CRISPR-teknologien har revolutioneret den måde, som forskere er i stand til at klippe og klistre i arvemasse på og på den måde justere funktionen af gener.
Dog har teknologien hidtil lidt under at være behæftet med en relativ stor fejlmargin, men det ser ud til at være slut nu.
Et internationalt forskerhold har nemlig videreudviklet CRISPR-teknologien, og hvis den viser sig at virke som håbet, bliver den meget mere anvendelig i forhold til at rette op på de genetiske fejl, der giver sygdom hos mennesker.
Faktisk er forbedringen så markant, at forskerne bag den mener, at de med teknologien kan rette 89 procent af de 75.000 identificerede genetiske fejl, som er årsag til sygdom.
Ydermere minimerer den videreudviklede teknologi, som forskerne kalder for 'prime editing', risikoen for at introducere nye genfejl i forsøget på at rette op på andre.
Det vækker håb i kampen mod arvelige sygdomme som seglcelleanæmi, der forårsager lav blodprocent, og cyctisk fibrose, som blandt andet medfører vejrtrækningsbesvær og hoste med opspyt.
»Sygdomme som blodsygdommen seglcelleanæmi, der skyldes en mutation i én enkelt af DNA’ets byggesten, eller cystisk fibrose, hvor nogle byggesten er blevet slettet, er gode kandidater til sygdomme, som kan kureres ved at lave meget præcise rettelser i DNA’et,« fortalte David Liu, der er en af forskerne bag prime editing, på et pressemøde.
»Men det kræver metoder, som ikke kommer med høj risiko for at introducere nye genetiske fejl, og de metoder har vi ikke haft før nu,« sagde David Liu, der arbejder ved Department og Chemistry and Chemical Biology på Harvard University, USA.
Prime editing er også beskrevet i et studie, der netop er præsenteret i det videnskabelige tidsskrift Nature.
\ CRISPR
CRISPR står for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Det er et genetisk værktøj, der inden for forskningen har vundet indpas inden for de seneste 10 år.
CRISPR-cas-systemet er udviklet på baggrund af bakteriers naturlige immunforsvar.
Når en bakterie bliver smittet med en virus, forsøger virussen at reproducere sit eget genetiske materiale i bakterien, så bakterien begynder at producere flere virus.
Som modsvar bruger bakterien cas9 og lagret genetisk information for tidligere virusangreb til at klippe virussens arvemateriale i stykker.
Denne evne til at genkende og klippe i arvemateriale har forskere udviklet til et genværktøj, som meget præcist kan identificere og klippe i specifikke steder i arvemassen.
CRISPR-cas9 findes i op imod 50 procent af alle bakterier.
LÆS OGSÅ: Historien om CRISPR: Nyuddannet forsker stjal opdagelsen fra bakterier
Dansk forsker ville gerne selv være kommet på ideen
Det nye genetiske værktøj er så genialt og umiddelbart simpelt i sit koncept, at det ærgrer professor mso Jacob Giehm Mikkelsen fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet, at han ikke selv kom på ideen.
»Det er ret smart, og vi har selv arbejdet med nogle af de komponenter, som de har sat sammen for at lave prime editing, så jeg kan ikke lade være med at tænke på, om vi ikke selv burde være kommet på ideen,« siger Jacob Giehm Mikkelsen, da Videnskab.dk fanger ham på telefonen.
Jacob Giehm Mikkelsen, der ikke har deltaget i forskningsarbejdet, pointerer dog, at det nye studie fortsat mangler nogle forskningsresultater, før man kan hæve armene helt op over hovedet.
Blandt andet er teknologien endnu ikke undersøgt i nogle terapeutisk relevante celletyper, eksempelvis blodstamceller, og før de forsøg er lavet og har vist, at prime editing også virker i dem, skal man fortsat være lidt forbeholdende.
»Men vi er meget tæt på de store armbevægelser. Det her kommer forskere til at kaste sig over, så vi kommer meget hurtigt til at finde ud af, hvad vi kan og ikke kan med den her teknologi,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.
Løser centralt problem med CRISPR
Hvis den nye teknologi viser sig at virke lige så godt som håbet, løser den centrale problemer ved den hidtidige CRISPR-teknologi.
For selvom CRISPR har været en revolutionerende præcis DNA-saks, er den stadig lidt klodset. I processen kan man derfor komme til at klippe i det forkerte stykke arvemasse eller sætte noget forkert DNA ind i stedet.
»Derfor kan man i forsøget på at rette op på en genetiske fejl komme til at lave nye,« forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.
Prime editing kommer rundt om dette problem ved at være mere præcis og elegant. Den klipper modsat CRISPR ikke begge DNA'ets to strenge over, men nøjes med at klippe i den ene DNA-streng.
Desuden har den nye teknik også en smart måde at indsætte nyt DNA på. Modsat CRISPR medbringer den nye 'gen-saks' ikke det færdige stykke DNA, der skal indsættes. Ifølge Jacob Giehm Mikkelsen er det ofte ineffektivt at indsætte fremmed DNA, så det er snedigt at lade være med at medbringe det.
I stedet medbringes et enzym kaldet 'revers transkriptase', der står for at oversætte og skabe det nye stykke DNA på stedet.
I boksen under artiklen kan du læse detaljerne om, hvordan den nye teknik ser ud til at være overlegen i forhold til den nuværende CRISPR-teknologi.
Rettet op på mere end 175 genetiske fejl
I det nye studie har forskerne afprøvet teknikken og ændret på mere end 175 mutationer i menneskeceller i laboratoriet.
Blandt andet har de rettet den genetiske fejl, som er årsag til seglcelleanæmi. Her har de byttet en forkert genetiske byggesten ud med den korrekte.
LÆS OGSÅ: CRISPR: Ny genteknologi revolutionerer videnskaben
De har også slettet de ekstra byggesten i DNA’et, som giver ophav til sygdommen Tay-Sachs, hvor nervecellerne i hjernen og rygraden bliver nedbrudt.
Tay-Sachs skyldes en fejl i det såkaldte HEXA-gen på kromosom 15, og når det enzym, som HEXA-genet laver, ikke bliver lavet korrekt, kan kroppen ikke nedbryde nogle giftige molekyler, der ender med at nedbryde nervecellerne.
Indtil videre har forskerne afprøvet prime editing på museceller og fire typer menneskeceller.
»Prime editing udvider substantielt mulighederne i genom-editering ved at kunne gøre noget, som hidtidige genetiske værktøjer ikke har kunnet gøre,« siger David Liu.
\ DNA og RNA
DNA er dobbeltstrenget arvemasse, der indeholder den genetiske kode til blandt andet at bygge et menneske eller for den sags skyld en mus eller en bregne.
RNA er enkeltstrenget arvemasse. RNA benyttes som arvemasse direkte af nogle vira, mens RNA i mennesker og andre dyr også benyttes til blandt andet at lave DNA om til funktionelle proteiner.
Med CRISPR kan forskere klippe i DNA, og i den proces bruges RNA til at genkende, hvor DNA'et skal klippes.
LÆS OGSÅ: Sådan fungerer CRISPR
Allerede tilgængeligt for andre forskere
Jacob Giehm Mikkelsen fortæller, at han glæder sig til at afprøve det nye genetiske redskab.
Det kan han også komme til meget snart, fordi David Liu som mange andre forskere inden for CRISPR-feltet gør det nye materiale tilgængeligt for andre gennem Addgene, der er en platform, hvor forskere deler genetiske værktøjer.
»Jeg formoder, at vi allerede i næste uge kan bestille prime editing cas9-varianten og designe et guide-RNA, der er målrettet et sted på genomet, som jeg gerne vil arbejde med.«
»Når forskere som David Liu gør tingene tilgængelige for andre forskere på den måde, betyder det også, at der hurtigt kommer en hel masse forskningsresultater på banen, så meget snart vil vi se det sande omfang af denne nyudvikling af CRISPR,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.
Jacob Giehm Mikkelsen skal allerede i denne uge til en stor kongres for genforskning i Barcelona, og her glæder han sig til at høre, hvad David Lius forskningsgruppe mere har brugt prime editing til.
»Det her har potentialet til at være noget, som rigtig mange mennesker kommer til at tale om,« siger han.
LÆS OGSÅ: Kinesiske forskere: Verdens første genredigerede babyer er født
\ Sådan løser den nye teknologi CRISPR's problem
Går vi lidt ned i detaljerne omkring prime editing, så løser teknologien et meget centralt problem omkring CRISPR.
CRISPR-teknologien består af forskellige komponenter:
- cas9-enzymet, der klipper i DNA’et
- en RNA-sekvens, der genkender et specifikt sted på DNA’et
- og et stykke DNA, der skal erstatte det defekte DNA i arvemassen.
Processen foregår i store træk på den måde, at RNA-sekvensen genkender et stykke på DNA’et, cas9-enzymet klipper DNA’et over, og cellens egne reparationsmekanismer sætter det medbragte stykke DNA ind i arvemassen. Det klares af reparationsmekanismerne, idet de helt naturligt reparerer det brud på DNA’et, som cas9 lavede.
»Problemet i den sammenhæng er, at når du klipper DNA’et, der består at to DNA-strenge, over, mister du til en vis grad kontrollen over processen, og når cellen forsøger at reparere på DNA’et, sker der ofte det, at den kommer til at slette noget arvemasse eller sætte noget forkert ind. Derfor kan man i forsøget på at rette op på en genetiske fejl komme til at lave nye,« forklarer Jacob Giehm Mikkelsen.
Benytter mekanisme fra virus til at gøre CRISPR bedre
Prime editing omgår dette problem ved at gøre tingene en smule anderledes:
- For det første har forskerne fra Harvard benyttet et cas9-enzym, der ikke klipper hele DNA’et over, men i stedet kun klipper den ene af DNA’et strenge over. På den måde undgår forskerne at stå med to løse ender, der kan resultere i uønskede fejl i DNA’et.
- For det andet har forskerne fusioneret den lille stump RNA, som genkender et specifikt sted på DNA’et, med en anden lille stump RNA, der danner grundlag for det genetiske materiale, forskerne ønsker at sætte ind i DNA’et.
- Man kan dog ikke bare sætte RNA ind i DNA’et, så den tredje komponent i prime editing er et enzym, der hedder revers transkriptase. Revers transkriptase kommer oprindeligt fra retrovirus, og disse vira bruger enzymet til at oversætte sit eget arvemateriale i form af RNA til DNA, som kan sættes ind i inficerede celler. Forskerne har klistret revers transkriptase sammen med cas9-enzymet.
Prime editing foregår i store træk på den måde, at den første stump RNA genkender et specifikt sted på DNA’et, cas9 klipper den ene DNA-streng over, og til sidst oversætter revers transkriptase den anden medbragte stump RNA til DNA, som kan sættes ind i arvematerialet.
»Det smarte er blandt andet, at når forskerne kun klipper i den ene DNA-streng, kan cellen reparere bruddet uden alle problemerne med at risikere at slette eller indsætte noget i arvematerialet. Derudover er det også smart, at man med den her teknik ikke behøver at medbringe et stykke arvemateriale i form af DNA, da indsættelsen af fremmed DNA ofte er ret ineffektivt,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.
LÆS OGSÅ: Her er, hvad kinesisk skandalesag om genmodificering kan lære os
LÆS OGSÅ: Mavepuster til fremtidens genteknologi-håb: CRISPR kan muligvis give kræft
