Dizajnerska beba je beba čiji je genetički sastav odabran ili izmenjen, često kako bi se izdvojio određeni gen ili uklonili geni povezani sa bolestima Ovaj proces obično uključuje analizu širokog spektra ljudskih embriona radi identifikacije gena povezanih sa određenim bolestima i karakteristikama, te odabir embriona koji imaju željeni genetički sastav; proces poznat kao preimplantaciona genetska dijagnostika. Ispitivanje prisustva pojedinačnih gena je česta praksa, dok neke kompanije nude opciju ispitivanja prisustva više gena odjednom.

Primer alternativnog načina uz pomoć koga je moguće izmeniti genetičku informaciju deteta direktna je izmena genetičkog koda pre rođenja, mada se to inače ne primenjuje i do sad je zabeležen samo jedan slučaj korišćenja ove tehnike, 2019. godine u Kini, kada su bliznakinje Lulu i Nana bile genetski izmenjene. Ovaj događaj je izazvao velike kritike od strane naučne zajednice.

Genetski izmenjeni embrioni mogu biti kreirani unošenjem željenog genetskog materijala direktno u sam embrion, ili u spermatozoide i/ili jajne ćelije roditelja. Ovo se realizuje unošenjem željenih gena direktno u ćeliju ili korišćenjem tehnologije za izmenu gena. Ovaj proces je poznat kao genetički inženjering i njegova primena na bebama je najčešće zabranjena zakonom. Izmena gena na ovaj način može da dovede do prenošenja genetičkih promena na buduće generacije, a pošto uključuje izmenu gena nerođenog deteta, takođe se smatra kontroverznom i temom za etičku debatu. Neki naučnici zastupaju upotrebu ove tehnologije radi lečenja bolesti, ali postoje sumnje da bi mogla biti iskorišćena u kozmetičke svrhe, kao i u svrhu unapređivanja ljudskih osobina.

Preimplantaciona genetička dijagnostika Glavni članak: „Preimplantaciona genetska dijagnostika”Preimplementaciona genetička dijagnostika (PGD) je postupak u kojem se geni embriona ispituju pre implantacije. Ova tehnika se koristi u kombinaciji sa vantelesnom oplodnjom kako bi se dobili embrioni za procenu genoma. Alternativno, mogu se ispitivati ovociti pre oplodnje. Prvi put je ova tehnika iskorišćena 1989. godine.

PGD se primarno koristi za selekciju embriona za implantaciju kada su moguće kongenitalne anomalije i omogućava identifikaciju mutiranih alela ili alela povezanih sa nekom bolešću. Ovo je posebno korisno kada jedan ili oba roditelja imaju neku naslednu bolest. Može se takođe koristiti za selekciju embriona određenog pola, najčešće kada je bolest jače povezana s jednim polom (npr. poremećaji vezani za X hromozom koji su češći kod muškaraca, poput hemofilije). Novorođenčad rođena s osobinama koje su posledica PGD ponekad se smatraju dizajnerskim bebama.

Još jedna primena PGD je selekcija „brata ili sestre spasioca”, dece koja su rođena kako bi bila donor (organa ili grupe ćelija) bratu ili sestri koji/a boluje od životno ugrožavajuće bolesti. Spasilac biva začet uz pomoć vantelesne oplodnje, a zatim se vrši genetičko ispitivanje uz pomoć PGD, kako bi se odredila sličnost s detetom kome treba transplantacija, a sve to u cilju smanjenja rizika od odbacivanja organa od strane tela.

Proces Embrioni za PGD se dobijaju iz procedura vantelesne oplodnje u kojima se ovociti veštački oplode. Ovociti se skupljaju nakon kontrolisane hiperstimulacije jajnika, što podrazumeva tretmane radi povećavanja plodnosti radi proizvodnje više ovocita. Nakon sakupljanja, ovociti se oplode vantelesno, tokom inkubacije ili uz pomoć intracitoplazmatske injekcije spermatozoida (ICSI), gde se spermatozoid direktno ubrizga u ovocit. Embrioni koji su nastali čuvaju se 3-6 dana kako bi dostigli fazu blastomera ili blastocista.

Nakon što embrioni dostignu željenu fazu razvoja, vrši se biopsija ćelija i njihova genetičko ispitivanje. Vrsta ispitivanja zavisi od vrste poremećaja koji se ispituje.

Reakcija lančane polimerizacije je proces u kom se molekuli DNK umnožavaju čime se omogućava stvaranje velikog broja kopija ciljne DNK sekvence koristeći malu početnu količinu DNK uzorka. Ovo omogućava pregled velikih uzoraka i identifikaciju specificnih gena i često se koristi za genetičko ispitivanje monogenskih poremećaja, poput cistične fibroze.

Druga tehnika genetičkog ispitivanja, fluoroscentna „in situ” hibridizacija (FISH), koristi fluoroscentne sonde koje se vezuju specifično za visoko komplementarne sekvence na hromozomima, koji se zatim mogu identifikovati uz pomoć fluoroscentne mikroskopije. FISH se najčešće koristi kod genetičkog ispitivanja hromozomskih abnormalnosti, poput numeričkih aberacija (aneuploidija), što ovu tehniku čini veoma korisnom za otkrivanje poremećaja poput Daunovog sindroma.

Nakon pregleda, embrioni sa željenim svojstvom (ili bez nepoželjnog svojstva, kao što je neka mutacija) prenose se u matericu majke, gde se zatim dalje razvijaju prirodno.

Regulacija Regulacija PGD određena je od strane vlada pojedinačnih zemalja, pri čemu neke potpuno zabranjuju njegovu upotrebu, uključujući Austriju, Kinu i Irsku.

U mnogim zemljama, PGD je dozvoljen pod veoma strogim uslovima, samo za medicinsku upotrebu, što je slučaj u Francuskoj, Švajcarskoj, Italiji i Ujedinjenom Kraljevstvu.

U Italiji i Švajcarskoj je PGD dozvoljen samo pod određenim okolnostima i ne postoji jasan skup uslova pod kojima se može sprovoditi, a selekcija embriona na osnovu pola nije dozvoljena.

U Francuskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu propisi su mnogo detaljniji, s posvećenim agencijama koje određuju regulatorne okvire za PGD. Selekcija na osnovu pola dozvoljena je pod određenim okolnostima, a genetički poremećaji za koje je dozvoljen PGD detaljno su opisani od strane odgovarajućih agencija zemalja.

Nasuprot tome, federalni zakon Sjedinjenih Američkih Država ne reguliše PGD, pri čemu ne postoje posvećene agencije koje određuju regulatorni okvir kog moraju da se pridržavaju zdravstveni radnici. Selekcija pola je dozvoljena i čini oko 9% svih primena PGD u SAD, kao i selekcija za željene uslove, poput gluvoće ili patuljastosti.

Ljudski genetički inženjering

Ljudski genetički inženjering Ljudski genetički inženjering je proces u kojem se ljudski genom uređuje unutar geneticke ćelije, poput spermatozoida ili ovcita (uzrokujući nasledne promene), ili u zigotu ili embrionu nakon oplodnje. Genetički inženjering rezultuje promenama u genu koje su inkorporirane u svaku stanicu u telu potomstva (ili pojedinca nakon embrijskog genetičkog inženjeringa). Ovaj proces se razlikuje od inžinjerstva somatskih ćelija, koje ne rezultira naslednim promenama. Većina genetičkog uređivanja obavlja se na pojedinačnim ćelijama i nevitalnim embrionima, koji se uništavaju u vrlo ranim stadijumima razvoja. Međutim, u novembru 2018. godine, kineski naučnik He Jiankui objavio je da je stvorio prve bebe genetski editovane u ljudskom genetičkom inženjeringu.

Genetska modifikacija gena Genska terapija je isporuka nukleinske kiseline (obično DNK ili RNA) u ćeliju kao farmaceutskog sredstva za lečenje bolesti. Najčešće se sprovodi pomoću vektora, koji transportuje nukleinsku kiselinu (obično DNK, koja kodira terapeutski gen) u ciljnu ćeliju. Vektor može da transdukuje željenu kopiju gena na određenu lokaciju koja će se izražavati po potrebi. Alternativno, transgen se može umetnuti da namerno poremeti neželjeni ili mutirani gen, sprečavajući transkripciju i translaciju neispravnih genskih proizvoda kako bi se izbegao fenotip bolesti.

Genska terapija kod pacijenata obično se sprovodi na somatskim ćelijama u cilju lečenja stanja, kao što je leukemija i vaskularne bolesti. Za razliku od toga, genska terapija ljudske zamećne linije ograničena je na in vitro eksperimente u nekim zemljama, dok druge u potpunosti zabranjuju, uključujući Australiju, Kanadu, Nemačku i Švajcarsku.

Iako Nacionalni instituti za zdravlje u SAD trenutno ne dozvoljavaju klinička ispitivanja prenosa gena zamećne linije in utero, in vitro ispitivanja su dozvoljena.. Smernice NIH-a navode da su potrebne dalje studije u vezi s bezbednošću protokola prenosa gena pre nego što se razmotri istraživanje in utero, što zahteva trenutne studije kako bi se obezbedila dokazana efikasnost tehnika u laboratoriji. Istraživanja ove vrste trenutno koriste neodržive embrione za ispitivanje efikasnosti genske terapije zamećne linije u lečenju poremećaja kao što su nasledne mitohondrijalne bolesti.

Prenos gena u ćelije obično se vrši isporukom vektora. Vektori se obično dele u dve klase – virusne i nevirusne.

Vektorska isporuka

Viralni vektori Virusi inficiraju ćelije transducirajući svoj genetički materijal u ćeliju domaćina, koristeći ćelijski mehanizam domaćina da generiše viruse potrebne za replikaciju i proliferaciju. Modifikacijom virusa i učitavanjem terapijske DNK ili RNK, moguće je koristiti ih kao vektor za isporuku željenog gena u ćeliju.

Retrovirusi su neki od najčešće korišćenih viralnih vektora, jer ne samo što unose svoj genetički materijal u ćeliju domaćina, već ga i kopiraju u genom domaćina. U kontekstu terapije genima, to omogućava trajnu integraciju gena od interesa u DNK pacijenta, pružajući dugotrajnije efekte.

Viralni vektori efikasno funkcionišu i uglavnom su sigurni, ali imaju neke komplikacije, što doprinosi strogoj regulaciji terapije genima. Pored delimične inaktivacije viralnih vektora u istraživanjima terapije genima, oni i dalje mogu biti imunogeni i izazvati imunski odgovor. Još jedna teškoća je mogućnost da se neki virusi nasumično integrišu svojom nukleinskom kiselinom u genom, što može poremetiti funkciju gena i generisati nove mutacije. Ovo je značajan problem kada se razmatra germinalna terapija gena, zbog mogućnosti stvaranja novih mutacija u embrionu ili potomstvu.

Neviralni vektori Nekoviralne metode transfekcije nukleinske kiseline uključuju ubrizgavanje golog DNK plazmida u ćeliju radi inkorporacije u genom. Ova metoda nekada je bila relativno neefikasna s niskom frekvencijom integracije, međutim, efikasnost se od tada znatno poboljšala, koristeći metode za poboljšanje isporuke željenog gena u ćelije. Štaviše, nekoviralni vektori jednostavni su za proizvodnju u velikim količinama i nisu visoko imunogeni.

Neke nekoviralne metode su detaljnije opisane u nastavku:

Elektroporacija je tehnika u kojoj se koriste impulsi visokog napona za prenos DNK u ciljnu ćeliju preko membrane. Veruje se da ova metoda funkcioniše zbog formiranja privremenih pora preko membrane, ali, iako su one privremene, elektroporacija dovodi do visoke stope ćelijske smrti, što je ograničilo njenu upotrebu. Poboljšana verzija ove tehnologije, transfekcija elektron-lavina, razvijena je od tada i uključuje kraće (mikrosekundne) impulse visokog napona koji rezultiraju efikasnijom integracijom DNK i manjim oštećenjem ćelija. Genski pištolj je fizički metod transkripcije DNK, gde se DNK plazmid stavlja na česticu teškog metala (obično zlata) i stavlja na 'pištolj'. Uređaj generiše silu da prodre kroz ćelijsku membranu, omogućavajući DNK da uđe dok zadržava metalnu česticu. Oligonukleotidi se koriste kao hemijski vektori za gensku terapiju, često korišćeni za ometanje mutiranih DNK sekvenci. Poremećaj na ovaj način može se postići unošenjem malih RNK molekula, nazvanih siRNA, koji signaliziraju ćelijsku mašineriju da cepa neželjene sekvence mRNA, kako bi sprečili njihovu transkripciju. Druga metoda koristi dvolančane oligonukleotide, koji vezuju faktore transkripcije potrebne za transkripciju ciljnog gena. Kompetitivnim vezivanjem ovih faktora transkripcije, oligonukleotidi mogu sprečiti ekspresiju gena.

Cinkov prst nukleaza (ZFN)