CRISPR kaster lys over menneskefosters første dage
Startskuddet er gået til eksperimenter med 'menneske-forsøgsdyr'.
CRISPR-cas9 menneskeembryon redigere gener Kathy Niakan The Francis Crick Institute

Her ses forskeren bag studiet, Kathy Niakan, mens hun er i gang med at redigere i et menneskeembryon. (Foto: The Francis Crick Institute)

Så er det sket igen: Forskere har brugt det banebrydende nye gen-redigeringsværktøj CRISPR-cas9 til at ændre i arvemassen på et menneskeembryon.

Kinesiske forskere gjorde det første gang for to år siden og viste, at det principielt er muligt at redigere en arvelig sygdom ud af et kommende barns DNA.

Denne gang er det et europæisk forskerhold, som har slukket for et gen, der er centralt for udviklingen af det menneskelige embryon – et meget tidligt celle-fosterstadie, hvor et æg er befrugtet, men der er endnu ikke noget barn at se.

Formålet er ikke at kurere sygdomme, men ren og skær viden - grundforskning for at forstå de basale mekanismer i de første 7 dage af et menneskefosters liv.

Historien kort
  • For første gang viser forskere gennem redigering af et menneskeembryon, at genet OCT4 spiller en nøglerolle i udviklingen af det befrugtede æg i de første 7 dage.
  • Det mest interessante er, at resultaterne tydeligt adskiller sig fra tilsvarende forsøg i mus, hvilket viser, at der er behov for at eksperimentere med 'mennesker'.
  • Nu venter mange flere eksperimenter.
  • Den etiske debat om emnet og konsekvenserne er ønskelig, mener danske forskere.

»Det her er første gang, genomet er redigeret for at studere et gens rolle i menneskelige embryoner,« siger udviklingsbiologen, forskningsstipendiat og gruppeleder ved Francis Crick Institute i London, Kathy Niakan, som står bag eksperimenterne.

»Den viden, vi opnår, kan både føre til forbedringer i stamcellebiologi, fremme behandling for barnløshed med kunstig befrugtning og potentielt give os en forståelse af nogle af årsagerne, når graviditeter fejler.«

Studiet er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature.

»Særdeles kontroversielt«, men også »spændende«

»Det er en spændende artikel. Jeg er helt sikker på, at det ikke er den sidste i den serie, som vil påkalde sig offentlighedens interesse,« siger professor fra Reproduktionsbiologisk Laboratorium på Rigshospitalet, Claus Yding Andersen, som ikke har deltaget i forskningen.

Han kalder det »særdeles kontroversielt, når vi direkte begynder på at ville redigere i de grundlæggende byggeblokke«, og det tilslutter en anden dansk forsker sig:

»At man genmanipulerer menneske-overskuds-embryoner kan selvfølgelig sætte tanker i gang hos mange, og man skal selvfølgelig kende sine grænser. Men jeg ville helt sikkert selv lave de her eksperimenter, hvis jeg fik lov,« siger lektor Karin Lykke-Hartmann, der forsker i menneskets tidlige fosterudvikling ved Aarhus Universitet.

»Det er et meget spændende studie, som ligger helt op ad mine forskningsinteresser. Gevinsten er stor ved at undersøge dette, og jeg kan ikke se, at det er værre end så mange andre modeller. Vi er jo i den tidligste udvikling, hvor celler endnu ikke er specificeret. Det vil sige, der er ingen hjerneceller, ingen organer og ingen nervebaner udviklet.«

Mikroinjection af crispr-cas9 gen-redigerings komponenter. Embryonet i midten holdes på plads af pipetten til venstre mens en ultratynd kanyle stikkes ind fra højre og komponenterne sprøjtes ind i embryonet. (Video: Dr Kathy Niakan/Nature)

Redigering af menneskeembryoner er vigtig

Det er kontroversielt at arbejde med celler, der potentielt kan blive et kommende barn, men studiet gør det tydeligt, at der er viden, man ikke kan få på anden vis.

»Forfatterne finder, at der er overraskende store forskelle mellem mus og mennesker. Dette viser, at man skal være varsom med at bruge observationer i mus til at forudse tingenes tilstand hos mennesker,« siger professor i medicinsk genetik, Lone Sunde, som forsker i den unormale fosterudvikling ved Aarhus Universitet.

»Man skal altid være opmærksom på, om de forsøg, man planlægger, er i overensstemmelse med den etik, der gælder, i den kultur man lever i - og med ens egen etik. Det, tænker jeg, forskerne bag dette studium har været.«

Lærebøgerne har kun data fra mus

Kathy Niakan og kolleger er bestemt ikke gået letsindigt til værks.

Forskerne har fået tilladelse af de britiske myndigheder til at bruge overskudsembryoner fra en fertilitetsklinik, som par, ved informeret samtykke, har donoret til forskningen.

Embryonerne skulle alternativt kasseres, så der er ikke 'fremstillet' embryoner med det formål at eksperimentere på mennesker, og forskerne var desuden forpligtet til at afslutte 'levetiden' senest efter 14 dage.

Dertil kommer, at forskningen bygger på års arbejde i modeldyr på at forstå de grundlæggende mekanismer i udviklingen af det befrugtede æg. Interessant nok er den viden, man kan læse i lærebøger om den tidlige fosterudvikling, baseret på udviklingen i mus, og man ved faktisk ikke, om mennesker følger præcis samme forløb.

Det er det, forskerne vil gøre op med.

Fra 1 celle til 200 celler

Forskerne fokuserer på de første 7 dage efter befrugtningen - hvor det befrugtede æg deler sig på dag 2 til 2 celler, næste dag bliver det til 4 og 8 celler og efter en uge danner det en kugle på cirka 200 celler, hvilket forskerne kalder en blastocyst.

Den kugle er helt afgørende, og f.eks. i fertilitetsklinikker er det under halvdelen af befrugtede æg, som når det stadie, og forskernes grundlæggende spørgsmål er, hvilke gener der er essentielle, for at et menneskeembryon kan gå fra én celle til blastocyst-stadiet.

Timelapse video af de første 5 dage af embryonets normale udvikling. Tiden kan følges nederst til højre. Blastocysten til sidst er en hul kugle på ca. 200 celler. Langt de fleste celler danner periferien og udvikles til moderkagen og blommesækken. Indeni ses en lille samling af 20 celler, som bliver til selve fosteret. (Video: Dr Kathy Niakan/Nature)

20 celler fascinerer forskerne

Års forskning har identificeret tre forskellige celletyper i blastocysten:

  1. Dem, der udvikles til moderkagen.
  2. Dem, der bliver til en beskyttende membran (blommesæk).
  3. Og de sidste, som faktisk blot er cirka 20 celler, der bliver til selve embryonet.

De sidstnævnte celler er også kendt som embryonale stamceller, der har et enormt potentiale forskningsmæssigt og medicinsk, fordi de kan dyrkes og lokkes til at blive 'reservedele' af alle vævstyper og potentielt behandle sygdomme som f.eks. Alzheimer og diabetes.

»Så vi er enormt fascinerede af de her 20 celler, og hvilke nøglegener, der gør dem i stand til at blive til et menneskeligt embryon,« siger Kathy Niakan.

Time lapse video af embryonaludviklingen, når forskerne har slukket for OCT4 genet. Udviklingen begynder som normalt, men efter omkring 8 celle-stadiet begynder tingene at gå skævt, og embryonet danner ikke en stabil blastocyst-kugle. Det viser, at OCT4 er essentielt for udviklingen af blastocyst-stadiet. (Video: Dr Kathy Niakan/Nature)

CRISPR skal slukke et kontrolgen

For at finde ud af det, benytter forskerne en klassisk genetisk fremgang, hvor man 'slukker' for et gen, så der ikke produceres protein, og så ser man, hvilken effekt det har.

Til det formål vælger de den nye, revolutionerende CRISPR-cas9 teknologi, som gør det fantastisk enkelt at redigere arvematerialet, blot ved at sprøjte nogle få faktorer ind i ægcellen.

Der er flere gener, som, man ved, er vigtige hos mus, og forskerne vælger i første omgang ét centralt kontrolgen kaldet OCT4 (også kendt som POU5F1), som er et af de tidligste aktive gener, der allerede ses i 8-celle stadiet, og som hos mus giver en synlig effekt, når det 'slukkes'.

Mennesker er ikke som mus

Niakan og kolleger bruger over et år på at teste og optimere deres metode på flere andre celletyper for at kunne bruge så få menneskeembryoner som muligt.

I alt ender de med at mikro-injecere (indsprøjte):

  • 37 befrugtede ægceller med CRISPR-cas9.
  • 17 embryoner, som kun injiceres med en kontrolfaktor.

De ser en tydelig effekt, når OCT4 slukkes i menneskeembryonerne - de udvikles fint gennem 2-4-8 cellestadiet. men så går de i stå inden blastocyst-stadiet.

CRISPR-cas9 genredigering menneskeembryon europæiske forskere tidligste fosterudvikling

Kathy Niakan og kollegerne har brugt over et år på at teste og optimere deres metode på flere andre celletyper for at skulle bruge så få menneskeembryoner som muligt. (Foto: The Francis Crick Institute)

Men det mest interessante er, at embryonerne tydeligt adskiller sig fra tilsvarende forsøg i mus. Ligesom i mus er OCT4 afgørende for, at embryonerne kan udvikles til blastocyststadiet, men til forskel fra mus, hvor moderkagecellerne delvist udvikles, opdager forskerne, at effekten hos menneskeembryonerne er bredere og rammer alle tre fremtidige væv.

Det betyder ifølge forskerne, at OCT4 hos mennesker må have en tidligere rolle, inden de tre grundlæggende vævslinjer fastlægges.

»Det havde vi aldrig fundet ud af, hvis ikke vi havde studeret menneskeembryoner,« siger Kathy Niakan.

»Det viser os, at vi kan studere meget i cellelinjer og modeldyr, men i sidste ende er vi nødt til at se direkte på menneskeembryoner, hvis vi skal forstå alle detaljerne i vores menneskelige biologi.«

Startskud til 'menneske-forsøgsdyr'

Præcis, hvad OCT4's rolle er i menneskeembryonet, og hvilke andre gener det spiller sammen med, vil forskerne nu følge op på med nye eksperimenter.

Det første studie her er et 'proof of principle', som dels klarlægger en strategi for at undersøge mekanismerne i menneskeembryoner, og dels viser, at det giver en anden viden, end man kan få fra muse- og cellestudier.

Nøjagtigt hvor mange eksperimenter, eller hvor lang tid der vil gå, inden man finder noget, som direkte kan anvendes i fertilitetsklinikken, kan Kathy Niakan og kolleger ikke spå om.

Men startskuddet er gået til eksperimenter med 'menneske-forsøgsdyr' ligesom genetikere gennem årtier har kortlagt de biologiske mekanismer i bananfluer og mus.

»Der vil givetvis komme lignende, og også mere avancerede, studier af denne slags i fremtiden, til fordel for viden om den tidlige udvikling hos mennesket. Og med udfordringer for dem, der vil lave studierne, ift. myndigheder og etiske instanser i de kulturer, forsøgene skal foregå i,« siger Lone Sunde.

CRISPR-cas9 menneskeembryon redigere gener Kathy Niakan The Francis Crick Institute

Det er ikke sidste gang, forskere kommer til at redigere i menneskeembryoner. For at opnå accept af dette i befolkningen er det ønskeligt med en bred, offentlig information og diskussion, mener dansk forsker. (Foto: The Francis Crick Institute)

Hun finder, at de nuværende forsøg etisk set er i overensstemmelse med etikken i vores kultur, men fremhæver samtidig, at en debat er vigtig at få taget.

»Her er det vigtigt, at så mange som muligt af os lytter og læser om planer og forsøg, giver vores besyv med med de kompetencer vi har hver især, både angående, om det er sandsynligt, at det planlagte forsøg vil give retvisende resultater, og i forhold til etikken,« siger Lone Sunde.

Første skridt er taget - debatér!

Det samme siger Claus Yding Andersen.

»For at opnå accept af dette i befolkningen er det ønskeligt med en bred, offentlig information og gerne diskussion af, om den forskning er ønskelig,« siger Claus Yding Andersen.

»Den nye artikel skal ses som et trin på vejen. Det er ikke første gang, det (gen-redigering i mennesker, red.) vises, men robustheden i teknikken er afgørende, og denne artikel udbygger den pålidelighed, som teknikken kan tænkes at have,« siger Claus Yding Andersen.

Han henviser til, at Niakan og kollegers arbejde meget omhyggeligt viser, hvordan CRISPR-cas9 kan bruges, og at de ikke finder nogle uønskede redigeringer i genomet, som ellers er en bekymring ved teknologien.

CRISPR-cas9 kan hjælpe mennesker i fremtiden

Der er stadig mange spørgsmål at afklare, før man vil kunne overveje at bruge CRISPR-cas9 til at redigere i gener på embryoner, der skal fødes, men CRISPR-cas9 går frem med stormskridt og bliver hele tiden mere og mere sikker.

Så hvor såkaldte 'designer-babyer' kun var et fremtidsscenarie for år siden, er de hastigt på vej til at blive en realistisk mulighed.

Og det er måske ikke nødvendigvis skræmmende.

»Kan man tænke sig, at vi kan benytte CRISPR-teknologien til i fremtiden at fjerne arvelige, genetiske defekter, der f.eks. gør, at man ikke udvikler en sygdom, eller at barnløse kan få børn, så er det vel noget, mange vil være meget interesseret i,« siger Karin Lykke-Hartmann.