CRISPR

Genetische manipulatie is aan de orde van de dag, maar er is een lange periode van onderzoek en sterke wetgeving nodig voordat het op mensen kan worden toegepast. Het CRISPR-systeem past in deze context en wij vertellen je alles over het nut ervan.

Geschreven en geverifieerd door el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Laatste update: 26 mei, 2023

Genetica, genetische manipulatie, transgenetica en vele andere termen die met overerving te maken hebben, worden nu al een paar jaar door velen besproken. Helaas leidt verkeerde informatie vaak tot angst. De wereld van DNA-modificatie is gehuld in een aura van wantrouwen en ethische overwegingen, waarbij CRISPR een rol speelt.

Ondanks deze bedenkingen grijpen mensen al honderden jaren in in de genetische samenstelling van de levende wezens die hen omringen. Je hoeft alleen maar naar een bulldog en een chihuahua te kijken om te ontdekken dat hondenrassen – en vele andere gedomesticeerde soorten – door de eeuwen heen een geavanceerd selectieproces hebben ondergaan.

Naast ethische overwegingen en morele benaderingen, die we ook zullen onderzoeken, ligt het uitgangspunt van elk debat in kennis. Daarom laten we je vandaag alle essentiële informatie zien over het CRISPR/Cas-systeem, een moleculair instrument waarmee de mens het genoom van elke cel kan bewerken

Achtergrond van CRISPR

Voordat we ons volledig onderdompelen in het werkingsmechanisme van dit opwindende hulpmiddel, moet de ontdekking ervan in een historisch kader worden geplaatst. Het bewerken van genen dateert namelijk uit de jaren 70, met behulp van de methode van homologe recombinatie reparatie methode (HRR – Spaanse link).

Hoewel we nu niet willen ingaan op het exacte proces van deze complexe instrumenten, kunnen we erop wijzen dat het dure, complexe, kostbare systemen zijn die, in veel gevallen, geen garantie bieden op een efficiënte werking. Van zinkvingernucleasen tot transcriptieactivatorachtige effectornucleasen (TALENs of transcription activator-like effector nucleases), er zijn de afgelopen decennia veel voorbeelden van genbewerking aangetoond.

Ondanks dit brede aanbod was de ontdekking van de CRISPR/Cas-technologie in 1987 een ware revolutie. Waarom?

Wat is CRISPR?

Hoewel het een nogal complex mechanisme is dat bepaalde genetische kennis vereist om begrepen te worden, gaan we proberen de werking ervan in een paar regels te omschrijven. Ga er even voor zitten.

Allereerst is het noodzakelijk om elk van de twee termen te definiëren die het CRISPR/Cas-systeem zijn naam geven:

• CRISPR: volgens informatieve portalen (Spaanse link) verwijst deze terminologie naar ‘geclusterde en regelmatig tussen elkaar geplaatste korte palindroomherhalingen’, dat wil zeggen DNA-gebieden met herhaalde sequenties.
• Cas-genen: deze bevinden zich in de buurt van deze sequenties en zijn gerelateerd aan de CRISPR-herhalingen. Ze bevatten genetische informatie die codeert voor essentiële enzymen van het systeem. Van bijzonder belang is het Cas-9 nuclease-enzym, zoals we in latere regels zullen zien.

CRISPR’s zijn dus DNA gebieden in bacteriën die worden gekenmerkt door hun herhaling. Cas-genen daarentegen zijn een soort ‘poortwachters’ die informatie coderen voor de synthese van enzymen, die verantwoordelijk zijn voor het knippen en repareren van DNA-fouten.

Hoe werkt CRISPR?

Wanneer virussen deze bacteriën infecteren, introduceren zij hun genetische informatie in het cytoplasma van de bacteriën. Gelukkig beschikken deze bacteriën een afweermechanisme. Door enzymen te produceren die zijn gecodeerd in de Cas-genen, nemen deze bacteriën een deel van de genetische informatie van het virus op in hun eigen genoom – in het CRISPR gebied.

Wat we tot dusver hebben gezien, kunnen we samenvatten in het volgende concept: een virus dringt een bacterie binnen en geeft zijn genetische informatie vrij → de bacterie synthetiseert enzymen uit de Cas-genen → de bacterie kaapt het virusgenoom en neemt het op in zijn eigen genoom.

Waarom is de bacterie geïnteresseerd in het integreren van een deel van het virusgenoom in zijn eigen genoom? Het antwoord is simpel: immuniteit. De tweede keer dat een virus van dezelfde soort dit micro-organisme aanvalt, zal een merkwaardige biologische reactie worden gegeven:

1. De CRISPR regio’s, samen met het daarin ingebedde virusnucleïnezuur, worden gekopieerd naar kleine RNA-moleculen.
2. Deze moleculen binden zich aan het Cas9-nuclease enzym en leiden het complex om te binden aan het nucleïnezuur van het nieuwe virus, door de complementaire sequentie te identificeren.
3. Cas9 snijdt de nucleïnezuursequentie van het beoogde virus door.
4. Het virus verliest door dit mechanisme zijn pathogene capaciteit.

Samengevat: door een deel van de genetische informatie van het virus op te slaan, kan de bacterie het bij toekomstige gelegenheden inactiveren. Dit soort genetisch geheugen stelt micro-organismen in staat om ziekteverwekkers effectief te bestrijden.

Hoe kunnen wij mensen profiteren van dit mechanisme?

De waarheid is dat deze technologie ideaal is voor DNA-bewerking. Volgens overzichtsartikelen (Spaanse link) begint het hele complexe proces met het ontwerp van een geleider-RNA dat in de cel moet worden ingebracht. Over het algemeen kunnen we het ingewikkelde werk van genetische manipulatie in een paar stappen samenvatten:

1. Het gemanipuleerde geleider-RNA is geassocieerd met het hierboven beschreven nuclease-enzym Cas9. Dit specifieke RNA is analoog aan een DNA-sequentie in de cel, de sequentie die we willen veranderen.
2. Afhankelijk van de complementariteit van de nucleotiden, elk van de subeenheden waaruit RNA en DNA bestaat, zullen het geleider-RNA en het gewenste deel van het cellulaire DNA hybridiseren. Dat wil zeggen, ze zullen zich binden.
3. Cas9 werkt dan door het DNA-gebied van belang te knippen. RNA is de geleider die bijhoudt waar moet worden geknipt, en Cas9, als enzym, werkt waar het moet werken.
4. Volgens complexe processen kan op de plaats waar geknipt is een nieuwe DNA-sequentie worden geïntegreerd.

Het nucleaire DNA van de cel wordt dus rechtstreeks gewijzigd. Een deel van de genetische informatie gaat verloren met de Cas9-snede, maar als de cel een andere interessante DNA-sequentie krijgt, kan zij die in haar genoom integreren en het gat opvullen.

Nut in de geneeskunde van CRISPR

Volgens professionele portalen, zoals de Bayer Clinic (Spaanse link), zijn er meer dan 230 ziekten die de directe oorzaak zijn van een genetische afwijking. Dankzij genetische mappingstudies, zoals het beroemde menselijke genoomproject, zijn in veel gevallen de exacte DNA-sequenties bekend die deze pathologieën veroorzaken.

Vanuit theoretisch en steeds praktischer oogpunt kan CRISPR / Cas9-technologie worden gebruikt om genexpressie te reguleren. Dit betekent dat zodra de defecte genen zijn geïdentificeerd, er werk kan worden gedaan om ze te corrigeren en hun niet-functionele sequenties te vervangen door geldige.

We bewegen ons niet alleen op speculatieve grond, want in 2014 slaagde het Massachusetts Institute of Technology (MIT – Engelse link) erin om met deze technologie een laboratoriummuis te genezen van een leverziekte met een genetische oorsprong. Natuurlijk staan we voor een ware revolutie, zowel medisch als biologisch.

Niet alles dat glinstert is goud

Ondanks alle voordelen die in voorgaande regels zijn genoemd, kunnen we bepaalde problemen (Engelse link) die het CRISPR/Cas-systeem met zich meebrengt niet negeren. We laten je er een paar zien:

• De specificiteit van het geleider-RNA is niet altijd volledig: het RNA dat Cas9 naar de cellulaire DNA-splitsingsplaats leidt kan een fout maken en hybridiseren met een sequentie die niet van belang is voor onderzoekers. Bovendien is het mogelijk dat de gezochte sequentie in meer dan één regio van het genoom wordt herhaald.
• Cas9 kan knippen zonder dat het geleider-RNA aanwezig is.
• Het octrooispel en het economisch monopolie in de volksgezondheid kunnen tot problemen leiden.

De ethische situatie en mensenrechten

Afgezien van al deze belangen, zowel wetenschappelijke als monetaire, kunnen we de ethische problemen die dit allemaal met zich meebrengt niet negeren. In verschillende overzichtsartikelen (Spaanse link) wordt gezwegen over de mogelijke morele implicaties van genetische modificatie bij de mens.

Natuurlijk is genbewerking voor de preventie en behandeling van ziekten zonder twijfel een positief aspect voor iedereen. Toch worden we geconfronteerd met verschillende fronten waarmee we rekening moeten houden. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als deze genetische mapping- informatie wordt gebruikt om een abortus uit te voeren op een functioneel levend wezen?

Afgezien van deze overwegingen zijn er een aantal parameters waaraan elke therapie voor genetische modificatie moet voldoen. Dit zijn de volgende:

1. De experimentele fase bij dieren is essentieel. Hieruit moet zijn gebleken dat het nieuwe gen in staat (Engelse link) is de zieke cel te bereiken en daar zijn functie uit te oefenen.
2. Het nieuwe gen dat in het organisme is geïmplanteerd, mag zijn functie niet op een overmatige manier uitoefenen.
3. Het nieuwe gen mag in geen geval schade toebrengen aan het ontvangende organisme.

Zoals we kunnen zien, zijn deze ijzersterke overwegingen moeilijk te kwantificeren. Dit twijfelveld wordt nog groter als we er rekening mee houden dat de studies in de meeste gevallen nog in de experimentele fase met dieren verkeren.

Tussen voordelen en overwegingen van het CRISPR-systeem

Zoals we kunnen zien, heeft de CRISPR/Cas-technologie een voor en een na betekend in de wereld van genetische manipulatie. Hierdoor kan het genoom van een organisme veel eenvoudiger, goedkoper en betrouwbaarder worden aangepast dan met andere tools.

Toch roept dit soort techniek een reeks twijfels en bedenkingen op die alleen in de toekomst zullen worden opgelost. In hoeverre is genbewerking gerechtvaardigd? Wat zijn de grenzen? Uiteraard laten wij deze overwegingen over aan verdere discussie.