Gensaks kan fjerne syge gener

En ny metode har gjort det hurtigt, nemt og billigt at redigere i gener i levende celler. Metoden er på rekordtid blevet implementeret hos molekylærbiologer i hele verden, og for nylig kunne vi læse om resultater fra de første forsøg med mennesker. Mulighederne er nærmest uendelige.

Af Karoline Lawætz, Videnskabsjournalist, ScienceCPH

En fejl i generne – sådan lyder forklaringen ofte, når vi hører om sygdomme i planter eller dyr. Så ønsket om en let tilgængelig metode til at slukke for sygdomsgener har længe været øverst på ønskelisten hos molekylærbiologer verden over. Nu er den her: ved hjælp af en specialfremstillet saks kan man klippe i generne på nøje udvalgte steder. Metoden har fået det mundrette navn CRISPR/Cas9, herefter kaldet CRISPR.
CRISPR kan nemt, hurtigt og billigt slukke for et gen.
Forskere har i årtier haft kendskab til metoder til genredigering, men ingen af dem kan som CRISPR hurtigt, nemt og billigt slukke for et gen uden at ændre yderligere på cellen og dens funktioner. 

Metoden får det til at krible i fingrene på molekylærbiologer, imens resten af verden ser målløs til. Med lynets hast dukker verden over nye forskningshold op, der implementerer det nye værktøj.

Men hvad har vi egentlig gang i?

CRISPR laver mutationer i cellerne
CRISPR laver mutationer i cellernes DNA, og det betyder, at det genetiske materiale bliver ændret. Det lyder muligvis bekymrende. Har du fx lyst til at spise genmodificerede fødevarer? De fleste vil nok umiddelbart svare nej, men så er det måske umagen værd at læse videre og få en ordentlig forklaring.

De færreste tænker over, at alle de grøntsager, man køber i supermarkedet, er blevet forædlet gennem generationer. Man har valgt de enkelte planter, der skilte sig positivt ud, og brugt dem til at starte næste generation af afgrøder. Variationerne mellem individer skyldes mutationer, der opstår helt naturligt, blandt andet når planterne formerer sig,” forklarer Jeppe Thulin Østerberg, der er ph.d.-studerende og arbejder med CRISPR på afdelingen for Plante-og Miljøvidenskab på Københavns Universitet.

Mutationer er altså naturlige hændelser i helt almindelige celler. De fleste mutationer fører til, at det berørte gen bliver ødelagt og mister sin funktion. Det er præcis det samme, der sker med CRISPR. Forskellen er, at en CRISPR-mutation er noget forskerne aktivt påfører cellen. De styrer processen, så mutationen kommer til at sidde præcis, hvor de ønsker det.
Forskere kan skabe mutationer, præcis hvor de ønsker det.

Ifølge Science, gjorde en svensk forsker  sig for nylig bemærket ved at spise en hjemmelavet pastaret med kål der havde været udsat for CRISPR. Spørgsmålet er, om han udsatte sig selv for en risiko ved at spise kålen? Her må svaret nok være nej. Kålen havde måske fået ødelagt et gen efter besøg af gensaksen, men det kunne lige så godt have været ødelagt på marken, som et resultat af solens UV stråling. Teoretisk kunne den muterede kål altså være opstået helt naturligt, men i dette tilfælde besluttede forskeren selv på forhånd, hvilken gen der skulle muteres.

Inspiration fra bakterierne
CRISPR er inspireret af bakterier, der bruger samme teknik til at nedkæmpe virusangreb. Teknikken er altså en vigtig del af bakteriernes immunforsvar. Når en viruspartikel sender DNA ind i bakterien, producerer bakterien en saks (det er den, der hedder Cas9), som kan klippe i DNA. Koblet til saksen er et stykke RNA, der leder saksen til det sted på virus-DNA’et, der skal ødelægges.

”Det er i princippet nemt at gå til, men ikke alle, heller ikke forskere, kan få det til at virke lige med det samme, og det er bestemt ikke noget man laver hjemme i garagen” fortæller Jeppe Thulin.

Selv er han i fuld gang med en ph.d., hvor han afprøver CRISPR på cellerne i urten Gåsemad (Arabidopsis thaliana) for at blive klogere på planternes optag af zink. Zinkmangel er et stort problem mange steder på kloden, og afgrøder med et højere zinkindhold kunne være del af løsningen.

Derfor er CRISPR anderledes
CRISPR er ikke vores første mulighed for at manipulere med generne. Vi har i årtier haft adgang til andre teknikker, som kan den slags. Men CRISPR gør sig bemærket ved, udover at være billig og hurtig, også at kunne slukke for gener uden at føje fremmede gener til cellerne. Føjer man fremmede gener til en celle, bliver den det, man på fagsprog kalder for transgen, og transgene organismer er ikke populære. De fleste af os har hørt om genmodificerede organismer (GMO) og udfordringerne ved at dyrke dem i naturen.

”Gammeldags GMO’er er transgene, det vil sige at de får tilført gener fra organismer, de måske ikke er det fjerneste i slægt med, fx kender vi eksempler på ris med bakterie-DNA. Det sker ikke med CRISPR. Her får vi mulighed for at slukke for generne og ændre funktionen, men planten, som vi ender op med, har ikke fået tilført nyt arvemateriale. Du kan altså ikke skelne den fra en plante, hvor samme mutation var opstået ad naturlig vej,” forklarer Jeppe Thulin.

Men metoden er ikke mere end fem år gammel, så der er stadig masser af udfordringer for forskerne.

”Godt nok kan vi meget præcist styre saksen, så den klipper, hvor vi ønsker, men den virker ikke hver eneste gang, og der er givetvis et stort potentiale for metoden, som vi kunne tænke os at undersøge.” siger Jeppe Thulin.

Den nærmest epidemiske udbredelse af teknikken har fået kælenavnet the CRISPR Craze, og på trods af metodens unge alder bliver CRISPR allerede forsøgt anvendt i mennesker.

CRISPR slukkede for kræftgen
Kinesiske forskere kører for tiden kliniske forsøg med CRISPR til behandling af patienter med aggressiv lungekræft.
Kinesiske forskere laver kliniske forsøg med CRISPR til kræftbehandling.

I forsøget får patienterne taget en blodprøve, og i blodet identificerer forskerne nogle af de celler fra immunforsvaret, som kræftsygdommen svækker. Ved hjælp af CRISPR slukker forskerne for det ansvarlige gen, og så bliver de raske, funktionsdygtige celler sprøjtet ind i patienterne igen, skriver Nature.

Det forlyder ikke, om patienterne har gavn af behandlingen, men det er breaking news, at nogen har taget skridtet og benyttet CRISPR direkte i mennesker.

Et hav af muligheder
Der er ikke tvivl om, at CRISPR kan gøre meget gavn, men kan metoden også risikere at gøre skade? Det ved forskerne ikke meget om, og perspektiverne er uvisse.

Inden for områder som sygdomsbekæmpelse kan CRISPR vise sig at blive lidt af en revolution, fx er stær og cystisk fibrose forårsaget af genfejl, man potentielt kan rette. Og så er der jo utallige muligheder inden for plantebiologi, som Jeppe Thulin arbejder med. Berigelse med vitaminer og mineraler, resistens over for sygdomsangreb, og generelle forbedringer af sådan noget som smag eller holdbarhed er oplagte.

På laboratorieniveau eller i industrien kan CRISPR benyttes i storskala til fx at undersøge geners funktioner, for man kan så let slukke for dem - et ad gangen - og observere om det har den ønskede effekt.

Store muligheder i slukmutationer
”På sigt kommer vi formentlig til at se CRISPR blive brugt til andre ting, men vi ved med sikkerhed i dag, at CRISPR kan lave mutationer der slukker for gener. Det er spændende i planter, fordi vi ved at mange af de mutationer, der er sket under forædling af de planter, vi dyrker i dag, er hvad man kunne kalde slukmutationer. Det kan komme til udtryk på mange måder, for eksempel kan strukturen af et kornaks ændre sig markant hvis man slukker for et gen, der er med til at organisere kornakset,” forklarer Jeppe Thulin.

Som eksempel nævner han majs, hvor kolberne for tusinder af år tilbage var små og ikke organiseret på samme måde som i dag. Mange generationers forædling af majs har givet os den velkendte majskolbe, og grundlaget for udviklingen har været en serie af ændringer, der for en stor del har været slukmutationer.

Så lige nu er det kun fantasien, der sætter grænser. Og skulle du have lyst til at sætte tænderne i en CRISPR-snack, kan du i USA snart købe CRISPR-modificerede svampe, som er den første CRISPR-organisme, der er godkendt af The US Department of Agriculture (USDA).


Mere om CRISPR/Cas9

Med CRISPR/Cas9 kopierer man et trick, som bakterier bruger, når de vil af med en virusinfektion. Virus er karakteriseret ved at sætte sig udenpå en celle og sende sit genetiske materiale ind i den. Bakterien forsøger at forpurre angrebet ved at klippe genomet i stykker med en dertil indrettet saks (det er den, der hedder Cas9). Men det er ikke tilfældigt klipperi – knyttet til saksen er et stykke RNA, der koder præcis for det sted, hvor den skal klippe.

Der er altså tale om en saks med en specialtillavet guide, og det udnytter forskerne. Hvis de kender det sted i cellens DNA, der ikke fungerer hensigtsmæssigt, kan de konstruere et stykke RNA på 20 baser, som matcher det dårlige gen, og så laver saksen resten.

Tidligere kostede det i omegnen af 100.000 kroner at designe et protein, som kan klippe gener et bestemt sted. Med CRISPR koster det 100 kroner.

Man skal ikke mange år tilbage før en væsentlig hurdle ville være at få kendskab til koden for det syge gen, men sådan er det ikke længere. Mængden af sekventeret DNA er enorm og vokser i disse år eksponentielt, så det er som regel bare at slå op i databasen, så kan man gå i gang.

Ved den traditionelle metode sætter saksen (Cas9) sig ind i cellens genom, inden den klipper. Cas9 er DNA fra en bakterie, og det bliver altså føjet til det DNA, der er i cellen i forvejen. Efter endt arbejde avles Cas9 generne ud af planten igen, og slutresultatet bliver en modificeret plante uden fremmed DNA. I dyr er der beskrevet flere metoder, som muliggør at Cas9 kan udføre sit arbejde med at klippe uden at blive indsat i genomet.