Vi erbjuder

Ett klipp för redigering av arvsmassan

Att kunna ta bort eller byta ut delar av arvsmassan är någonting som forskare länge har strävat efter, både för att underlätta forskning och för att bota sjukdomar. Med den nya tekniken CRISPR kan drömmen snart bli verklighet.

Publicerad: Uppdaterad:

För drygt ett år sedan kom publikationen om den nya tekniken som gör det möjligt att klippa och klistra i den mänskliga arvsmassan i cellkulturer med hög precision. Resultatet blev det som inom forskarvärlden kallas för CRISPR-Craze, en närmast manisk aktivitet som har resulterat i många publikationer och en ständig finslipning av tekniken.

Med inspiration från bakterier

Feng Zhang, forskare vid Broad Institute i Boston, fascinerades av hur bakterier kan försvara sig mot virusinfektioner (se faktaruta). En liten bit RNA känner först igen en specifik del av virusets arvsmassa, sedan klipper ett enzym bort de virala generna och viruset kan inte föröka sig. Feng Zhang utvecklade sedan systemet för att kunna redigera arvsmassan i andra organismer än bakterier. Han lade dessutom till ytterligare en komponent för att även kunna sätta in nya gener.

– Forskarsamhället har väntat på ett sådant verktyg. Nu finns det, det är enkelt, billigt, effektivt och går att tillämpa i en stor skala. Alla kan använda metoden, det finns en demokratisk dimension i det hela, säger han.

En molekylär skalpell

Han jämför med tidigare tekniker som egentligen baseras på samma klippa-och-klistra princip men som är mycket svårare att använda och mindre effektiva. CRISPR (uttalas krisper) fungerar som en molekylär skalpell eller sax som kan stänga av, aktivera eller förändra gener. Det är möjligt att introducera flera riktade förändringar samtidigt, någonting som är av stor vikt när forskare vill studera olika sjukdomar.

­– För att kunna studera hur olika genetiska förändringar bidrar till sjukdom måste vi kunna skapa olika modeller, till exempel i mänskliga celler eller i djur, på en stor skala, förklarar Feng Zhang.

Just inom detta område kommer vi att se den största utvecklingen det närmaste året, tror han. CRISPR kan dessutom kombineras med andra tekniker för att studera grundläggande genetik och biologi.

Förstå och bota sjukdom

Han är själv intresserad av hur olika hjärnsjukdomar fungerar och har en dröm om att kunna bota svåra psykiatriska sjukdomar som schizofreni eller Huntingtons sjukdom.  Trots att just detta ligger en bit i framtiden har han och några andra pionjärer inom området startat företaget Editas Medicine som har som mål att utveckla tekniken för att behandla genetiska sjukdomar. Första målet är att kunna behandla genetiska sjukdomar som orsakas av förändringar i ett enda gen, så kallade monogenetiska sjukdomar.

Säker leverans

Men innan metoden kan tillämpas på patienter kvarstår framförallt två åtgärder.

– Metoden måste bli säker och vi måste klura ut hur CRISPR-komplexet ska ta sig in i cellerna i den mänskliga kroppen, förklarar Feng Zhang. 

Enligt honom är det inga oövervinnliga hinder. I en alldeles färsk studie har Feng Zhang och hans kollegor undersökt den tre-dimensionella strukturen av CRISPR-komplexet.

– Med hjälp av denna information kan vi till exempel modifiera enzymet så att det blir mer effektivt. Vi undersöker också om och hur vi kan använda olika varianter av enzymet som är mindre. Det kommer förhoppningsvis underlätta leveransen in i cellen, förklarar han.

Dessutom finns redan nu olika studier som visar att det är möjligt att öka specificiteten med vilket RNA-biten känner igen en specifik del av arvsmassan. Ett trick är att göra även den mindre.

Naturliga lösningar

En annan utmaning är att förbättra processen att klistra in nya gener. För att lösa det problemet tänker Feng Zhang än en gång ta inspiration från de system som redan finns i naturen.

– Det finns en massa konstiga organismer som redan har utvecklat en lösning under evolutionens gång. Många tekniker har sitt ursprung i naturen och vi kommer säkert att hitta fler metoder för redigering av arvsmassan.

 

Text: Natalie von der Lehr

 

Fakta: CRISPR – så funkar det

CRISPR står för Clustered Regularly Interspaced Short Palindeomic Repeats och beskriver RNA-molekylens uppbyggnad. CRISPR upptäcktes för första gången 1987 i bakterier, hur systemet fungerar i detalj kartlades sedan av många olika forskare.

Tekniken bygger på samma princip som många bakterier använder sig av för att skydda sig mot till exempel virusangrepp:

  • En målsökande RNA-molekyl binder till virusets arvsmassa
  • Ett enzym, Cas9, klipper viruset arvsmassa itu intill den plats där RNA-molekylen har bundit
  • Bakterien har därmed oskadliggjort viruset

Detta system används nu i något modifierad form för att på olika sätt förändra arvsmassan i en rad olika organismer:

  • RNA-molekylen, som kallas för guide-RNA, kan designas så att den binder till en förutbestämd plats i arvsmassan i en bestämd organism
  • Därefter klipper enzymet Cas9 arvsmassan itu
  • En ny gen kan sedan klistras in

Tekniken har använts på celler av en rad olika organismer som till exempel möss, råttor, zebrafiskar, bakterier, bananflugor, jästsvampar, växter samt på humana celler och stamceller. I februari 2013 rapporterades födseln av de första aporna som hade modifierats genetiskt med hjälp av CRISPR. Två gener hade då klippts bort i befruktade äggceller.

CRISPR har utsetts till en av de viktigaste vetenskapliga framgångarna under 2013 av de vetenskapliga tidskrifterna Nature och Science. Feng Zhang har dessutom utnämnts till en av de tio viktigaste forskarna.

Information, verktyg mm finns på http://www.addgene.org/CRISPR/

Fakta: CRISPR – så kan det användas

  • Forskningsverktyg – sjukdomsmodeller i cellkulturer eller försöksdjur genom riktade genetiska förändringar som återspeglar sjukdomen i människor
  • Läkemedelsstudier – identifiering av nya mål för läkemedel genom studier av genetiska förändringar i hela arvsmassan
  • Behandling – utbyte av gener som bär på en förändring som orsakar sjukdom

Fakta: Vikten av grundforskning

Feng Zhang blev uppmärksam på CRISPR när han läste om någonting som inte hade mycket med hans egen forskning att göra, nämligen en publikation om bakterier i yoghurt.

– CRISPR är ett bevis på att mer kunskap om saker som inte direkt kan kopplas till den mänskliga hälsan kan vara en guldgruva.

Senare i år ska Feng Zhang hålla ett tal för utskott för biomedicinsk forskning i USAs kongress.

– Då tänker jag ta upp vikten av grundforskning så att politikerna förstår att grundforskningen måste få mer finansiellt stöd.

Faktaruta: CRISPR i växter

Tekniken har även testats i växter och det har hittills visat sig fungera väl bland annat i ris, vete, backtrav, tobak och durra.

– Jämfört med andra metoder verkar CRISPR vara ett enklare system som går att automatisera och skala upp på ett helt annat sätt, säger Jens Sundström, forskare vid Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU).

Han har hittills inte hunnit testa den nya metoden men har stor erfarenhet av riktade genetiska förändringar i växter. Enligt honom verkar den nya tekniken så lätt att använda att i princip vilket labb som helst skulle kunna göra det.

– Framförallt blir det enklare att skapa olika mutanter. Detta är ett viktigt verktyg för att förstå vilken funktion en viss gen har.

Eftersom CRISPR kan avlägsnas och endast den riktade mutationen finns kvar i kommande generationer är det än så länge oklart om växter som har modifierats med CRISPR kommer att regleras som genetiskt modifierade växter (GMO).

– Det här visar att lagstiftningen inte hänger med och därför hämnar teknikutvecklingen, påpekar Jens Sundström.

Kommentarer

Kommentera