Verktøyet for genredigering stammer fra immunforsvaret til bakterier og har vist seg å kunne brukes til mye.(Illustrasjon: tdhster / Shutterstock / NTB)
Et tiår med gensaksen CRISPR. – Det har vært en kjempeutvikling
Gensaksen brukes til alt fra å behandle sykdommer til å avsløre svakhetene til kreftceller.
På ti år har CRISPR blitt tatt i bruk på laboratorier rundt om i verden i ekspressfart.
Verktøyet for genredigering gjør det mulig å klippe hvor som helst i genene til planter, dyr og mennesker. Slik kan man endre på DNA, koden som styrer hvordan alt levende er bygget opp og fungerer.
Det er et håp om at CRISPR-metoden kan brukes for å behandle alvorlige genetiske sykdommer som det så langt ikke finnes noen kur mot.
Men det er ikke bare innen behandling at CRISPR viser seg nyttig.
Det brukes til å finne ut hva gener gjør og for å lage forsøksmus. Det kan brukes for å stille diagnoser og til å skape matplanter med bedre egenskaper.
I en artikkel i Science publisert i slutten av januar, forteller Joy Wang og Jennifer Doudna om utviklingen det siste tiåret.
Teknikker for å endre gener har eksistert siden 1970-tallet. Det som gjør CRISPR spesielt, er at gener nå kan redigeres mer presist, enklere og billigere enn før.
Teknologien stammer egentlig fra bakteriers immunforsvar.
CRISPR er navnet på et område i bakteriers DNA som består av korte, repeterende sekvenser.
Mellom dem er det en liten bit DNA fra virus som har angrepet bakterien eller dens forfedre tidligere.
Bakterien har altså laget seg en huskeliste over inntrengere.
Når et virus går til angrep, kan bakterien lage en kopi fra huskelisten sin i form av et RNA-molekyl.
RNA-et slår seg sammen med et protein som kan kutte i arvestoff. Sammen søker de gjennom arvestoffet til viruset etter noe som matcher kopien. Når de finner det, kuttes DNA-et i to.
Slik kan virus settes ut av spill.
Bevist i 2012
Denne forsvarsmekanismen skulle vise seg å bli nyttig for oss.
Det var Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier og kolleger som i 2012 viste at mekanismen «programmeres» til å kutte der du vil i DNA. Virginijus Šikšnys gjorde det også omtrent samtidig.
Annonse
I 2013 ble teknikken for første gang brukt til å endre arvestoffet i dyre- og menneskeceller. Siden har det gått unna.
– Det har vært en kjempeutvikling, sier Eivind Valen, professor ved Universitet i Bergen.
Han har selv utviklet verktøy for CRISPR-redigering.
– CRISPR er tatt i bruk på nesten alle molekylærbiologi-laber i verden, sier Valen.
Eivind Valen er professor ved Universitetet i Bergen.(Foto: Anders Bakke, Mindfall)
Mus med sykdommer
Annonse
Det å slå ut gener, gjør det lettere å lage forsøksdyr med spesielle gener som ikke virker. Da kan man lage forsøksmus med genetiske sykdommer som finnes hos mennesker.
Musene kan brukes til å forske på sykdommen.
I tillegg kan forskerne sette inn nye gener med CRISPR.
Ifølge Wang og Doudna kan tiden det tar å lage genmodifiserte mus reduseres fra et år til så lite som fire uker.
Det er laget mus med CRISPR som får kreft, beinskjørhet og Alzheimer.
Vanskeligere å sette inn
CRISPR kan brukes til å redigere i DNA-et til dyr og planter. Men det er vanskeligere å sette inn nye gener enn å slå dem ut, forteller Valen.
– Det har blitt mye lettere de siste ti årene, men kan fortsatt være utfordrende, sier Valen.
Når cellen reparerer kuttet, kan det skje på to måter: Enten limer den endene sammen. Da blir genet som var der som oftest reparert, men feil kan oppstå som slår det ut.
Eller så kan cellen kan gjøre en mer avansert reparasjonsprosess der forskere lurer cellen til bruke en mal som de har tilsatt.
– Du lager en lang DNA-sekvens som er identisk med området som du har klippet i, men som inneholder enkelte endringer du ønsker å innføre, sier Valen.
Annonse
Cellen godtar ofte denne sekvensen og reparerer området basert på den. Dermed er genene redigert.
Et problem er at det er den kjappe reparasjonen som skjer oftest. Forskere har likevel funnet metoder for å trigge den mer avanserte reparasjonen oftere, slik at nye gener blir satt inn. Å øke effektiviteten på dette jobbes det iherdig med, forteller Valen.
Mer hardføre planter og behandling mot sykdom
Ved å slå ut eller sette inn nye gener, kan forskere gjøre nyttige endringer i organismer.
CRISPR er brukt til å forsøke å endre risplanter så de gir større avlinger, til å gjøre appelsiner bedre beskyttet mot en sykdom og til å lage hvete uten gluten, ifølge Synthego.
Den første godkjente grønnsaken som er CRISPR-redigert, kom på markedet i 2021.
Ikke minst testes CRISPR ut som behandling mot genetiske sykdommer.
Det er et håp om at genredigering kan brukes til å rette på gener som lager feil og forårsaker alvorlige sykdommer, slik som Duchennes muskeldystrofi, Huntington eller cystisk fibrose.
Det foregår allerede flere kliniske studier på mennesker, foreløpig mest innen kreft og blodsykdommer.
En årsak til at behandling for kreft og blodsykdommer testes først, er at da kan celler tas ut av kroppen, redigeres og så settes inn igjen.
For kreft redigeres immunceller slik at de kanskje blir bedre til å angripe kreftceller. Dette er en veldig spennende metode, men er gjort med varierende hell, sier Valen.
Annonse
CRISPR-behandling mot en genetisk blodsykdom kalt sigdcelleanemi har vært vellykket.
Da tas stamceller ut fra pasienten og endres slik at de begynner å produsere friske røde blodceller. Så settes de inn igjen. Resultatene har vært gode.
Det er ventet at FDA gi godkjenning til den første CRISPR-baserte behandlingen om ikke så lenge. Da mot sigdcelleanemi.
Når det klippes på feil sted
Det er tryggere å redigere cellene utenfor kroppen.
– Hvis noe går galt, kan du la være å sette dem inn. Du kan sjekke om cellene er redigert feil, sier Valen.
Noen ganger klipper nemlig CRISPR på feil sted. Den klipper på plasser som ligner det området den skal til. Det kalles «off-targets» og kan være skummelt.
– Det er fortsatt ting som må testes ytterligere i alle fall før jeg ville sluppet det løs i min kropp, sier Valen.
For de fleste genetiske sykdommer kan man ikke endre cellene utenfor kroppen. Da må saksen inn, for eksempel via virus. Det er ikke så lett.
CRISPR kobler seg på den matchende biten i DNA-et.(Illustrasjon: Meletios Verras / Shutterstock / NTB)
– Det er egentlig en utfordring i hele farmakologien: å levere medikamenter direkte i cellene. Det leveringsproblemet er ikke løst verken for medisiner eller CRISPR.
De siste ti årene har det også skjedd mye innen selve CRISPR-teknologien.
Det originale CRISPR-verktøyet kalles CRISPR/ Cas9. Her er Cas9 proteinet som kutter. Det kommer fra en bestemt bakterie.
De siste årene har det kommet flere versjoner av saksen som stammer fra andre bakterier.
Cas9 kan nemlig ikke klippe helt hvor som helst.
– Den krever at du har to G-er rett ved siden av det stedet du skal treffe. Dette finnes ikke alltid i nærheten av stedet du ønsker å endre, og forskere har derfor testet ut andre Cas-er som har andre krav til DNA-baser, sier Valen.
Kan gjøre andre ting enn å klippe
Det er også laget CRISPR-versjoner som ikke lenger kan kutte.
– Den bare setter seg på det rette stedet.
Forskerne kan så lime på proteiner som gjør andre ting. CRISPR brukes dermed som en slags transport for å komme til rett sted.
De kan for eksempel sette på proteiner som kan slå av og på gener, uten at genene blir ødelagt.
– Det har blitt veldig mye lettere. Hvis du vil finne ut hva et gen gjør, og det vanligvis er slått av, så kan du finne ut hva som skjer når det er slått på, sier Valen.
Dette med å slå av og på gener brukes i såkalte screeninger, hvor CRISPR kan brukes på tusenvis av celler samtidig.
En kan for eksempel utforske hvilket gen som gjør en type kreftceller resistente mot en medisin.
CRISPR kan også brukes til å stille diagnoser.
Gensaksen søker da etter en bit DNA fra en sykdomsfremkallende bakterie eller et virus.
Det er laget tester for covid-19 basert på dette.
Endrer bare et par bokstaver
Andre nyvinninger er mer skånsom genredigering, der CRISPR ikke kutter arvematerialet i to, men manipulerer det på andre måter.
Et av de nye verktøyene kalles base-redigering. Her er kuttefunksjonen til CRISPR deaktivert.
Gensaksen ledes til rett plass i DNA-et og har med seg et protein som kan endre et par enkeltbaser eller «bokstaver» i et gen, som en C til en T.
Det skjer uten at det blir brudd i arvestoffet.
– Veldig mange genetiske sykdommer består av en feil, en mutasjon som er ødeleggende. Hvis du kan bruke baseredigering i behandlingen, så er det en mye mer skånsom måte å gjøre det på, sier Valen.
Søk og erstatt
En annen variant er såkalt primær-redigering. Det er et av de nyeste verktøyene, forteller Valen.
Da klippes bare en av DNA-trådene. I tillegg bærer CRISPR med seg en oppskrift på hva som skal settes inn. Et protein sørger for at dette settes inn. Det gir mer presis redigering.
I teorien kan denne typen verktøy brukes til å behandle de fleste genetiske sykdommer, skrev Valen.
Det er hvis man blant annet kan løse utfordringene med å levere CRISPR til cellene.
Foreløpig er forskning på primærredigering i et tidlig stadium.
Flere kliniske studier og flere redigerte matplanter
En utfordring fremover når det gjelder behandling, er kostnader.
Selv om CRISPR er enklere å bruke enn tidligere metoder, er prisen fortsatt høy for behandling.
Behandling mot sigdcelleanemi kan komme opp i to millioner dollar per pasient, ifølge Wang og Doudna sin artikkel i Science.
De neste årene forventer forskerne at flere kliniske studier vil bli satt i gang og at det gjøres fremskritt med å levere CRISPR direkte til celler i kroppen.
De forventer at flere typer genredigerte matplanter vil godkjennes og at det vil gjøres forsøk med genredigering i flere typer planter og husdyr.
Lenger inn i fremtiden tror de at det vil bli utstrakt bruk av matplanter som er redigert til å være motstandsdyktige mot sykdom og som gir større avlinger.
De tror også at vi vil få bredt tilgjengelige CRISPR-behandlinger mot sykdommer.
Som Wang og Doudna skriver i sin artikkel: Tiåret som har gått, er bare begynnelsen.
Referanse:
Joy Y. Wang & Jennifer A. Doudna: «CRISPR technology: A decade of genome editing is only the beginning», Science, 20. januar 2023. Sammendrag.
