Artikkelsamling om usikkerhet ved genredigering


GMO-Nettverket  har ved flere anledninger fått forespørsel om referanser til artikler som omhandler usikkerhet knyttet til bruken av genredigering, spesielt i forbindelse med CRISPR.  De siste par årene har det kommet flere vitenskapelige artikler om dette. Noen av artiklene handler om usikkerhet ved selve metoden, andre om utilsiktede konsekvenser, og om forhold i cellene som kan være årsak til at genredigeringen ofte ikke fungerer etter hensikten.


Artikler om dette har vært omtalt i nyhetsbrevet som GMO-Nettverket gir ut. I denne artikkelsamlingen har vi samlet noen av de nyeste artiklene. Det er viktig å understreke at dette er artikler der usikkerhet knyttet til genredigering er tema, og at artikler med fokus på potensielle muligheter ikke er tatt med her. Artiklene står for den enkelte forfatters egen regning.

Artikkelsamling om usikkerhet ved genredigering 

Ansvarlig redaktør: Sidsel Børresen, biolog og genetiker, GMO-Nettverket og fôr

1.Usikkerhet ved selve metoden

Uønskede forandringer i DNA ved genredigering
Genredigering med CRISPR kan gi uønskede endringer av DNA. Nature 16.07.18
Cas9 er enzymet som kutter DNA når man buker CRISPR. Det viser seg at bruddet som lages kan føre til at deler av DNA blir slettet eller stokket om på tilfeldige måter. Helt andre biter av cellens DNA kan også bli satt inn. Årsaken er at cellens eget system trer i kraft for å reparere bruddet i DNA, og at det skjer på uforutsigbare måter. Man finner liknende effekter også ved andre genredigeringsmetoder. Dette kan rote til tolkningen av forsøk og gjøre det vanskelig å utvikle genterapi basert på CRISPR. En forsker ved Salt Lake Institute mener at denne usikkerheten ved bruk av genredigering til nå har vært for lite vektlagt, og at dette må få større oppmerksomhet.
https://www.nature.com/articles/d41586-018-05736-3

Inkorporering av utilsiktet arvemateriale
Uventede endringer i DNA ved bruk av CRISPR. Nature 08.02.19
I en åpen artikkel i tidsskriftet Nature viser seks forskere at det skjer uventede forandringer i arvematerialet i forbindelse med cellens reparasjon ved bruddstedet etter at CRISPR har kuttet DNA. Det dreier seg om inkorporering av utilsiktet arvemateriale. De mener funnet innebærer en potensiell risiko ved bruk av genterapi på mennesker. Forskerne skriver videre at de mekanismene det her dreier seg om kan ha ført til horisontal genoverføring (genoverføring mellom arter, red. anm) gjennom evolusjonen av pattedyrgenomet. De konkluderer med at funnene i denne studien setter søkelyset på en voksende risiko ved bruk av CRISPR-teknologien.
https://www.nature.com/articles/s42003-019-0300-2

Virkning utenfor redigeringsstedet
CRISPR ikke så presis likevel. Den norsk legeforening 22.02.19
Artikkelen handler om en studie der genredigeringsmetoden CRISPR er brukt på mus. Studien er publisert i Nature Biotechnology. Man undersøkte hva som skjer i områder av DNA-et som ligger langt unna det stedet CRISPR er ment å redigere. Her ble det påvist kompliserte forandringer. Forfatterne konkluderer med at de genetiske endringene ved bruk av CRISPR ikke er begrenset til redigeringsstedet. De ser for seg at når man redigerer celler i behandlingsøyemed, kan det oppstå situasjoner der man introduserer mange mulig skadelige mutasjoner som samlet kan føre til kreft.  Arne Klungland, forskningsleder ved Avdeling for mikrobiologi ved Oslo Universitetssykehus, peker på at denne studien er en av flere som avdekker utfordringer ved nye genredigeringsverktøy. Han understreker likevel at metoden fortsatt er ny, og at det stadig gjøres fremskritt for å bedre presisjonen, og at den har stort potensiale når det gjelder behandling av alvorlige genestiske sykdommer som f.eks Huntington.
https://tidsskriftet.no/2019/01/fra-andre-tidsskrifter/crispr-mindre-presist-enn-forst-antatt

Kritikk av CRISPR i planter
Kritisk blikk på CRISPR anvendt i planter. Journal of Cellular Physiology juli 2019
Artikkelen tar utgangspunkt i at CRISPR-baserte verktøy har mange fordeler og mange mulige anvendelser innen planteforedling. Men til tross for at metoden er blitt svært populær, har den også begrensninger. I artikkelen nevnes off-target-problem, lav effektivitet når det gjelder å endre DNA samt nødvendigheten av etterarbeid for å sikre stabile plantelinjer. Andre betenkeligheter er mulig videreføring av CRISPR-aktivitet til påfølgende generasjoner samt risiko for overføring av de introduserte egenskapene til ville slektninger. Artikkelen peker kort på de nevnte aspektene, som den mener er undervurderte, og som kan være en utfordring ved videre anvendelse av CRISPR.
https://www.researchgate.net/publication/334381424_A_critical_look_on_CRISPR-based_genome_editing_in_plants

CRISPR har til nå vært en gammeldags og usikker metode
Prime editing, en ny superpresis CRISPR er lansert. Nature 21.10.19
Det blir stadig rapportert om nye utilsiktede konsekvenser ved bruk av CRISPR. I en artikkel i Nature presenteres nå en studie om «prime editing», en helt ny og mye mer presis variant av genredigering. Metoden øker sjansen for at man med genredigering kan ende opp med ønsket resultat «instead of a mix of changes they can’t predict», skal vi tro artikkelen. Den økte presisjonen kommer fordi man med prime editing bare kutter den ene DNA-tråden, mens man med CRISPR til nå har kuttet begge. Når begge tråder kuttes vil cellen reparere bruddet på uforutsigbare måter. Dette skal man ha kontroll på med prime editing. Sjansen for at det oppstår off-target-effekter andre steder i genomet sies også å være redusert. Metoden egner seg for mindre endringer i DNA, og først og fremst for genterapi innen humanmedisin. Forskerne bak studien kommer fra kjente universiteter. En av dem er David Liu, som sier at denne studien bare er begynnelsen. Teamet må nå jobbe videre for å finne ut hvordan prime editing fungerer i mange ulike typer av celler.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03164-5?utm_source=Nature+Briefing&utm_campaign=a63fc7c349-briefing-dy-20191022&utm_medium=email&utm_term=0_c9dfd39373-a63fc7c349-43933873

2. Utilsiktede resultater ved bruk av genredigering

Utslag (ødeleggelse) av gen i ris
CRISPR/Cas9-mutasjoner gir feedback-effekter i biosyntesen i risplanter. Plant cell reports, februar 2019
Forskerne ønsket å slå ut et gen i ris som har med egenskaper hos frøhviten å gjøre. Etter at genet var slått ut viste det seg at kompenserende mekanismer i cellen ble skrudd på. Dette forårsaket en omfattende omprogrammering i cellens biosyntetiske aktivitet for dannelse av stivelse.
https://www.researchgate.net/publication/330858182_CRISPRCas9_mutations_in_the_rice_WaxyGBSSI_gene_induce_allele-specific_and_zygosity-dependent_feedback_effects_on_endosperm_starch_biosynthesis

CRISPR mot geminivirus i planter
Kan CRISPR brukes i kampen mot geminivirus i matplanten cassava?  Genome Biology 25.04.19
Geminivirus er en gruppe virus som forårsaker sykdom i mange avlinger. I denne studien forsøkte forskerne å bruke CRISPR-teknologi for å gjøre den viktige matplanten cassava motstandsdyktig mot et slikt virus, kalt Afrikansk cassava mosaic virus. Men i veksthusforsøk var dette lite effektivt. Forskerne fant derimot at mellom 38 og 44% av de redigerte virusgenomene utviklet resistens mot å bli kuttet av CRISPR-saksen. I tillegg fant de at det redigerte viruset trengte tilstedeværelse av uredigert virus for å kunne formere seg. Forskerne mener at de uventede funnene i denne studien er viktige med tanke på anvendelser av CRISPR-teknologien i landbruket.
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-019-1678-3

Kolla kyr
Uventet antibiotikaresistens i kolla storfe i USA. Independent science news 12.08.19
Å lage kolla kyr (kyr uten horn) ved hjelp av genredigering har vært sett på som en effektiv og dyrevennlig måte å bruke denne teknologien. Firmaet som har utviklet slike kalver, Recombinetics Inc., har forsikret at ingen utilsiktede konsekvenser forekommer. De har brukt genredigeringsteknikken TALEN. Men det amerikanske mattilsynet FDA har nå kontrollert de kolla kalvene og funnet uventetede forandringer i genomet til to kalver. Dette ble publisert 28.07.19. Den ene hadde utilsiktede duplikater av det innsatte genlokuset mens begge kalvenes genom inneholdt gener for antibiotikaresistens, og dessuten andre gensekvenser med bakteriell opprinnelse. Funnene til FDA reiser grunnleggende spørsmål omkring genredigeringens presisjon, og er et slag mot argumentet om å unnta genredigering fra regulering. Derfor er FDAs funn også en støtte til vurderingene i EU, der genredigerte organismer skal reguleres som GMO.
https://www.independentsciencenews.org/news/fda-finds-unexpected-antibiotic-resistance-genes-in-gene-edited-dehorned-cattle/

Problemer med genredigerte dyr
Rapport om mange problem med genredigering av dyr. Friends of the Earth/ Logos Environmental, sept 2019
En omfattende internasjonal rapport fra FoE og Logos Environmental lister opp en rekke uheldige virkninger fra diverse forsøk på å genredigere dyr. Ifølge forfatterne finnes det et økende antall fagfelle-vurderte artikler som viser at genredigering (og spesielt Crispr) ikke er på langt nær så presis som det tidligere er hevdet. Genredigering av dyr har gitt uventede genetiske feil med konsekvenser for dyrevelferd og menneskers helse samt for miljøet. Rapporten peker også på at genredigering av husdyr i tillegg vil føre til en ytterligere industrialisering av landbruket, noe som vil gjøre matproduksjonen mindre bærekraftig.
https://1bps6437gg8c169i0y1drtgz-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/09/FOE_GManimalsReport_Final-Print-1.pdf

Genredigering på mennesker
De kinesiske CRISPR-tvillingene kan ha økt risiko for tidlig død. Forskning.no 05.06.19
Den kinesiske forskeren He Jiankui endret et gen hos to menneskelige embryoer slik at de skulle bli motstandsdyktige mot HIV. Embryoene fikk utvikle seg til babyer. Men hva annet gjør det genet som He endret hos tvillingene? Forskerne Wei og Nielsen har undersøkt hva som skjer med mennesker som naturlig har det genet som He satte inn hos tvillingene. Det viste seg at slike personer hadde 21 % høyere sjanse for å dø tidlig. Andre studier har indikert at denne genvarianten gir større sjanse for å dø av influensa. Den foreløpige konklusjonen er at gen-endringen He gjorde kan gi større sårbarhet overfor andre sykdommer enn HIV, men hvilke mekanismer som ligger bak vet man ingenting om.
https://forskning.no/dna-genteknologi/kan-ha-gitt-kinesiske-crispr-tvillinger-risiko-for-tidlig-dod/1344703

Cellers forsvar mot CRISPR og kreft
Celler forsvarer seg mot CRISPR og kreft på samme måte. New York Times 12.06.18
Denne artikkelen omtaler funn som er gjort ved Karolinska og hos Novartis. Artikkelen forklarer sammenhengen mellom bruk av CRISPR og økt risiko for kreft slik: En celles forsvar mot kreft styres av et gen, p53. Det samme genet forsvarer cellen mot å bli genredigert med CRISPR. Celler med effektivt p53-gen vil ha de beste forutsetninger for å motstå genredigering. Celler med mindre effektivt eller manglende p53-gen vil lettere la seg genredigere, men vil også være mer utsatt for å utvikle kreft. Forskerne mener likevel at dette ikke rokker ved CRISPR som en lovende teknologi, den er bare litt vanskeligere å gjennomføre. De mener at reaksjoner på børsen er overdrevet. Men de er enige om at funnene deres gir noen bekymringer omkring bruken av CRISPR i behandling av mennesker, og at det trengs mer forskning.
https://www.nytimes.com/2018/06/12/science/crispr-cancer-gene-editing.html

3. Hvorfor genredigering ofte ikke fungerer

Omnigenetikk
Er bruk av genteknologi i matproduksjonen et feilgrep? GMWatch 21.11.18
Michael Antoniou, PhD Kings College, London hevder at genteknologi er et feilgrep i arbeidet for å få fram en bedre matproduksjon. Han mener at teknologien bygger på den foreldete oppfatningen om at ett gen styrer én egenskap. Omnigenetikk er en ny tilnærmingsmåte innen genetisk forskning, som tar utgangspunkt i at gener ikke fungerer som enkeltstående elementer. Mekanismene som styrer arv burde i stedet ansees som samarbeidende nettverk, der mange gener er aktive i styringen av en funksjon, og mange proteiner gir opphav til én egenskap. Hele genomet til en organisme kan være involvert i styringen av komplekse egenskaper. Geners funksjonsmåte er utviklet gjennom evolusjonen sammen med hele organismen. Flytting av et gen til en ny kontekst (en ny organisme) vil påvirke genets virkemåte, og i tillegg påvirke det eksisterende samspillet i mottakerorganismens genom. Dybdeanalyser viser slik effekt også om giver og mottaker tilhører samme art. Og selv om en ikke innfører nytt DNA, kan små forandringer i én komponent endre «core pathways» i plantens biokjemi. Fagfeltet omnigenetikk er utviklet gjennom observasjoner i mennesker. Siden genstruktur og funksjon har så mange likheter i dyr og planter, vil det ikke være overraskende om man finner at komplekse egenskaper også i planter er av omigenetisk natur. Antoniou konkluderer med at den nye kunnskapen tilsier at forbedring av komplekse egenskaper gjennom foredling/avl bare kan oppnås hvis man inkluderer omnigenetiske funksjoner. Dette hensynet mener han er ivaretatt i konvensjonell foredling uten genteknologi. (Man avler på helheten. Red.anm) Og dette er grunnen til at naturlig foredling, utvidet med MAS (markør-assistert seleksjon) og liknende hjelpemidler, har blitt stående som mest suksessfull når det gjelder å forbedre komplekse egenskaper.
https://gmwatch.org/en/news/latest-news/18593

Avansert teknologi viser virkninger av fremmed DNA
Mange virkninger av fremmed DNA i planteceller. PLOS genetics 18.01.19
I en åpen, fagfellevurdert artikkel beskriver amerikanske forskere ved Salk Lake Institute hvordan de har brukt avansert sekvenseringsteknologi for å studere hva som skjer på molekylært nivå når fremmede gener settes inn i planters genom (DNA). De fant at innføring av et bestemt DNA-fragment fikk uventede konsekvenser. I noen tilfeller resulterte det i endringer både innen et kromosom og mellom forskjellige kromosomer.  Epigenetiske analyser av celler (analyser av endring i geners aktivitet uten at DNA endrer seg) viste variable effekter. Genet med det integrerte fremmede DNA kunne bli slått av, eller det kunne oppstå endringer med betydning for funksjonene i cellen. Den nye sekvenseringsteknologien vil være til nytte når man prøver å finne utilsiktede virkninger ved bruk av av genredigering, f.eks med CRISPR.
https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1007819

Enhancere. Foredrag av instituttleder Livsvitenskap, UiO
Hva skjer når et gen aktiveres?
Realfagsbiblioteket UiO, 25.10.18
Realfagsbiblioteket ved Universitetet i Oslo arrangerer jevnlig vitenskapelige foredrag om aktuelle forskningsemner. I oktober 2018 var temaet enhancere. Enhancere er biter av cellenes DNA som påvirker hvordan et gen kommer til utrykk. De kan ligge langt unna genets plassering på DNA-tråden. I en youtube-video forteller leder for Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo (UiO), Rein Aasland, om genenes kompliserte virkemåte. Han peker på at det er mye vi ennå ikke vet om de prosessene som foregår i en celle når et gen aktiveres. Foredraget er til dels biokjemisk komplisert. Det varer i 45 min. (Foredraget omhandler ikke genredigering spesifikt)
https://www.youtube.com/watch?v=BYHbKPMHyi4

CRISPR versus naturlig mutasjon. april 19
Det er forskjeller på CRISPR-mutasjoner og andre mutasjoner. Frontiers in Plant Science 24.04.19
Artikkelen i Frontiers er en fagfellevurdert oversiktsartikkel som tar utgangspunkt i hvordan planter gjennom evolusjonen har utviklet en rekke prosesser internt i cellene. Mye handler om å beskytte det viktige arvestoffet (DNA) mot endringer som fører til mutasjoner. Det dreier seg om å reparere skader i DNA og om beskyttelse av spesielt viktige områder av DNA-molekylene. Artikkelen beskriver hvordan det nye genteknologiske verktøyet CRISPR bryter seg gjennom cellenes forsvarsverk og lager målrettede endringer i DNA som ikke ville være mulig ved naturlige mutasjoner eller radiologisk/ kjemisk mutagenese. Metoden åpner også for endringer i områder av genomet som tidligere ikke var tilgjengelige for forandringer. Ved bruk av CRISPR kan man i tillegg lage flere målrettede mutasjoner samtidig i ett genom, noe som gir en uoversiktelig situasjon for de påfølgende prosessene i cellene. Artikkelen konkluderer med at genredigering kan gi organismer med nye genetiske kombinasjoner som ikke ville kunnet forekomme naturlig. Å hevde at mutasjoner indusert med CRISPR er det samme som naturlige mutasjoner er derfor en misvisende overforenkling. Forfatter av artikkelen er Katharina Kawall, som har doktorgrad og er faglig ansvarlig i det tyske rådgivende organ FGU (Fachstelle Gentechnik und Umwelt),
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00525/ful