא ביצית מופרית מכיל שני גרעינים, אחד שמקורו בביצית ואחד שמקורו בתא הזרע; ה-DNA שבשני הגרעינים האלה ארוז בצורה דחוסה בהרבה מאשר ה-DNA שבשאר תאי הגוף. בזמן הכפלת ה-DNA לקראת חלוקת התא הראשונה של הביצית המופרית, ה-DNA הדחוס הזה נפרש מאוד, וה-DNA שמקורו באב וה-DNA שמקורו באם משתלבים זה בזה. התהליכים האלה מייחדים את הביצית המופרית לעומת שאר תאי הגוף ומצדיקים מחקר שיעסוק בתהליכי תיקון ה-DNA בתא המיוחד הזה, הראשון בתהליך ההתפתחות של כל אחד מאיתנו.

לאחרונה פותחה טכנולוגיית קריספר חדשה שאמורה להיות בטוחה יותר לשימוש, שכן יש לה פי חמישה פחות תופעות לוואי. אך טכנולוגיה זו, הנקראת עריכת פריים (prime editing), לא נוסתה עדיין בביציות מופרות, ובמחקרים שהשתמשו בה לא נבדקו כל סוגי השינויים הכרומוזומליים שתוארו כאן. 

למרות ההבטחה הרבה של טכנולוגיית הקריספר לעריכה גנטית, שיטה זו צופנת גם סכנות רבות. את הסכנות האלה יש לחקור לעומק לפני ייצורם של תינוקות בהזמנה.