CRISPR

Opprinnelig funksjon er en del av immunsystemet i bakterier, men etter oppdagelsen har blitt utviklet til en molekylærbiologisk metode til å foreta endringer i et genom på spesifikke forhåndsvalgte steder i nukleinsyresekvensen. En form for styrt "gensaks" som kan editere i genomet. 

CRISPR – bakterienes forsvar mot bakterievirus

Man oppdaget at i genomet til bakterier var det en CRISPR-region med klynger med repetert DNA jevnt spredt med palindrom form slik at de kunne avleses i begge retninger, og atskilt av DNA-spacere mellom de repeterte. Og hva var opprinnelsen ? Jo, biter av DNA fra bakteriofager som tidligere hadde infektert bakterien ble satt inn mellom de reperte sekvensene som en huskelapp for seinere bruk. En nuklease kalt cas (CRISPR-assosidert protein) kjenner igjen og kutter DNA fra bakteriofagen. 

CRISPR (klynge regulert-spredt korte repeterte palindromsekvenser/ Cas9 (CRISPR assosiert protein 9)  beskytter bakterier og arkebakterier mot fremmede nukleinsyrer fra  bakteriofager (virus som angriper bakterier) eller uønskede plasmider (sirkulære nukleinsyrer som ikke er en del av bakterienes ordinære kromosom). CRISPR/Cas9 er en del av bakterienes ervervede immunsystem som de anvender for å kjenne igjen tidligere nukleinsyreangrep. De repeterte palindromene er atskilt av korte ikke-kodende sekvenser som har opprinnelse fra genomet til tidligere bakteriofagangrep. CRISPR/Cas9  lager dobbelttrådkutt i de fremmende nukleinsyrene og uskadliggjør dem.

Systemet har store likhetstrekk med RNA-interferens (RNAi) hos eukaryoter. Man fant i bakteriens DNA uvanlige repeterte sekvenser med lik lengde , og regulert spredt i genomet med faste mellomrom. Bakterien tar vare på en liten bit av bakteriofagens gensekvens og plasserer det i sitt eget DNA som en hukommelse om virusangrepet, og bruker det til beskyttelse mot nye infeksjoner fra det samme viruset. Bakterienes forsvarssystem CRISPR/Cas9, oppdaget i 1987 tarmbakterien Escherichia coli, seinere isolert fra streptokokkbakterien Streptococcus pyogenes, har blitt molekylærbiologenes nye verktøy for med stor presisjon å kunne modifisere og redigere DNA fra levende celler i bakterier, sopp, dyr og planter.

Denne lagrete informasjonen oversettes til crispr-RNA (crRNA), en type RNA, og med hjelp fra crRNA kan Cas9  i cellen bli guidet og ledet fram til virusDNA. Cas9 er en RNA-styrt er en biologisk enzymatisk saks, en DNA-endonuklease som bryter fosfor-diesterbindinger i nukleinsyrer. Cas9 tvinner opp det fremmede DNA og undersøker om det har likhetstrekk med kjente nukleotidsekvenser fra bakteriofager bakterien har vært i kontakt med. Har det likhetstrekk med de komplementære crRNA-styrte sekvensene, så kutter enzymet bakteriofag-DNA i biter på spesifikke steder. Det blir brudd i begge DNA-trådene på steder bestemt av RNA-styringssekvensen. Det kan gi mutasjoner, eller med rekombinasjon kan man sette inn nye gener i en organisme ved bruddstedet. Cas9 kan også bli brukt til å identifisere bestemte deler av genomet hvor det binder seg, men ikke kutter i nukleotidsekvensen.  

CRISPR/Cas9 vil i første omgang ikke erstatte vanlige genmodifiseringsteknikker, men det er et nyttig verktøy til raskt å identifisere gener med en spesiell egenskap. Det gjør det mulig å slå ut gener og lage ”knock-out” mutanter.  I hullet som Cas9 lager kan det ligeres inn andre gener. 

Emmanuelle Charpentier. Jennifer Doudna, og Virginius Siksnys motto Kavli-prisen i nanovitenskap 2018 for oppdagelsen av CRISPR, men her er det mange interessenter, patentrettigheter og kommersielle interesser i kulissene.

Etikk, CRISPR-teknologi og genredigering

Som med alle nye teknologiske nyvinninger dukker det opp etiske dilemmaer og spørsmålstegn. Teknikkene utvikler seg raskt. Det er allerede funnet CRISPR-Cas som også kutter i RNA på spesifikke steder, tenkt anvendt i bekjempelse av sykdomsfremkallende RNA-virus hos mennesker, dyr og planter. Hvordan skal man hindre at CAS begynner å kutte på uønskede steder i DNA eller i RNA ? Sannsynligvis vil cellen forsøke å reparere slike kutt. Blir planter hvor man bare har skrudd av et gen ved å kutte i det, uten å sette inn et annet gen, bli karakterisert som en genmodifisert plante ? I Europa er det en utbredt skepsis til genmodifiserte planter. Vil en CRISPR-modifisert plante på kjøkkenbenken bli møtt med samme skepsis ? Av spesiell interesse er ”knock-out” mutanter for å lage gendrivere hvor gener som er vitale for reproduksjon av organismen er blitt kuttet og  avskrudd. Evolusjonen sørger for at ethvert forsvarssystem som en vert konstruerer vil bli forsøkt omgått av den angripende inntrengeren eller sykdomsfremkallende (patogene) organismen. Det er rimelig å anta at det eksisterer bakterievirus (bakteriofager) som har en mutasjon  som laget et motmiddel  mot CRISPR-Cas systemet. Enten det er utvikling av antibiotikaresistens eller resistens mot kjemiske midler i forbindelse med malaria eller lakselus vil ethvert seleksjonspress gi evolusjon av en egenskap  som gir tilpasning (adapsjon) og overlevelse av den sykdomsfremkallende invaderende organismen, et evolusjonært rustningskappløp ("Rød dronning hypotesen").  

Emmanuelle Charpentier og Jennifer A Doudna fikk nobelprisen i kjemi 2020 for «utviklingen av metoden for genomeditering».

Tilbake til hovedside

Publisert 30. aug. 2018 13:23 - Sist endret 8. okt. 2020 11:17