CRISPR: Et nytt verktøy for genmanipulering

Nylig har forskere funnet et spennende nytt verktøy for å konstruere DNA. Systemet CRISPR har ingenting å gjøre med å holde grønnsakene friske i kjøleskapet. Det er akroniet for det nyeste systemet for å manipulere genomisk DNA i nesten hvilket som helst dyr. Forskere har kunnet knockout eller eliminere gener, undertrykke genuttrykk og oppregulere gener for å øke uttrykket med CRISPR-teknologien.

Det er en svært fleksibel teknikk som forskere kan bruke til 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 Universitetet i California fant ut at disse sekvensene samsvarende deler av visse virale DNA som smittet bakteriene. Som det viste seg, var CRISPR-sekvensene en slags immunsystem for bakteriene.

Hvordan fungerer CRISPR?

Doudna og hennes samarbeidspartner, Emmanuelle Chapentier, jobbet til slutt ut at når bakterier som hadde disse korte repeterende DNA-stykkene, som matchet viral DNA, da de ble smittet av et virus, ville de bruke RNA som bundet til DNA fra det invaderende viruset .

Så et annet stykke RNA laget av det tilfeldige DNA som separerte CRISPR-gjentagene, interagerte med et protein som heter 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 sinkfingernukleaser og TALENS som kan brukes til å målrette og kutte bestemte steder i genomisk DNA, er disse tilnærmingene avhengig 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 CRISPR så nyttig?

CRISPR-systemet er bare avhengig av to korte stykker RNA: en som samsvarer med den målrettede DNA-regionen, og et sekund som binder 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. Imidlertid er praktisk målretting 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 CRISPR gjøre?

I tillegg til å slette et gen, har noen grupper også innsett at med noen få alternativer kan systemet brukes til andre former for genetisk manipulasjon. For eksempel, i begynnelsen av 2013 viste en gruppe fra MIT at CRISPR kan 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 av 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 responser.

Den skinnende nye leketøy av genetisk teknologi

Det er absolutt stor spenning om dette nye verktøyet for genteknologi og rushen til å bruke den til en rekke bruksområder. 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 potensiale 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)