De stukjes DNA worden streng voor streng vervangen (afb: Nature)
De CRISPR-methode heeft het genetisch onderzoek in een paar jaar tijd geheel ondersteboven gegooid. Onderzoekers en het grote publiek hebben allerlei dromen dat die methode de mens kan verlossen van allerlei erfelijke ziektes. Die methode heeft echter nog wel wat vervelende trekjes. Om te beginnen is die niet volmaakt (want voor andere doeleinden door bacteriën in gebruik). Er wordt stevig gewerkt aan het vervolmaken van die techniek en nu komen onderzoekers (weer?) met een verbeterde techniek die de twee strengen niet beide doorknipt (dat geeft aanleiding tot fouten). Daarmee zou een groot deel van de erfelijke ziektes kunnen worden ‘wegsgeschreven’. In het lab is de methode al gebruikt om, onder meer, mutaties te corrigeren die aanleiding geven tot sikkelcelanemie.
Volgens onderzoekers van het Amerikaanse Broad-instituut is deze ‘priembewerking’ zeer handzaam en precies, maar ze stellen ook dat de ontwikkeling net in gang gezet is. Met deze techniek zouden stukjes DNA kunnen worden verwijderd of ingevoegd en zelfs afzonderlijke DNA-letters worden vervangen, maar dat heb ik al vaker gelezen. “Je kunt die priembewerkers zien als een soort tekstbwerkers. Ze zoeken het doel-DNA op en verandert dat heel precies”, zegt Broad-onderzoeker David Liu. De methode zou meer flexibiliteit en een grotere nauwkeurigheid bieden.
David Liu (afb: Broad-instituut)
Priembewerking is mogelijk niet in staat om grote stukken DNA weg te knippen of in te voegen, hetgeen met CRISPR/Cas9 wel ogelijk is, zodat de technieken naast elkaar zullen blijven bestaan verwacht Erik Sontheimer van de universiteit van Massachusetts. Dat komt doordat het stuk dat bewerkt moet worden in RNA-code wordt meegestuurd. Hoe langer die code is hoe waarschijnlijker het is dat die door enzymen zal worden afgebroken/beschadigd, denkt Sontheimer, die niet aan het onderzoek heeft deelgenomen. “We zullen verschillende bewerkingstechnieken nodig hebben voor verschillende soorten bewerkingen.” Wel kunnen met deze techniek afzonderlijke nucleotiden (DNA-letters) worden vervangen.
Zowel CRISPR/Cas9 als de priemtechniek werken met het doorknippen van het genoom op een specifiek punt. De ‘klassieke’ Cas9-methode knipt beide DNA-strengen door en laat het dan aan het DNA-reparatiesysteem van de cel over om de gewenste stukjes DNA in te voegen. Dat is een onzekere factor. Zelfs als er een stukje DNA wordt meegestuurd, een mal, dan is het niet zeker of dat wordt toegevoegd bij de ‘knip’.
Cas9 aangepast
De priemmethode gebruikt ook Cas9 als genschaar, maar die is enigszins aangepast, zodat die maar een streng doorknipt. Daardoor is deze methode niet afhankelijk van het DNA-reparatiesysteem van de cel. Als gids dient een stukje RNA, maar daaraan zit ook een sequentie die de in te passen code bevat. Dat stukje genetische code gaat vergezeld van een omgekeerde transcriptase (normaal werkt dat enzym van DNA naar RNA, hier omgekeerd), een enzym dat de meegebrachte code ‘overschrijft’ en invoegt in de DNA-streng.
89%
Met de priemmethode zijn in het lab al wat vingeroefeningen gedaan op menselijke cellen afkomstig van, onder meer, patiënten met sikkelcelanemie. Volgens Liu, die al eerder in dit blog figureerde, zijn er zo’n 75 000 mutaties die kunnen leiden tot ziektes bij mensen. Hij schat dat daarvan zo’n 89% zou zijn te genezen met behulp van deze methode. De andere 11% zou, onder meer, gaan om ziektes waarbij mensen te veel kopieën van een gen hebben of waarbij dat gen geheel ontbreekt, maar ik vraag me af waarom die mankementen met deze supertechniek niet zou zijn te repareren. Wel dat het verhaal van Sontheimer hierboven hier van toepassing is.
Liu: “Priembewerken staat nog aan het begin om een lang gekoesterde wens waar te maken in de moleculaire biologie om DNA overal te kunnen bewerken, in cellen en organismen en ook bij mensen met erfelijke ziektes.” Het probleem is natuurlijk niet alleen repareren van een stukje ‘fout’ DNA, maar dat moet ook nog eens gebeuren in de juiste cellen en dat is nogal lastig. Sommige cellen, zoals bloed- of afweercellen, kun je uit het lichaam halen, genetisch veranderen en weer terugbrengen, maar dat is met lever- of hersencellen zo niet onmogelijk dat toch in ieder geval erg lastig.