Een nieuw hulpmiddel voor genmanipulatie
Het is een zeer flexibele techniek die onderzoekers kunnen gebruiken om gemakkelijk de expressie van genen te veranderen om hun functie beter te begrijpen.
Wat is CRISPR precies?
CRISPR staat voor Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats -een ongelooflijk saaie naam voor een opwindende technologie. Waarom de vervelende naam? Het is omdat, toen ze voor het eerst ontdekt werden aan het eind van de jaren tachtig in bacteriën, niemand wist wat de korte stukken van herhaald DNA gescheiden door willekeurige DNA-sequenties waren. Ze waren gewoon een vreemde eigenschap in het genomische DNA van sommige bacteriën.
Het duurde bijna 20 jaar voordat Jennifer Doudna aan de universiteit van Californië ontdekte dat deze sequenties overeenkwamen met delen van bepaald viraal DNA dat de bacteriën infecteerde. Het bleek dat de CRISPR-sequenties een soort immuunsysteem voor de bacteriën waren.
Hoe werkt het?
Doudna en haar medewerker, Emmanuelle Charpentier, kwamen er uiteindelijk achter dat, wanneer ze besmet waren met een virus, bacteriën die deze korte DNA-stukjes hadden die overeenkwamen met het virale DNA, ze zouden gebruiken om RNA te maken dat gebonden was aan het DNA van het binnenvallende virus.
Vervolgens, een tweede stukje RNA gemaakt van het willekeurige DNA dat de CRISPR-herhalingen scheidde, interageerde met een eiwit genaamd Cas9. Dit eiwit zou het virus-DNA splijten en het virus inactiveren.
Onderzoekers realiseerden zich al snel dat ze dit vermogen van CRISPR zouden kunnen benutten om specifieke DNA-sequenties uit te schakelen om genen uit te schakelen.
Hoewel er andere technieken zijn, zoals zinkvingernucleasen en TALEN die kunnen worden gebruikt om specifieke locaties in genomisch DNA te targeten en te snijden, vertrouwen deze benaderingen op volumineuze eiwitten om de afwisselingen naar specifieke regio's in het DNA te richten. Het is moeilijk om op grote schaal modificaties aan te brengen en uit te voeren met veel genen die deze eerdere benaderingen gebruiken.
Wat maakt het zo nuttig?
Het CRISPR-systeem is alleen gebaseerd op twee korte stukjes RNA: een die overeenkomt met het beoogde DNA-gebied, en een tweede dat bindt aan een eiwit genaamd Cas9. In feite blijkt echter dat beide korte RNA-stukjes kunnen worden gecombineerd tot een dubbel functioneel single-guide RNA-molecuul dat beide een specifieke DNA-sequentie target en het Cas9-splitsende eiwit recrutert. Dit betekent dat het Cas9-eiwit en een kort stuk RNA dat 85 basen lang is alles is wat nodig is om een DNA bijna overal in het genoom te knippen. Het is relatief eenvoudig om DNA te introduceren om een single-guide RNA en het Cas9-eiwit te produceren, bijna alle cellen die CRISPR algemeen toepasbaar maken.
Handige targeting is echter niet het enige voordeel van de CRISPR-technologie ten opzichte van andere TALENS en zinkvingers. Het CRISPR-systeem is ook veel efficiënter dan deze alternatieve benaderingen.
Een groep op Harvard ontdekte bijvoorbeeld dat CRISPR een gericht gen in 51% -79% van de gevallen verwijderde, terwijl de TALENS-efficiëntie minder dan 34% bedroeg. Vanwege deze hoge efficiëntie kon een andere groep de CRISPR-technologie gebruiken om genen in embryonale muizen direct uit te schakelen om transgene muizen in één generatie te produceren. De standaardbenadering vereist een paar generaties kweken om de mutatie in beide kopieën van een gericht gen te krijgen.
Wat kan anders het doen?
Naast het verwijderen van een gen, hebben sommige groepen zich ook gerealiseerd dat het systeem met een paar variaties voor andere soorten genetische manipulatie kan worden gebruikt. Begin 2013 toonde een groep uit MIT bijvoorbeeld aan dat CRISPR kan worden gebruikt om nieuwe genen in te brengen in genomisch DNA. Kort daarna gebruikte een groep bij UCSF een aangepaste versie van het systeem genaamd CRISPRi om expressie van doelwitgenen in bacteriën te onderdrukken.
Meer recent heeft een groep van de Duke University ook een variatie op het systeem opgezet om reeksen genen te activeren. Verschillende groepen werken nu ook met variaties van deze benaderingen om grote aantallen genen tegelijkertijd te screenen om erachter te komen welke betrokken zijn bij verschillende biologische responsen.
The Shiny New Toy of Genetic Engineering
Zeker, er is enorme opwinding over deze nieuwe tool voor genetische manipulatie en de haast om het toe te passen voor een verscheidenheid aan toepassingen. Er zijn echter nog steeds een aantal uitdagingen die moeten worden overwonnen en, zoals vaak het geval is met nieuwe technologie, duurt het een tijdje om uit te werken waar de beperkingen liggen. Onderzoekers van Harvard hebben bijvoorbeeld geconstateerd dat CRISPR-targeting misschien niet zo precies is als aanvankelijk werd gedacht. Off-target effecten van het CRISPR-complex kunnen leiden tot onbedoelde veranderingen bij het veranderen van DNA.
Ondanks de uitdagingen heeft CRISPR echter duidelijk een enorm potentieel laten zien om de wijziging van genomisch DNA te vergemakkelijken, zodat onderzoekers sneller begrijpen hoe de tienduizenden genen in het menselijk genoom werken. Dit alleen heeft belangrijke implicaties voor verbeteringen van de behandeling en diagnose van de ziekte. Verder, met extra ontwikkeling, kan de technologie zelf nuttig zijn voor een nieuw type therapeutica. Het kan een nieuwe benadering voor gentherapie bieden . Deze vooruitgang is echter een manier om af te stappen. Voor nu is het gewoon spannend om de snelle ontwikkeling van deze nieuwe onderzoekstool te bekijken en na te denken over de soorten experimenten die het mogelijk maakt.
(Geplaatst: 30 september 2013)