CRISPR: de genetische knutseldoos

Met de ontdekking van het bacterie-immuunsysteem CRISPR zijn onderzoekers gestuit op een zeer krachtige techniek om DNA te veranderen.

CRISPR: korte segmenten
Het veranderen van het DNA was tot voor kort een vrij moeizaam proces, dat gebruik maakte van recombinant virussen of, recenter, speciale eiwitten: ZnS en TALENS. Dat veranderde met de ontdekking en ontwikkeling van Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, afgekort CRISPR. We weten nog niet alles van CRISPR en de bijbehorende CAS enzymen, dus wat hieronder volgt is onvolledig.

CRISPR’s zijn korte segmenten herhaalde codes in het DNA van ongeveer 40% van de bekende bacteriën en 90% van de onderzochte archaea. Tussen deze segmenten bevinden zich DNA van een faag.

Herkennen van fagen
Het bijbehorende enzym CAS9 herkent deze codes en knipt RNA en DNA op de plaats waar deze voorkomen. Als bijvoorbeeld een faag, een bacterievirus, zijn inhoud in een bacterie loost, en de code komt ook op het RNA of DNA van de faag voor, dan knipt CAS9 het DNA- (of RNA-) lint door op die plek. Dat betekent dan einde oefening voor deze faag, in plaats voor de bacterie.

Bacteriën ‘leren’ fagen herkennen door de enzymen CAS1 en CAS2. CAS1 bindt aan een willekeurig stuk vrijzwevend DNA, zoals dat van een faag, en kopieert een klein stukje van 12-48 baseparen over in het DNA van de bacterie, afgewisseld door een vaste reeks: een nieuwe CRISPR. Landt een volgende faag, dan kopieert CAS2 als een bezetene de CRISPR bibliotheek, knipt deze in kleine stukjes en koppelt deze stukjes aan CAS9-enzymen die, zodra het DNA matcht met een bekende faag, knippen. Omdat de CRISPR overerft, is de bacterie en al zijn nakomelingen tegen deze fagensoort opgewassen. Een Lamarckiaans overerfmechanisme dus. Totdat de faag zijn DNA verandert, zodat de CRISPR niet meer wordt herkend in het faag-DNA en het spelletje van voren af aan begint.

Knutselen aan genen nu gemakkelijker dan ooit
Prettig aan de verschillende CAS enzymen is dat ze geen onderscheid maken tussen het DNA van een faag of ander DNA. Je kan er dus ook zeer precies genen van bijvoorbeeld mensen mee knippen en plakken. In feite is dat al gebeurd, uiteraard met niet-levensvatbare embryo’s, en honderden andere soorten binnen alle grote domeinen van het leven. Als CRISPR codes van het desbetreffende gen bekend zijn, kan in principe elk van de meer dan tienduizend menselijke genen vervangen worden door een ander gen.

Het recept: je brengt op een streng RNA de code voor het CAS9-enzym, met daarvoor de CRISPR die codeert voor een bepaald gen, in in de gastheercel. Plus de code voor het nieuwe gen. De cel gaat dit kopiëren, het tot leven gewekte CAS9-enzym (dat van nature niet in menselijke cellen voorkomt) knipt het DNA voor en achter het gen door en de reparatiemechanismen in de cel plakken het ‘nieuwe’ gen op de plaats van het gat.

Kortom: we kunnen maar beter goed gaan nadenken over ethisch-genetische vraagstukken, voor je bij de lokale bouwmarkt een Doe Het Zelf Koter Bouwpakket kan bestellen.

Meer informatie
CRISPR gene editing