Hva er CRISPR? En nybegynnerveiledning

For noe som har blitt kalt "et kjent navn for molekylærbiologer," mange av dere har sannsynligvis aldri hørt om CRISPR, og vet ikke hvorfor dere skal være spente (eller muligens livredde). Alt handler om avansert genterapi og spleising – og det bringer sci-fi-ideer rett ut i virkeligheten. Her er en rask FAQ om vitenskapen bak CRISPR og hvorfor verden følger så nøye med.

Ok, hva er CRISPR og hva står det for?

CRISPR refererer til uvanlige DNA-sekvenser som hjelper til med å beskytte organismer ved å identifisere trusler – spesielt virus – og angripe dem. Navnet står for Klynger med jevne mellomrom, kort Palindromisk Gjentar seg. Ja, det høres litt latterlig ut, men det er faktisk en veldig nøyaktig beskrivelse når man ser på selve DNA-sekvensene. De er gruppert, de er fordelt med klare intervaller, og når de tildeles bokstavverdier, ser de ut som korte palindromer som gjentar seg om og om igjen med små variasjoner.

Caroline Davis2010 | Flickr

CRISPR-er ble først lagt merke til helt tilbake på 1980-tallet da forskere studerte genomene til arkea og bakterier. Selv i slike relativt enkle genomer begynte biologer (spesielt Francisco Mojica) å legge merke til disse rare sekvensene som så ut til å gjenta seg på en veldig spesifikk måte, med mellomrom imellom. Molekylærbiologer var sikre på at de hadde et unikt formål, og den rådende teorien ble snart virusforsvar, som endelig ble bevist i 2007 under ledelse av Philippe Horvath. Det var imidlertid ikke før tidlig på 2010-tallet at forskere begynte å bli spesielt lidenskapelig opptatt av potensialet bak CRISPR.

Så det er bare en DNA-streng?

Ja og nei. CRISPR har blitt en muliggjører for genspleising, redigering og generell eksperimentering. For å forstå hvordan, er det viktig å først forstå rollen til CRISPRs i genomene, og hvordan de fungerer for å beskytte organismer (vanligvis, som vi nevnte, bakterier). En rettferdig sammenligning ville være telegrafer som sender ut morsekode. Hver sekvens er en melding om et annet angrep, og hvert mellomrom er STOPPet som avslutter meldingen. Hvis metaforer ikke er noe for deg, Harvard går mye mer i dybden.

Når en organisme møter et nytt og farlig virus, vet den ikke hvordan den skal beskytte seg selv eller slå viruset tilbake – den må lære, akkurat som de fleste immunresponser gjør. Dette kan være vanskelig, fordi virus angriper DNA direkte... men dette gjør dem også sårbare på visse måter. CRISPR-sekvensene stjeler nøkkeltråder av DNA fra viruset og holder dem i de små morsekodemeldingene. Når et lignende virus angriper igjen, svarer CRISPR: "Å, vi kjenner igjen dette: Slik kan du beseire det!" Og den sender den relevante morse-meldingen videre til slagmarken.

Wikipedia bilder

Der, små CRISPR-soldater kalt Cas – enzymer produsert spesielt for dette oppdraget og nummerert i henhold til deres formål - binde seg til viralt DNA og skjære det i det svake stedet, i henhold til informasjonen som er kodet i beskjed. Dette slår av viruset og gjør det mulig for organismen å forsvare seg selv.

…Greit. Hvorfor betyr dette igjen?

Fordi – og det er vanskelig å undervurdere viktigheten av dette – mens CRISPR bare bruker sin telegraf system for forsvar mot virus, innså forskerne at de kunne bruke den telegrafen til kommunisere hva som helst. Slå av et gen? Jada (det trenger ikke engang å være et viralt gen). Slå på et gen? Ikke noe problem – bare telegrafer den riktige instruksjonen til enzymet Cas-soldater. Spesielt CRISPR-Cas9 kan bli et utmerket verktøy for å kutte, rekombinere og generelt redigere DNA, så lenge den mottar de riktige meldingene.

I årevis har forskere jobbet med måter å kontrollere Cas9 på og senere å utvikle små RNA-guider for Cas9 soldater og til og med supplerende soldater kaller Cpf1, som er bedre på infiltrasjon og utvinning uten risiko for mutasjon. Sammenlignet med dette så de gamle, uhåndterlige verktøyene for genmanipulering ut som hulemannsklubber ved siden av kirurgiske lasere. Det ble kjempenyheter i det vitenskapelige miljøet, og startet faktisk flere kamper mellom ulike grupper og forskere om hvem som fortjente honnør for hva.

Så langt så bra. Men hvorfor er dette en stor sak i teknologiverdenen?

Fordi vi for øyeblikket er i starten av et stort utbrudd av CRISPR-eksperimentering. Vårt medisinske utstyr og vår vitenskapelige kunnskap har nådd et punkt der vi kan sette alt vi har lært fra CRISPR i praksis og begynne å kjøre raske, effektive eksperimenter på genspleising. For de som er interessert i nyskapende, Frynser-Verdige utnyttelser av vitenskap, dette er stedet å være.

Egentlig? Sier du at vi kan redigere hvem som helster DNA nå?

Godt spørsmål. Vi er ikke der ennå, men flere lovende eksperimenter har blitt utført. Et par aper ble produsert med spesifikke genforandringer gjennom målrettede mutasjoner ved hjelp av CRISPR-teknikker. Målet her var å identifisere genetiske problemer før fødselen og forstyrre de defekte genene slik at de kan ikke gjøre noen skade (det var også en stor sak at det fungerte med aper i stedet for bare med mus). Andre forsøk har vist at prosessen også kan brukes til trygt endre DNA for å motstå HIV-infeksjon.

Det mest spennende eksperimentet pågår imidlertid i Kina, hvor forskere prøver å bruke CRISPR-teknikker for å fjerne skadet DNA fra cellene av levende, voksne lungekreftpasienter. Det er mange øyne på dette prosjektet for å se hvor vellykket det er.

Greit: Hvordan ser fremtiden til CRISPR ut?

Vi har mye arbeid å gjøre. Det er verdt å merke seg at eksperimentene nevnt ovenfor krevde en lang periode med kostbar forskning og mange, mange mislykkede saker før suksess ble nådd – og selv da vil det å lære å gjenta disse eksperimentene kreve alvorlig arbeid og investeringer.

Men dette handler mer om foredling enn nye oppdagelser: Med andre ord er det bare et spørsmål om tid før vi lærer å bruke CRISPR godt nok til å bringe applikasjoner inn i den medisinske verdenen. Når det begynner å skje (og det kan være bare flere år unna), mange av de teoretiske spørsmålene vi har om genmanipulasjon, designer babyer, våpeniserte organismer, menneskelig forsterkning og betaling for kur-systemer kommer til å bli mye mer enn teoretisk.

Redaktørenes anbefalinger

• CRISPR-genredigering kan bidra til å stoppe et vanlig fjærfevirus i sporene
• CRISPR baby-sagaen fortsetter når Kina bekrefter andre genredigerte graviditet
• CRISPR-genredigering skaper kokainsikre mus, tar sikte på å knekke avhengighetspuslespill