Et nytt verktøy for genmanipulering
Det er en svært fleksibel teknikk som forskere kan bruke for å enkelt endre generasjonen av gener for å bedre forstå deres funksjon.
Hva er egentlig CRISPR?
CRISPR står for Clustered Regular-Interspaced Short Palindromic Repeats- et utrolig kjedelig navn for en spennende teknologi. Hvorfor kjedelig navn? Det er fordi når de først ble oppdaget på slutten av 1980-tallet i bakterier, visste ingen hva de korte strekkene av gjentatt DNA separert av tilfeldige DNA-sekvenser var for. De var bare noen underlig funksjon i det genomiske DNA av enkelte bakterier.
Det tok nesten 20 år til Jennifer Doudna ved University of California fant ut at disse sekvensene stemte sammen med deler av visse virale DNA som smittet bakteriene. Som det viste seg, var CRISPR-sekvensene en slags immunsystem for bakteriene.
Hvordan virker det?
Doudna og hennes samarbeidspartner, Emmanuelle Charpentier, jobbet til slutt ut at når bakterier som hadde disse korte repeterende DNA-stykkene som matchet viral DNA, ville de bruke RNA som bundet til DNA fra det invaderende viruset da det ble infisert av et virus.
Deretter ble et andre stykke RNA fremstilt fra det tilfeldige DNA som separerte CRISPR-gjentagene, interaksjon med et protein kalt Cas9. Dette proteinet ville spalte virus-DNA og inaktivere viruset.
Forskere forsto raskt at de kunne utnytte denne egenskapen til CRISPR for å kutte fra bestemte DNA-sekvenser for å slå ut gener.
Mens det finnes andre teknikker, som sinkfingerukleaser og TALENS som kan brukes til å målrette og kutte bestemte steder i genomisk DNA, er disse tilnærmingene avhengige av store proteiner for å målrette vekslingene til bestemte regioner i DNA. Det er vanskelig å designe og utføre modifikasjoner i stor skala med mange gener ved hjelp av disse tidligere tilnærmingene.
Hva gjør det så nyttig?
CRISPR-systemet er bare avhengig av to korte stykker RNA: en som matcher det målrettede DNA-området, og et sekund som binder seg til et protein som heter Cas9. Faktisk, det viser seg imidlertid at begge disse korte RNA-brikkene kan kombineres til et dual-function single-guide RNA-molekyl som begge retter seg mot en bestemt DNA-sekvens og rekrutterer Cas9-kløvproteinet. Dette betyr at Cas9-proteinet og et kort stykke RNA som er 85 baser langt, er alt som trengs for å kutte et DNA nesten hvor som helst i genomet. Det er relativt enkelt å introdusere DNA for å produsere en enkelt-guide RNA og Cas9-proteinet, nesten alle celler som gjør CRISPR generelt anvendelig.
Praktisk målretting er imidlertid ikke den eneste fordelen med CRISPR-teknologien over andre TALENS og sinkfinger. CRISPR-systemet er også mye mer effektivt enn disse alternative tilnærmingene.
For eksempel har en gruppe ved Harvard funnet at CRISPR slettet et målrettet gen i 51% -79% av tilfellene, mens TALENS-effektiviteten var mindre enn 34%. På grunn av denne høye effektiviteten kunne en annen gruppe bruke CRISPR-teknologi til direkte å slå ut gener i embryonale mus for å produsere transgene mus i en enkelt generasjon. Standarden tilnærming krever et par generasjoner av avl for å få mutasjonen i begge kopier av et målrettet gen.
Hva annet kan det gjøre?
I tillegg til å slette et gen, har noen grupper også innsett at systemet med noen få alternativer kan brukes til andre former for genetisk manipulasjon. For eksempel, i begynnelsen av 2013 viste en gruppe fra MIT at CRISPR kunne brukes til å sette nye gener inn i genomisk DNA. Kort tid etter brukte en gruppe ved UCSF en modifisert versjon av systemet som ble kalt CRISPRi for å undertrykke ekspresjon av målgener i bakterier.
Mer nylig har en gruppe ved Duke University satt opp en variant av systemet for å aktivere sett med gener. Flere grupper jobber nå også med variasjoner av disse tilnærmingene for å skjerme stort antall gener samtidig for å finne ut hvilken som er involvert i forskjellige biologiske svar.
Den skinnende nye leketøy av genetisk teknologi
Det er absolutt stor spenning om dette nye verktøyet for genteknologi og rush å bruke den på en rekke applikasjoner. Imidlertid er det fortsatt noen utfordringer som må overvinnes, og som det ofte er tilfellet med ny teknologi, tar det litt tid å finne ut hvor begrensningene er. Forskere ved Harvard har for eksempel funnet at CRISPR-målretting kanskje ikke er så nøyaktig som opprinnelig tenkt. Off-target- effekter av CRISPR-komplekset kan føre til utilsiktede endringer ved endring av DNA.
Til tross for utfordringene har CRISPR tydeligvis vist enormt potensial for å lette endring av genomisk DNA som vil hjelpe forskere raskere å forstå hvordan titusenvis av gener i det menneskelige genomet fungerer. Dette alene har viktige implikasjoner for forbedringer sykdomsbehandling og diagnose. Videre, med ytterligere utvikling, kan selve teknologien være nyttig for en ny type terapeutikk. Det kan gi en ny tilnærming til genterapi . Imidlertid er disse fremskrittene en vei ut. For nå er det bare spennende å se den raske utviklingen av dette nye forskningsverktøyet og tenke på hvilke eksperimenter det kan tillate.
(Publisert: 30. september 2013)