Genoombewerking
Met het CRISPR-Cas9-systeem is het mogelijk geworden om het genoom van elk organisme - bijvoorbeeld een bacterie, een dier, een plant of dat van een mens - gericht en nauwkeurig aan te passen. In dit verband spreekt men ook van genome editing en genoomchirurgie. De methode is voor het eerst beschreven in 2012 en wordt momenteel intensief onderzocht en wereldwijd toegepast (Jinek et al., 2012). Het CRISPR-Cas9-systeem is ontwikkeld vanuit een verdedigingsmechanisme van het adaptieve immuunsysteem of bacteriën. Het stelt prokaryoten in staat om ongewenst en besmettelijk DNA te verwijderen, bijvoorbeeld uit bacteriofagen of plasmiden.
- CRISPR staat voor. Het zijn repetitieve DNA-sequenties in het genoom van bacteriën.
- Cas9 staat voor.
Hoe het werkt
Hoe werkt het CRISPR-Cas9-systeem? Het Cas9-eiwit is een zogenaamd endonuclease, een enzym dat snijdt nucleïnezuren en, in dit geval, de dubbele DNA-streng. Cas9 is gebonden aan een RNA dat, naast een constant deel, een variabel deel bevat dat een specifieke doelwit-DNA-sequentie herkent. Dit RNA-gedeelte wordt sgRNA (small guide RNA) genoemd. Het sgRNA interageert met het DNA dat door het nuclease moet worden geknipt. De resulterende dubbelstrengs breuk kan worden voltooid door de eigen reparatiemechanismen van de cel. Dit kan leiden tot mutaties die interessant zijn voor bijvoorbeeld de plantenveredeling. Een RNA-template kan ook worden gebruikt om een nieuw gensegment in te brengen, bijvoorbeeld om de functie van een defect gen te herstellen. Ten slotte kan het ook worden gebruikt om ziekteverwekkende genen te inactiveren. Om het CRISPR-Cas-systeem cellen binnen te laten, is ook een bezorgmethode vereist. Voor dit doel kunnen bijvoorbeeld virale vectoren, liposomen of fysische methoden worden gebruikt. Het systeem verschilt van andere methoden door zijn relatieve eenvoud, universaliteit, snelheid en prijs. CRISPR-Cas kan in principe direct op mensen worden toegepast of op cellen die bij een patiënt worden verwijderd, gemodificeerd, vermeerderd en vervolgens weer worden geïntroduceerd. Dit wordt ex vivo behandeling of autoloog genoemd transplantatie.
Indicaties
CRISPR-Cas9 speelt vandaag al een belangrijke rol in onderzoek en medicijnproductie, slechts een paar jaar nadat de methode werd beschreven. In de toekomst aanvullende gentherapie drugs zal worden ontwikkeld. De potentiële medische toepassingen zijn zeer talrijk. Deze omvatten bijvoorbeeld ernstige genetische ziekten zoals Duchenne spierdystrofie, taaislijmziekte, infectieziekten zoals HIV en hepatitis, hemofilieën en kankers. CRISPR-Cas9 en vergelijkbare methoden voor het bewerken van het genoom openen voor het eerst de mogelijkheid om ziekten niet alleen symptomatisch te behandelen, maar ook om ze te genezen op het niveau van genetische informatie.
Bijwerkingen en risico's
Een mogelijk probleem is de selectiviteit van de methode. Het is mogelijk dat CRISPR genetische veranderingen veroorzaakt op andere ongewenste plaatsen in het genoom. Dit worden 'off-target-effecten' genoemd. Deze kunnen gevaarlijk zijn en tot bijwerkingen leiden. Bovendien moet de efficiëntie van het systeem nog worden verhoogd. Bij mensen kunnen naast somatische cellen en stamcellen ook kiemcellen worden gemanipuleerd, wat leidt tot overerving van de veranderde genen. Het is bijvoorbeeld al aangetoond dat CRISPR-Cas9 kan worden toegepast op embryo's, waardoor de angst voor 'designerbaby's' gewekt wordt en mogelijk verstrekkende gevolgen heeft voor de toekomstige ontwikkeling van de mensheid. Kiembaaninterventie is zeer controversieel en in de meeste landen verboden.
