Vad är CRISPR? En nybörjarguide

För något som har kallats "ett känt namn för molekylärbiologer", många av er har förmodligen aldrig hört talas om CRISPR, och vet inte varför du ska vara upphetsad (eller, möjligen, livrädd). Allt handlar om avancerad genterapi och splitsning – och det förser sci-fi-idéer rakt ut i verkligheten. Här är en snabb FAQ om vetenskapen bakom CRISPR och varför världen ägnar så stor uppmärksamhet.

Okej, vad är CRISPR och vad står det för?

CRISPR hänvisar till ovanliga DNA-sekvenser som hjälper till att skydda organismer genom att identifiera hot – särskilt virus – och attackera dem. Namnet står för Klustrade med regelbundet mellanrum Kort Palindromisk Upprepas. Ja, det låter lite löjligt, men det är faktiskt en mycket korrekt beskrivning när man tittar på själva DNA-sekvenserna. De är klustrade, de är åtskilda med tydliga intervall, och när de tilldelas bokstavsvärden ser de ut som korta palindromer som upprepas om och om igen med små variationer.

Caroline Davis2010 | Flickr

CRISPRs märktes först långt tillbaka på 1980-talet när forskare studerade arvsmassans och bakteriers genom. Även i sådana relativt enkla genom började biologer (särskilt Francisco Mojica) lägga märke till dessa udda sekvenser som verkade upprepas på ett mycket specifikt sätt, med mellanslag däremellan. Molekylärbiologer var säkra på att de hade ett unikt syfte, och den rådande teorin blev snart viralt försvar, vilket slutligen bevisades 2007 under ledning av Philippe Horvath. Det var dock inte förrän i början av 2010-talet som forskare började bli särskilt passionerade för potentialen bakom CRISPR.

Så det är bara en DNA-sträng?

Ja och nej. CRISPR har blivit en möjliggörare för genskarvning, redigering och allmän experimentering. För att förstå hur, är det viktigt att först förstå CRISPRs roll i genom, och hur de fungerar för att skydda organismer (vanligtvis, som vi nämnde, bakterier). En rättvis jämförelse skulle vara telegrafer som skickar ut morsekod. Varje sekvens är ett meddelande om en annan attack, och varje mellanslag är STOPPET som avslutar meddelandet. Om metaforer inte är din grej, Harvard går in på mycket mer djup.

När en organism stöter på ett nytt och farligt virus vet den inte hur den ska skydda sig själv eller slå tillbaka viruset – den måste lära sig, precis som de flesta immunsvar gör. Detta kan vara knepigt eftersom virus attackerar DNA direkt... men det gör dem också sårbara på vissa sätt. CRISPR-sekvenserna stjäl nyckelsträngar av DNA från viruset och behåller dem i de där små morsekodmeddelandena. När ett liknande virus attackerar igen, svarar CRISPR: "Åh, vi känner igen det här: Så här bekämpar du det!" Och den skickar det relevanta morsekodmeddelandet vidare till slagfältet.

Wikipedia bilder

Där kallade små CRISPR-soldater Cas – enzymer som tillverkats specifikt för detta uppdrag och numrerade enligt deras syfte - binda till viralt DNA och skära det på sin svaga punkt, enligt informationen som kodas i meddelande. Detta stänger av viruset och gör det möjligt för organismen att framgångsrikt försvara sig.

…Okej. Varför spelar detta någon roll igen?

För – och det är svårt att underskatta vikten av detta – medan CRISPR bara använder sin telegraf system för försvar mot virus insåg forskare att de kunde använda den telegrafen till kommunicera något. Stänga ner en gen? Visst (det behöver inte ens vara en viral gen). Slå på en gen? Inga problem – bara telegrafera rätt instruktion till enzymet Cas-soldater. CRISPR-Cas9 i synnerhet kan bli ett utmärkt verktyg för att skiva, rekombinera och allmänt redigera DNA, så länge den får rätt meddelanden.

I flera år har forskare arbetat på sätt att kontrollera Cas9 och, senare, att utveckla små RNA-guider för Cas9 soldater och även kompletterande soldater kallar Cpf1, som är bättre på infiltration och extraktion utan risk för mutation. Jämfört med detta såg de gamla, otympliga verktygen för genmanipulation ut som grottmansklubbor bredvid kirurgiska lasrar. Det blev enorma nyheter i vetenskapssamhället, och startade faktiskt flera strider mellan olika grupper och forskare om vem som förtjänade kredit för vad.

Än så länge är allt bra. Men varför är detta en stor sak i teknikvärlden?

Eftersom vi just nu är i början av en enorm explosion av CRISPR-experiment. Vår medicinska utrustning och vetenskapliga kunskap har nått en punkt där vi kan omsätta allt vi har lärt oss från CRISPR i praktiken och börja köra snabba, effektiva experiment på genskarvning. För den som är intresserad av spetsen, Frans-värdiga vetenskapens bedrifter, det här är platsen att vara på.

Verkligen? Säger du att vi kan redigera någonär DNA nu?

Bra fråga. Vi är inte där än, men flera lovande experiment har genomförts. Ett par apor producerades med specifika genförändringar genom riktade mutationer använder CRISPR-tekniker. Målet här var att identifiera genetiska problem före födseln och störa de felaktiga generna så att de kan inte göra någon skada (det var också en stor sak att det fungerade med apor istället för bara med möss). Andra experiment har visat att processen också kan användas till säkert ändra DNA för att motstå HIV-infektion.

Det mest spännande experimentet pågår dock i Kina, där forskare försöker använda CRISPR-tekniker för att ta bort skadat DNA från cellerna av levande, vuxna lungcancerpatienter. Det finns många ögon på det här projektet för att se hur framgångsrikt det är.

Okej: Hur ser framtiden för CRISPR ut?

Vi har mycket att göra. Det är värt att notera att experimenten som nämns ovan krävde en lång period av dyr forskning och många, många misslyckade fall innan framgång nåddes – och även då kommer det att kräva allvarligt arbete och investeringar att lära sig hur man exakt upprepar dessa experiment.

Men det här handlar mer om förfining än om nya upptäckter: med andra ord, det är bara en tidsfråga innan vi lär oss att använda CRISPR tillräckligt bra för att ta med applikationer till den medicinska världen. När det börjar hända (och det kan vara bara flera år bort), många av de teoretiska frågorna vi har om genmanipulation, designer bebisar, beväpnade organismer, mänsklig förstärkning och system för att betala för botemedel kommer att bli mycket mer än teoretiska.

Redaktörens rekommendationer

• CRISPR-genredigering kan hjälpa till att stoppa ett vanligt fjäderfävirus i dess spår
• CRISPR baby-sagan fortsätter när Kina bekräftar andra genredigerade graviditeten
• CRISPR-genredigering skapar kokainsäkra möss, syftar till att knäcka beroendepussel