En effektiv og billig teknologi for å endre på genene våre er i frammarsj. Men hvordan virker egentlig teknologien?

Født sånn, blitt sånn, eller redigert sånn?

Den nye genredigeringsteknologien CRISPR kan kurere sykdom og brukes som våpen. Vi står foran en genterapirevolusjon, og trikset vi bruker har vi lært fra bakterier.

2.3 2016 04:00

Det begynner å bli noen år siden vi så smått begynte å bli i stand til å redigere gener, altså forandre en organismes DNA.

Nå står vi på terskelen til noe som kan vise seg å bli et genterapi-paradigmeskifte – før og etter CRISPR.

CRISPR gjør oss i stand til å redigere gener mer nøyaktig, mer effektivt, og langt billigere, og Bioteknologirådet har nylig bestemt at de vil tillate norske forskere å endre gener i menneskeembryo.

Men hvordan fungerer det egentlig?

Årets gjennombrudd

CRISPR-teknologien ble, av Science, kåra til årets vitenskapelige gjennombrudd i 2015. Teknologien ble nominert i samme kåring både i 2012 og 2013, og den mildt sagt omstridte genmanipuleringa av menneskeembryo i Kina var med på å sørge for topplassering i fjor.

For å skjønne hvordan dette egentlig fungerer må vi starte med bakterier, nærmere bestemt med bakteriers immunforsvar. CRISPR er nemlig ikke noe vi har kommet på selv, vi har funnet det i naturen.

CRISPR, som står for clustered regularly interspaced short palindromic repeats, ble oppdaga på åttitallet da forskere la merke til et pussig mønster i genomet til E.coli-bakterier. Nøyaktig likedanne DNA-sekvenser med de samme 29 basene dukka opp med jevne mellomrom. Mellomrommene bestod alltid av 32 baser, men det eneste disse hadde til felles var nettopp dette – antallet baser.

Forskerne skjønte på dette tidspunktet ikke hva det var de hadde sett. Og selv om de – godt hjulpet av teknologiske framskritt knytta til DNA-sekvensering – fant massevis av lignende mønstre i forskjellige mikrober gjennom hele nittitallet, var det ikke før tidlig på 2000-tallet at gjennombruddet kom.

Først, i 2002, oppdaga Ruud Jansen ved Utrecht University Cas-enzymer (CRISPR-associated proteins), som alltid var i nærheten av CRISPR-sekvensene.

– Dette enzymet har en evne til å klippe DNA, det kan gjenkjenne og fjerne helt spesifikke sekvenser, forklarer Arne Klungland, professor i molekylærmedisin ved UiO, til NRK.


Slik virker CRISPR/Cas-9-teknologien. (Illustrasjon: Sigrid B. Thoresen/Bioteknologirådet.)

– Brikkene falt på plass

På dette tidspunktet var det ingen som skjønte hvorfor dette enzymet hadde denne egenskapen, de forsto heller ikke hvorfor de alltid var å finne like ved CRISPR-sekvensene. Tre år senere kom oppdagelsen som gjorde sammenhengene tydelige.

Flere uavhengige forskergrupper oppdaga at mellomrommene mellom CRISPR-sekvensene så ut som virus-DNA, nærmere bestemt DNAet til virus som angriper bakterier.

– Da falt brikkene på plass, forteller evolusjonsbiolog Eguene Koonin til Quanta Magazine.

Han framsatte ei hypotese om at kombinasjonen CRISPR/Cas var en forsvarsmekanisme som bakterier brukte i kampen mot virus, og i dag vet vi at Koonin hadde rett.

Bakterienes forsvarstriks går altså ut på at de tar DNA-deler av virus som angriper og bevarer det i sitt eget DNA. På denne måten bygger de opp et kartotek over fiendtlige virus.

Så kopieres DNA-informasjon om det enkelte viruset inn i et RNA-molekyl. Det tidligere nevnte cas-enzymet tar med seg RNA-molekylet rundt i cella på jakt etter virus, og hvis det finner en DNA-sekvens som stemmer overens med det lagra virus-DNAet, fester RNAet seg til denne.

På denne måten får cas-enzymet beskjed om at noe er uønska og klipper det nyoppdaga virus-DNAet i to, for på den måten å forhindre det i å duplisere seg og dermed forårsake en infeksjon. Kanskje ikke helt enkelt, men definitivt genialt.

Billig og effektiv

I 2012 oppdaga Jennifer Doudna og kollegaene hennes ved University of California at vi kunne dra nytte av CRISPR-teknologien som bakterier har brukt med hell i millioner av år.

De konsentrerte seg om cas9-enzymet, et av mange forskjellige cas-enzym. Akkurat dette kommer fra Streptococcus pyogenes, bakterien som gir oss streptokokker.

Forskergruppa fant ut at de kunne gjøre som bakteriene: Å gjennom en RNA-guide gi Cas9 beskjed om hvor i DNAet det skal klippe. Der man tidligere har måttet designe et helt protein for å gjenkjenne en spesifikk DNA-sekvens kan man nå lage en liten bit RNA som gjør akkurat samme jobb.

Hullet fyller man med nytt DNA. Det kan enten være fra en donor, eller det kan være syntetisert. Da fôrer man genet som skal repareres med tusenvis av identiske DNA-biter, og håper at en av dem fester seg.

Dermed kan man, i teorien, redigere nøyaktig hvor man vil kutte og endre DNAet, i de celletypene man ønsker, i planter, dyr, eller mennesker.

For å påpeke det åpenbare: Denne typen genredigering er selvfølgelig særdeles omdiskutert, særlig når det kommer til bruk på mennesker. Men vi sparer etikkdiskusjonen til en annen artikkel.

– Det som er så spesielt med CRISPR er at det fungerer like effektivt i alle organismer, og du kan forandre mange gener samtidig, forklarer Klungland.

I tillegg er den, sammenligna med andre metoder for å redigere gener, svært billig og ekstremt effektiv. Den er også enkel og tilgjengelig, har du molekylærbiologiforståelse på universitetsnivå kan du greit lære deg hvordan det fungerer. RNA-guider kan du designe og bestille på nettet.

Du kan altså både klippe og lime i allerede eksisterende gener, gjerne på tvers av arter, for eksempel flytte en DNA-sekvens fra en fisk til et menneske eller omvendt. Ellers kan du syntetisere DNA-sekvensen selv, lage den som du vil ha den.

Klungland påpeker at det likevel fortsatt er mange begrensninger.

– Det er lett å bruke metoden på celler som dyrkes i laboratoriet og på ei befrukta eggcelle. Det er noe helt annet å for eksempel skulle gjøre noe med alle cellene i lungene til et menneske.

Hva nå?

Kinesiske forskere prøvde seg i fjor på å bruke CRISPR/cas9-metoden på ikke-levedyktige menneskeembryoer. De ville redigere genet som forårsaker den arvelige blodsykdommen betatalassemi.

Forskerteamet injiserte enzymet i 86 embryoer, men kun 28 fikk DNAet skjøta med hell. Bare en brøkdel av dem igjen fikk endra sykdomsgenet.

I Kina har de også endra gener hos hunder og griser, beaglen Tiangou fikk for eksempel større muskelmasse – helt uten å trene.

Nå har også britiske forskere fått klarsignal for å endre gener i menneskeembryo, og i Norge har flertallet i Bioteknologirådet altså sagt at de vil tillate det samme her til lands.

Teknologien finnes. Nå gjenstår det bare å se hvordan vi kommer til å bruke den.

Kilder:

Breakthrough DNA Editor Borne of Bacteria i Quanta Magazine

På vei mot det genmodifiserte mennesket?, Bioteknologirådet

Everything You Need to Know About CRISPR, the New Tool that Edits DNA,Gizmodo