Gyles Lewis
0 
1164
238
Als een moleculaire ninja snijdt CRISPR-Cas9 het gereedschap voor genoombewerking door ultraspecifieke DNA-segmenten om ongewenste stukjes genetische code eruit te snijden. Het is een precieze en veelbelovende methode voor genetische bewerking die veel wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek. En wetenschappers hopen dat het op een dag kan worden gebruikt om selectief genen te verwijderen die resulteren in medische problemen zoals HIV, sikkelcelziekte en kanker..
Helaas suggereert een nieuwe studie die vandaag (16 juli) in het tijdschrift Nature Biotechnology is gepubliceerd dat deze dag mogelijk verder weg is dan verwacht - en dat CRISPR's cellulaire zwaardvechtkunst kan leiden tot veel meer bijkomende schade dan eerder werd gedacht..
Bij het gebruik van CRISPR om het DNA te bewerken in zowel muis- als menselijke cellen, ontdekten de auteurs van het onderzoek dat enorme stukken DNA onbedoeld werden verwijderd, herschikt en anderszins zo ernstig gemuteerd dat cellen in ongeveer 15 procent van de gevallen hun functie verloren..
De studie biedt de meest systematische en ernstige afrekening van de mogelijke genetische schade die tot nu toe is veroorzaakt door CRISPR-manipulatie, zei studie auteur Allan Bradley, een senior groepsleider en directeur emeritus bij het Wellcome Sanger Institute in Engeland. En de resultaten kunnen reden zijn om het gebruik van de technologie in klinische omgevingen te heroverwegen totdat verder onderzoek kan worden gedaan, zei hij.
"CRISPR is niet zo veilig als we dachten," vertelde Bradley. "Het DNA-herstelproces is niet 100 procent onfeilbaar, en er kunnen problemen zijn die verder moeten worden onderzocht."
De code kraken (open)
Als je je DNA voorstelt, denk je waarschijnlijk aan een dubbele helix - een verwrongen, ladderachtige reeks letters met je genetische informatie. Elke sport van de ladder bestaat uit twee gekoppelde nucleotiden (kleine organische moleculen) die bekend staan als een basenpaar. Uw volledige genoom bevat ongeveer 3 miljard van deze basenparen, verdeeld over 23 paar chromosomen die in elke cel van uw lichaam aanwezig zijn.
De exacte volgorde van deze basenparen vormt uw unieke genetische code. Mutaties in deze code - bijvoorbeeld als een basenpaar ontbreekt of ondersteboven ligt - kunnen ervoor zorgen dat verschillende genen hun functie verliezen, wat soms resulteert in genetische aandoeningen zoals cystische fibrose, hemofilie en vele soorten kanker..
CRISPR is ontworpen om ultraspecifieke genetische defecten zoals deze te elimineren door gerichte DNA-sequenties door te snijden met een scalpelachtig enzym genaamd Cas9. Nadat Cas9 op de aangewezen plek het DNA heeft verbroken, begint dat deel van het DNA zichzelf vanzelf te herstellen. Door deze methode kunnen probleemgenen snel worden verwijderd, en soms kunnen aangepaste genetische sequenties zelfs aan de breekplaats worden toegevoegd voordat het DNA zichzelf weer afsluit..
Eerdere studies van CRISPR hebben niet veel onvoorziene genetische mutaties aangetoond die worden veroorzaakt door deze nauwkeurige snijactie, maar die studies hebben er misschien niet hard genoeg uitgezien, zei Bradley..
"De gevolgen van [CRISPR-geïnduceerde mutaties] kunnen letterlijk miljoenen basenparen verwijderd zijn van de breekplaats", zei Bradley..
In hun nieuwe studie gebruikten Bradley en zijn collega's CRISPR om een reeks van muizen afgeleide stamcellen te bewerken, en keken vervolgens systematisch naar de DNA-basenparen van de cellen, die steeds verder weg van de geknipte site bewogen. Door deze nauwgezette aanpak ontdekten de onderzoekers dat ongeveer 15 procent van de bestudeerde cellen zo sterk gemuteerd was dat ze hun functie verloren..
"In de eenvoudigste vorm zijn deze mutaties deleties van grote hoeveelheden DNA", zei Bradley (in sommige gevallen gingen duizenden DNA-basenparen verloren nadat ze door CRISPR waren gemanipuleerd). "Maar er zijn ook veel complexere versies."
Bradley zei bijvoorbeeld dat het team gevallen ontdekte waarin sequenties van genetische code werden "vervormd" of achterwaarts in de streng werden ingevoegd. In sommige gevallen werden onbedoeld lange DNA-sequenties die duizenden basenparen hadden moeten verwijderd zijn in de CRISPR-cut-site gestikt. In andere gevallen waren reeksen code nergens in de buurt van de uitgesneden site - sommige lagen miljoenen basenparen verwijderd - op dezelfde manier gemuteerd.
Na naar veel verschillende locaties langs het DNA van de cel te hebben gekeken, wendde het team zich vervolgens tot andere soorten cellen, waaronder van mensen afkomstige stamcellen die in het laboratorium zijn gekweekt, om te zien of het schadepatroon werd herhaald. Hun waarnemingen bleven consistent: ongeveer 15 procent van de CRISPR-gemanipuleerde cellen werd onbedoeld op dramatische manieren gemuteerd.
Een willekeurige snit
Uiteindelijk zijn de precieze gevolgen van deze mutaties moeilijk in te schatten, omdat verschillende soorten cellen verschillende operaties gebruiken om hun DNA te herstellen.
"Omdat je een willekeurig herstelproces hebt om DNA weer bij elkaar te brengen, denk ik dat alles mogelijk is als je naar miljarden verschillende gebeurtenissen kijkt", zei Bradley.
Dus, wat betekent dit voor toekomstig CRISPR-onderzoek? Volgens Bradley mogen de bevindingen van deze studie CRISPR-Cas9 niet in diskrediet brengen als een veelbelovend instrument voor genetisch onderzoek, maar moeten wetenschappers voorzichtig zijn bij het overwegen van het gebruik van de tool voor genbewerking in een klinische setting..
Maria Jasin, een onderzoeker van Memorial Sloan Kettering Cancer Center die niet bij het onderzoek betrokken was, was het daarmee eens. "Deze studie toont aan dat verder onderzoek en specifieke testen nodig zijn voordat CRISPR-Cas9 klinisch wordt gebruikt", zei Jasin in een verklaring..