Litt som en liten pinsett eller saks gjør CRISPR-teknologien at forskere kan klippe i DNA med veldig høy presisjon. (Foto: vchal / Shutterstock / NTB scanpix)
Slik kan forskere ta CRISPR-teknologien til et helt nytt nivå
Hvis den markante oppgraderingen av DNA-saksen CRISPR fungerer som forskerne håper, kan den rette 89 prosent av alle de genetiske feilene som er årsaken til sykdom blant mennesker.
CRISPR-teknologien har revolusjonert forskeres muligheter til å klippe og lime i arvemasse – og dermed justere hvordan gener fungerer.
Teknologien har hatt en relativt stor feilmargin, men det kan det snart bli slutt på.
En internasjonal forskergruppe har nemlig videreutviklet CRISPR-teknologien, og hvis den virker som de håper, blir det mulig å rette genetiske feil som fører til sykdom hos mennesker.
Faktisk er forbedringen så store at forskerne mener de kan rette 89 prosent av de 75 000 identifiserte genetiske feilene som forårsaker sykdom.
Teknologien reduserer risikoen for å introdusere nye feil når man retter opp gamle.
Det vekker håp i kampen mot arvelige sykdommer som sigdcelleanemi og cystisk fibrose.
– Noen sykdommer skyldes mutasjoner på noen få punkter. De kan kureres med presise rettelser i DNA-et, fortalte David Liu, som er en av forskerne som står bak teknikken, på en pressekonferanse.
– Det krever lav risiko for å introdusere nye feil, sa Liu, som arbeider ved Department og Chemistry and Chemical Biology ved Harvard University, USA.
Teknikken er beskrevet i en forskningsartikkel i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.
CRISPR
CRISPR står for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Det er et genetisk verktøy som forskere har tatt i bruk de siste ti årene.
CRISPR-cas-systemet er utviklet på bakgrunn av bakteriers immunforsvar.
Når en bakterie blir smittet med et virus, forsøker viruset å reprodusere sitt genetiske materiale i bakterien.
Bakterien svarer med cas9 og lagret genetisk informasjon fra tidligere virusangrep til å klippe virusets arvemateriale i stykker.
Denne evnen til å gjenkjenne og klippe i arvemateriale har forskere utviklet til et genverktøy som kan identifisere og klippe i spesifikke steder i arvemassen.
CRISPR-cas9 finnes i opp mot 50 prosent av alle bakterier.
Dansk forsker skulle gjerne ha kommet på ideen selv
Det nye genetiske verktøyet er så genialt og enkelt professor Jacob Giehm Mikkelsen fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet er irritert på at han kom på ideen selv.
– Det er virkelig smart, og vi har arbeidet med noen av de komponentene selv. Jeg klarer ikke la være å tenke på at vi kunne ha kommet på ideen, sier Mikkelsen.
Mikkelsen poengterer at den nye studien fortsatt mangler noen resultater.
Blant annet er teknologien fortsatt ikke undersøkt i terapeutisk relevante celletyper, for eksempel blodstamceller.
– Dette kommer forskere til å kaste seg over, så det vil raskt bli avklart om dette virker, sier Mikkelsen.
Løser sentralt problem
Hvis den nye teknologien viser seg å virke, løser den de sentrale problemene ved CRISPR-teknologien.
For selv om CRISPR har vært revolusjonerende, er den fortsatt litt klønete.
– Når man prøver å rette opp i en genetisk feil, kan det komme nye feil, forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.
Den nye teknikken klipper bare den ene DNA-strengen, ikke begge to.
Dessuten har den en smart måte å sette inn nytt DNA på. Den har ikke med seg det nye stykket DNA. Ifølge Mikkelsen er det ofte lite effektivt å sette inn fremmed DNA.
I stedet brukes et enzym, «revers transkriptase», som oversetter den nye biten av DNA på stedet.
Rettet opp i mer enn 175 genetiske feil
I den nye studien har forskerne testet teknikken og endret på mer enn 175 mutasjoner i menneskeceller i laboratoriet.
Blant annet har de rettet den genetiske feilen som er årsaken til sigdcelleanemi.
De har også rettet DNA-koder som gir opphav til sykdommen Tay-Sachs, som gjør at nervecellene i hjernen og ryggraden blir brutt ned.
DNA og RNA
DNA er dobbelstrenget molekyl som inneholder den genetiske koden til blant annet å bygge et menneske eller for den saks skyld en mus eller en bregne.
RNA har bare én streng. RNA brukes direkte av noen virus, mens RNA i mennesker og andre dyr også brukes til blant annet å gjøre DNA om til proteiner.
Med CRISPR kan forskere klippe i DNA, og i den prosessen brukes RNA til å gjenkjenne hvor DNA-et skal klippes.
Tay-Sachs skyldes en feil i det såkalte HEXA-genet på kromosom 15. Da slutter et bestemt enzym å virke, og da kan ikke kroppen lenger bryte ned giftige molekyler som bryter ned nerveceller.
Inntil videre har forskerne testet den nye teknikken på museceller og fire typer menneskeceller.
– Det utvider mulighetene for gen-redigering, sier David Liu.
Allerede tilgjengelig for andre forskere
Jacob Giehm Mikkelsen forteller at han gleder seg til å teste det nye redskapet.
Det kan han også gjøre til snart, fordi Liu gjøre materialet tilgjengelig for andre gjennom Addgene, som er en plattform der forskere deler genetiske verktøy.
– Jeg antar at vi kan prøve det allerede i neste uke. Når forskere gjør ting tilgjengelige for andre, betyr det at forskningsresultatene kan komme raskt, sier Mikkelsen.
Referanse:
A.V. Anzalone mfl.: «Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA», Nature (2019), DOI: 10.1038/s41586-019-1711-4 Sammendrag
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.
Slik løser den nye teknologien CRISPRs problem
CRISPR-teknologien består av ulike komponenter:
- cas9-enzymet, som klipper i DNA-et
- en RNA-sekvens som gjenkjenner et spesifikt sted på DNA-et
- et stykke DNA som skal erstatte det defekte stedet.
RNA-sekvensen gjenkjenner DNA-et, cas9-enzymet klipper og cellens egne reparasjonsmekanismer setter inn det medbrakte DNA-et i arvemassen.
– Problemet er at når du klipper begge DNA-strengene, mister du til en viss grad kontrollen over prosessen, og når cellen forsøker å reparere på DNA-et, skjer det ofte feil. Derfor kan man innføre nye feil når man forsøker å rette gamle, forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.
Bruker mekanisme fra virus til å gjøre CRISPR bedre
Den nye teknikken omgår dette problemet ved å gjøre ting litt annerledes:
- For det første har forskerne fra Harvard brukt et cas9-enzym som ikke klipper hele DNA-et, bare en den ene strengen. Dermed unngår forskerne å stå med to løse ender.
- For det andre har forskerne fusjonert den lille biten RNA (den som gjenkjenner et spesifikt sted på DNA-et) med en annen liten bit RNA som danner grunnlag for det genetiske materialet forskerne ønsker å sette inn.
- Derfor er den tredje komponenten et enzym som heter revers transkriptase. Det kommer opprinnelig fra retrovirus, som oversetter sitt eget arvemateriale fra RNA til DNA. Forskerne har limt revers transkriptase sammen med cas9-enzymet.
– Det smarte er at cellen kan reparere bruddet uten å gjøre feil. Dessuten er det smart at man ikke trenger å ta med seg fremmed DNA, for det er ofte ganske ineffektiv, sier Mikkelsen.
