Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

CRISPR/cas9

CRISPR-Cas, een methode waarmee DNA gemodificeerd kan worden met ongekende precisie, heeft de wetenschap flink op zijn kop gezet. Van de mogelijkheid tot het bestrijden van malaria tot het creëren van varkens zo klein als een chihuahua. Maar waarom is deze techniek zo revolutionair en hoe werkt het precies?

Tot voor kort was het aanpassen van DNA een moeilijk proces met weinig nauwkeurigheid. Dat veranderde met de ontdekking en ontwikkeling van Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, afgekort CRISPR. CRISPR’s zijn korte segmenten van herhaalde codes in het DNA van bacteriën die oorspronkelijk ontdekt werden in 1987 door Japanse wetenschappers. Zij probeerden indertijd een specifiek gen van E coli te onderzoeken, waarbij het hen opviel dat hetzelfde stukje DNA zich steeds herhaalde.

DNA

Geavanceerd immuunsysteem van bacteriën

Vele onderzoeken later zagen wetenschappers dat deze herhalende DNA-patronen een rol spelen in het immuunsysteem van bacteriën en ontstond de afkorting CRISPR. Dat doen deze patronen samen met de zogeheten Cas9-enzymen en gespecialiseerde RNA-moleculen. Hierbij dienen de enzymen als een soort schaar en de RNA-moleculen als een soort biologische TomTom.

Net als mensen en dieren hebben ook bacteriën last van virussen en kunnen zij zelfs daardoor besmet worden en zo doodgaan. Om deze tragedie te voorkomen, hebben bacteriën een techniek ontwikkeld waardoor zij relatief simpel een stukje van het agressieve virus kunnen inbouwen in hun eigen DNA. Hierdoor kunnen zij bij volgende aanvallen het virus herkennen en gelijk optreden tegen het gevaar. Met gebruik van de RNA-moleculen sporen bacteriën het vijandelijke DNA op, waarna de speciale Cas9-enzymen het virus-DNA kapot knippen. 

´ 'Lekker belangrijk, zo’n fundamentele biologische ontdekking' ´

De twee wetenschappers Jennifer Doudna (Universiteit van Californië) en Emmanuelle Charpentier (Umea Universiteit) ontdekten in het laboratorium dat ze dit afweermechanisme zelf konden modificeren.  Sterker nog, ze konden hiermee heel precies op een gewenste plek in het DNA knippen en plakken. Hoe dit precies werkt? Wanneer een cel deelt, moet onder meer het DNA heel zorgvuldig worden gekopieerd. Meestal gaat dit goed, maar wanneer er een mutatie ontstaat dan komen zogeheten reparatie-eiwitten in actie om dit te verbeteren. CRISPR breidt deze hulp uit met een soort knip- en plakfunctie om het DNA te vervangen.

Een bijzondere techniek die wij relatief gemakkelijk over kunnen nemen en waardoor wij gemakkelijker dan ooit tevoren genen kunnen wegknippen of toevoegen. Inmiddels is er geen genwetenschapper meer die de techniek niet kent en heeft CRISPR-Cas al tot heel wat grote doorbraken geleid. Van het verhelpen van mutaties die ziekten veroorzaken tot het bouwen van gewassen zonder gluten. De toepassingen lijken oneindig, al duurde het wel even voordat wetenschappers de volle potentie van de techniek begrepen.

´ 'Als je vandaag een CRISPR-Cas-kit bestelt, dan heb je een paar weken later al resultaat' ´

Waarom is dit een revolutie?

‘Het ging eigenlijk zoals het altijd gaat binnen de wetenschap’, vertelt hoogleraar moleculaire epigenetica aan Universitair Medisch Centrum Groningen Marianne Rots. ‘Wetenschappers werken toch vaak binnen hun eigen hokjes. Wanneer een aantal microbiologen dan met iets nieuws komt, is de eerste reactie eigenlijk vrij simpel: lekker belangrijk, zo’n fundamentele biologische ontdekking.’ Totdat duidelijk werd dat CRISPR-Cas wel eens een ware revolutie binnen de genetische wetenschap kon zijn.

‘Eind vorige eeuw hadden we zinkvingers (een soort eiwitsensoren) als moleculair-biologisch gereedschap. Alleen snapten we niet goed hoe we die het DNA konden laten binden waar ze moeten binden’, vertelt Rots. ‘Het was eigenlijk nattevingerwerk: trial en error. Toen kwam CRISPR-Cas en dat veranderde alles. Je bestelt nu gewoon RNA en dan twintig voor het gen van interesse, waarna je gaat kijken welke het goed doen.’ De techniek is relatief goedkoop en in sommige gevallen al heel precies gebleken. Dankzij het RNA-navigatiesysteem kun je echt aan hele specifieke DNA-stukken sleutelen. Of je het nu op een bacteriële, plantaardige, dierlijke of menselijke cel inzet. Daarnaast werkt de techniek ontzettend snel. ‘Als je vandaag een CRISPR-Cas-kit bestelt, dan heb je een paar weken later al resultaat.’

‘We kunnen nu eindelijk het geneesbare genoom realiseren’, stelt Rots vol hoop en overtuiging. ‘Als arts kun je op dit moment maar op twee procent van de eiwitcoderende genen ingrijpen ter behandeling. Dankzij CRISPR-Cas is nu ineens alles mogelijk.’ Al zijn de wonderlijke resultaten tot dusver in het lab gebleven en is het de vraag wanneer een ziekenhuis de techniek voor het eerst daadwerkelijk gaat toepassen: ‘Minstens drie bedrijven proberen CRISPR-Cas al snel in de kliniek te krijgen. Het is dus een kwestie van tijd.’

Rots onderstreept wel dat we nog niet alles weten van deze revolutionaire techniek: ‘Spannend is om te zien in hoeverre het bacteriële CRISPR-Cas afweerreacties gaat oproepen bij patiënten.’ Daarnaast is de methode niet perfect voor alles. De grootte van CRISPR’s is bijvoorbeeld een probleem om genen te bereiken die niet tot expressie komen en die zo weer aan te zetten. Zinkvingers daarentegen zijn een stuk kleiner, waardoor dit wel mogelijk is. De uitvinding van CRISPR-Cas is volgens de hoogleraar dan ook zeker niet de eindhalte: ‘Er komt geheid nog een verbetering.’

Hoe werkt CRISPR-Cas?

Ontdek meer in de special