בפעם הראשונה: תיקון גנטי מוצלח בעובר אדם

אנשים הנושאים את המוטציה למחלת הלב קרדיומיופתיה היפרטרופית (HCM) חיים עם שתי סכנות מוחשיות. אחת מהן היא הסכנה התמידית לאי-ספיקת לב, שהמחלה עלולה לגרום ללא סימנים מוקדמים. השנייה היא הסיכון שבהעברת המחלה לדור הבא: כמחצית מילדיהם יישאו גם הם את המוטציה. חוקרים מארצות הברית, סין וקוריאה הדרומית הראו במחקר חדש כי בשיטות הנדסה גנטית חדישות אפשר לתקן את המוטציה בעוברי אדם צעירים, ולהגדיל בהרבה את הסיכוי ללידת ילדים בריאים. המחקר מקדם אותנו לעבר תיקון גנטי בבני אדם, אך הדרך לשם עדיין ארוכה.

קרדיומיופתיה היפרטרופית היא מחלה תורשתית הפוגעת באחד מ-500 בני אדם, ועלולה לגרום למוות פתאומי של אנשים הנראים כלפי חוץ כבריאים לחלוטין. המחלה היא גורם המוות המוביל אצל צעירים בריאים, במיוחד ספורטאים, שכן אימונים גופניים מגדילים את הסיכון. אצל כ-40 אחוז מהחולים, הבעייה נגרמת ממוטציה בגן יחיד, MYBPC3. מוטציות בגֵן זה הן דומיננטיות, כלומר מספיק שעותק אחד של הגן יישא את הפגם, זה שהתקבל מהאב או זה שהתקבל מהאם כדי שהמחלה תתבטא.

בין שני מנגנונים

צוות המחקר, בהובלת מדענים מאוניברסיטת אורגון האמריקאית, השתמש לתיקון המוטציה במערכת קריספר, המתמחה בזיהוי של רצף DNA מסוים וחיתוך שלו.

מקורה של מערכת קריספר הוא בחיידקים, שם היא משמשת כמעין מערכת חיסון וחותכת את החומר הגנטי של נגיפים התוקפים אותם. השימוש בה כשיטה לעריכת גנים התחיל רק לאחרונה: המחקרים הראשונים התפרסמו לפני כארבע שנים. בשנים אלו התפרסמו מעל לאלף מחקרים עם המילה CRISPR בכותרתם, המפרטים את השימוש במערכת לעריכת גנים בתאי אדם ובתאים של בעלי חיים. לפני כשנה אושר מחקר קליני ראשון בבני אדם שעושה שימוש במערכת קריספר במסגרת טיפול בסרטן.

אם המטרה שלנו היא לערוך את הגנים בכל תא מתאי בעל החיים או האדם, כפי שדרוש על מנת לתקן מוטציה תורשתית כמו זו בגן MYBPC3, עלינו לעשות זאת בשלב העוברי. מחקרים כבר הראו כי המערכת יכולה לעבוד בעוברים של עכברים, ובסוף השנה שעברה התפרסם מחקר בו חוקרים ערכו את הגנים של עוברים אנושיים. המטרה העיקרית של המחקר הייתה להראות שהעוברים שורדים טיפול שכזה, ואמנם, הם המשיכו לגדול לאחר מכן באופן נורמלי עד לגיל 14 יום.

במחקר הנוכחי, כאמור, החוקרים הלכו עוד צעד קדימה, וניסו לתקן מוטציה מזיקה שנמצאת בגנום העוברי. לשם כך, הם כיוונו את מערת קריספר לחתוך את הגן MYBPC3 הגן הנושא את המוטציה.

לאחר שהגן נחתך, התא מתקן את מולקולת ה-DNA בעזרת אחד משני מנגנוני תיקון. הראשון הוא מנגנון גס למדי, שמצמיד את חלקי ה-DNA החתוך יחדיו אך לרוב מכניס טעויות לרצף, כלומר גורם בעצמו למוטציות. המנגנון הזה כמובן אינו יעיל לתיקון גנטי, אך לרוע המזל הוא נפוץ מאוד. המנגנון השני הוא עדין ויסודי הרבה יותר: החלבונים המשתתפים בו מחפשים בתא רצף DNA הזהה לזה שנחתך, ומשתמשים בו כתבנית, לפיה הם בונים מחדש את הרצף החתוך. בניסוי החדירו החוקרים לתאים יחד עם חלבוני קריספר גם רצפים קצרים של DNA הנושאים את הרצף התקין של הגן, ללא המוטציה. בעזרתם יכול המנגנון השני לתקן את הרצף המוטנטי החתוך וכך ליצור גן תקין. תיקון גנטי יעיל יכול להיווצר רק על ידי שימוש במנגנון השני.

החוקרים הִפרו ביצית של אישה בריאה בזרע של גבר הנושא את המוטציה, בהפריה חוץ גופית. בשלב הראשון הם חיכו 18 שעות ואז הזריקו לביצית המופרית את חלבוני הקריספר המזהים את הגן המוטנטי ואת הרצפים המשמשים כתבנית לגן תקין. אלא שעד שהחלבונים החלו לפעול הביצית כבר החלה להתחלק, וכתוצאה מכך נוצרו עוברי פסיפס: בחלק מהתאים שלהם התבצע התיקון, ובחלק לא. זו הייתה הבעיה העיקרית גם במחקרים קודמים שנעשו על ידי הקבוצה הסינית.

כדי לפתור את הבעיה, בניסויים הבאים החדירו החוקרים את החלבונים והרצפים הנדרשים לתיקון לתא הביצית יחד עם הזרע, באותו הזמן. בשיטה זו, הם הראו, התיקון מתבצע לפני החלוקה ונמצא בכל התאים.

לאחר שלושה ימים, כשהעוברים היו מורכבים משבעה עד תשעה תאים, בחנו החוקרים את ה-DNA שלהם. מתוך 58 עוברים, 42 היו בעלי גן MYBPC3 תקין, כלומר כמעט שלושה רבעים מהעוברים נראו בריאים. 16 העוברים האחרים נשאו מוטציות שנכנסו לגן בעקבות התיקון במנגנון הראשון, שאינו משתמש ברצפים אחרים כתבנית.

אין פירושו של דבר שהניסוי תיקן בהצלחה שלושה רבעים מהעוברים, שכן סטטיסטית חצי מהם היו בעלי גן תקין מלכתחילה. תאי הזרע נלקחו מגבר בעל מוטציה בעותק אחד של הגן, ולכן רק מחצית מתאי הזרע שלו נושאים את המוטציה גם הם. מתוך העוברים שקיבלו גן מוטנטי, כחצי מהם תוקנו בהצלחה.

אחוזי ההצלחה עלו על הציפיות. חלוקת תאים של העוברים לאחר הטיפול | צילום: אוניברסיטת אורגון למדע ובריאות OHSU

למען הדורות הבאים

שיעור הצלחה של 50 אחוז אולי לא נשמע גבוה במיוחד, אך בכל הנוגע לתיקון DNA הוא עולה על כל הציפיות. בתאים רגילים מנגנון התיקון הראשון, שמכניס מוטציות לגן, נפוץ מאוד והמנגנון השני, המדויק, נדיר יותר. בביציות מופרות, כך נראה, המנגנון המדויק נפוץ לפחות כמו מתחרהו.

כאשר הסתכלו החוקרים על הרצף המדויק של הגן שעבר תיקון, הם שמו לב למשהו מוזר. הרצף של הגן הזה היה שונה במקצת מזה של רצפי ה-DNA שהוכנסו לביצית כדי שישמשו כתבנית. במקום זאת, הרצף שנשאו העוברים היה זהה לזה של הגן התקין שנמצא בביצית. לביצית מופרית, מתברר, יש מנגנון תיקון מדויק מיוחד משלה, המתבסס על שימוש ב-DNA של הביצית כתבנית. רצפי ה-DNA שהחוקרים הכניסו היו מיותרים: התא העדיף להשתמש בגנום הביצית, ולא בהם.

הצעד החשוב הבא היה לוודא שחלבוני הקריספר לא הכניסו מוטציות לגנום העוברי במקומות נוספים. מערכת הקריספר יודעת לחתוך גנים, וזה מה שהיא עושה – ולא תמיד רק במקום שבו היינו רוצים שהיא תחתוך. החוקרים בחנו את הגנום של העוברים והראו שלא נוצרו מוטציות בעקבות חיתוך במקום לא נכון. המערכת, לפחות במקרה זה, נראית בטוחה לשימוש.

שוקהראט מיטליפוב (Mitalipov), שהוביל את המחקר, אמר בהודעה לעיתונות שבעזרת השיטה הזו "כל הדורות הבאים יישאו את התיקון, שכן הסרנו את הגן גורם המחלה מהשושלת המשפחתית. כך נוכל להפחית את הנטל של המחלה התורשתית הזו על המשפחה ובסופו של דבר, על האנושות".

כיום ידועות כעשרת אלפים מחלות גנטיות שהגורם להן הוא גן יחיד. שיטה שכזו יכולה לתקן, לפחות באופן תיאורטי, כל אחת מהן. אך עד שנגיע למחקרים קליניים, בהם העוברים שהגן שלהם תוקן יושתלו ברחם וייוולדו כתינוקות בריאים, יעבור עוד זמן, וגם החוקים יצטרכו להשתנות.

כיום החוק בארה"ב ובמדינות מערביות נוספות מתיר הנדסה גנטית בעוברים, כמו שנעשה במחקר זה, רק בתנאי שהם לא יושתלו ברחם. דרושים מחקרים נוספים שיראו ששיטות מעין זו אכן בטוחות, ושהעוברים מתפתחים באופן נורמלי ובריא גם מעבר לשלושת הימים שנבחנו במחקר זה. רק אחרי שבטיחות תובטח, וייערכו דיונים ציבוריים על האתיקה שבשינוי גנים של עובר, נוכל לעשות את הצעד הבא בדרך לתיקון גנטי של מחלות תורשתיות.