Genschaar wijzigt genen.

CRISPR knipt ziekten weg

CRISPR kan genen van planten, dieren en mensen manipuleren. Daarmee kan de genschaar allerlei ziekten de wereld uit helpen. Maar de angst voor designbaby’s ligt op de loer.

CRISPR kan genen van planten, dieren en mensen manipuleren. Daarmee kan de genschaar allerlei ziekten de wereld uit helpen. Maar de angst voor designbaby’s ligt op de loer.

Shutterstock

Wat is CRISPR?

CRISPR is een genetisch instrument waarmee wetenschappers goedkoop, efficiënt en nauwkeurig genen in elk organisme kunnen wijzigen.

CRISPR staat voor ‘clustered regularly interspaced short palindromic repeats’, en bestaat uit kopieën van virusstukjes in het DNA van bacteriën. Bacteriën gebruiken ze om kwaadaardige virussen mee te herkennen.

Zodra het schadelijke virus is geïdentificeerd, vernietigen de bacteriën het virus met het enzym Cas9, dat het virus door kan knippen en zo onschadelijk maken.

CRISPR werd al in 1987 bij toeval ontdekt door een groep Japanse wetenschappers. Pas in 2012 werd echter duidelijk wat het potentieel is van het ingebouwde antivirussysteem van de bacterie.

De biochemici Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier uit de VS en Frankrijk toonden aan dat CRISPR kan worden geherprogrammeerd om genen van planten, dieren en mensen te veranderen.

Sinds de doorbraak is de CRISPR-technologie wereldwijd in meer dan 300.000 wetenschappelijke experimenten gebruikt. Dit heeft geleid tot een hele nieuwe wereld van wetenschappelijke doorbraken – en een hele reeks ethische dilemma’s.

VIDEO: CRISPR’s moeder duikt in haar uitvinding

Hoe werkt CRISPR?

CRISPR bestaat uit twee basisonderdelen.

Het eerste is een keten van informatie, een RNA-molecuul, waarin de volgorde van de zogeheten RNA-basen overeenkomt met de DNA-basen van het gen dat de onderzoekers willen wijzigen.

Het tweede is een eiwit, Cas9, dat aan het RNA-molecuul wordt gebonden en als een schaar werkt.

De twee instrumenten worden geïnjecteerd in de cellen met het te veranderen gen. Het RNA-molecuul zoekt het gen op en Cas9 knipt het door.

De cel probeert dan het gen weer correct in elkaar te zetten, maar dit gaat vaak fout, waarmee het gen vernietigd en uitgeschakeld wordt. Dus door een ziekteverwekkend gen door te knippen, kunnen onderzoekers het uitschakelen.

Als ze een gen willen corrigeren of toevoegen, kunnen de onderzoekers nog een derde element in hun CRISPR-instrument opnemen.

Dit is een klein stukje DNA met de sequentie die onderzoekers in het gen willen inbrengen. Dit zogeheten donor-DNA wordt in het gen opgenomen nadat Cas9 het DNA van het gen in tweeën heeft geknipt.

CRISPR is een microscopisch klein instrument: een schaar, een speurhondje en een sjabloon. Samen kunnen ze genen repareren die ziekten dragen.

RNA loodst genschaar naar DNA.
© Claus Lunau/Lotte Fredslund

RNA loodst schaar naar DNA

Met CRISPR-Cas9 (blauw) kunnen onderzoekers mikken op een bepaalde plek in het DNA. Dit doen ze met speciaal ontworpen RNA – vergelijkbaar met DNA – dat overeenkomt met de sequentie in het te verwijderen DNA.

Enzymschaar knipt DNA-streng door.
© Claus Lunau/Lotte Fredslund

Enzymschaar knipt DNA-streng door

Het enzym Cas9 (geel) werkt als een schaar. Zodra het RNA de schaar naar zijn doel in de DNA-sequentie heeft geleid, knipt het enzym de streng door waar de onderzoekers nieuw erfelijk materiaal willen inbrengen.

Sjabloon levert nieuwe code.
© Claus Lunau/Lotte Fredslund

Sjabloon levert nieuwe code

De cel begint de schade te herstellen door het DNA rond het gat te vervangen. Als onderzoekers willen dat het nieuwe DNA bepaalde eigenschappen heeft, kan CRISPR ook een sjabloon leveren dat lijkt op het vervangen DNA. De cel zal aan de hand van de sjabloon een nieuwe code in het DNA invoegen.

Wat kan CRISPR?

In laboratoria wereldwijd onderzoeken duizenden wetenschappers hoe CRISPR kan worden gebruikt om een aantal van onze ergste ziekten uit te roeien.

Muisproeven laten goede resultaten zien bij het onschadelijk maken van kankercellen met behulp van de genschaar, en ook is het hiv-virus uit proefmuizen verwijderd met CRISPR.

In 2020 werd een doorbraak geboekt toen CRISPR voor het eerst rechtstreeks in het menselijk lichaam werd gebruikt. Dit gebeurde in een poging om de erfelijke en ongeneeslijke oogziekte amaurosis congenita van Leber te genezen.

Tijdens de proef druppelden onderzoekers CRISPR-technologie achter de netvliezen van geselecteerde patiënten.

Het doel was om de CRISPR-schaar de schadelijke mutatie uit het gen te laten knippen, zodat het zicht langzaam zou worden hersteld.

Dire maanden later onderzochten de wetenschappers hun patiënten opnieuw en stelden ze vast dat 78 procent met beide ogen beter kon zien.

Welke ethische dilemma’s roept CRISPR op?

CRISPR krijgt echter niet alleen maar applaus.

In januari 2015 kwamen vooraanstaande biologen bijeen voor een spoedvergadering over het potentieel van genetische manipulatie om menselijk DNA te manipuleren.

‘We willen met klem waarschuwen tegen pogingen om genen in menselijke cellen te wijzigen voordat de sociale, milieu- en ethische aspecten grondig zijn bediscussieerd,’ schrijven de biologen in een open brief.

De Chinese wetenschapper He Jiankui hield zich echter Oost-Indisch doof.

In 2018 kondigde hij aan dat hij als eerste ter wereld menselijke genen had gewijzigd met CRISPR: de genen van twee tweelingmeisjes terwijl het nog eencellige organismen waren.

De procedure werd wereldwijd veroordeeld, en in 2020 stuurden de Chinese autoriteiten He Jiankui voor drie jaar naar de gevangenis wegens ‘illegale medische praktijken’.

De Chinese onderzoeker He Jiankui

He Jiankui werd tot drie jaar gevangenisstraf veroordeeld wegens onethische experimenten met CRISPR.

© Shutterstock

Jennifer Doudna, een van de twee wetenschappers die CRISPR in 2012 omtoverden tot een flexibele genschaar, is zowel trots als doodsbang voor het instrument dat zij wetenschappers in handen heeft gegeven.

In 2017 vertelde ze tegen de Amerikaanse krant Los Angeles Times: ‘CRISPR is beschikbaar voor mensen over de hele wereld, wat fantastisch en verontrustend tegelijk is, want hoe houd je zoiets in de hand?’

CRISPR kan varkens veranderen in orgaandonoren

Orgaantransplantaties redden elk jaar duizenden levens. Maar de wachtlijst van mensen die een nieuwe nier, long of hart willen, is lang.

Alleen al in de VS wachten 107.000 mensen op een nieuw orgaan, en veel patiënten sterven voordat zij een donororgaan ontvangen.

In de toekomst kan het tekort aan orgaandonoren verleden tijd zijn.

Wetenschappers onderzoeken momenteel de mogelijkheid om met CRISPR varkens als menselijke orgaandonoren te gebruiken.

Varkens in hok

CRISPR kan varkensorganen bruikbaar maken voor mensen.

© Shutterstock

Organen van mensen en varkens lijken sterk op elkaar en het idee om bijvoorbeeld een gezond varkenshart in een menselijk lichaam in te brengen, is verre van nieuw.

Het probleem is dat ons immuunsysteem varkensorganen afstoot. Dit komt doordat het immuunsysteem varkenscellen als vreemd beschouwt omdat hun oppervlak andere eiwitten bevat.

Met CRISPR kunnen wetenschappers de genen die alarmerende eiwitten op het celoppervlak produceren, vernietigen, waardoor varkenscellen onzichtbaar worden voor ons immuunsysteem.

Naar schatting zijn er echter ten minste 13.000 veranderingen in het DNA van het varken nodig voordat het dier kan fungeren als orgaandonor voor mensen.