CRISPR-Cas9 är ett enkelt och effektivt verktyg för genredigering. Med den kan man med stor precision förändra generna i olika levande organismer. Tekniken kommer ursprungligen från mikroorganismernas värld, där det fungerar som ett anpassningsbart immunförsvar.
Virus angriper prokaryoter, det vill säga bakterier och arkéer, genom att skicka in sin arvsmassa i dem. Ifall prokaryoten överlever attacken, och den har ett CRISPR/Cas-system, kan den infoga en del av virusets DNA i den så kallade CRISPR-delen av sin egen arvsmassa. Dessa sekvenser är alltså en typ av minnen från tidigare virusattacker. Även information om plasmider, korta ringformade DNA-sekvenser som kan vara skadliga för prokaryoter, sparas på det här sättet.
När ett virus eller en plasmid angriper en prokaryot som bär på information om viruset eller plasmiden i sin CRISPR-sekvens av arvsmassan, kan prokaryoten känna igen angriparens arvsmassa och försvara sig genom att skicka ut proteiner som oskadliggör den genom att helt enkelt klippa sönder den. Dessa proteiner kallas för Cas-proteiner. Vissa prokaryoter har komplicerade CRISPR/Cas-system som kräver många olika Cas-proteiner för klyvningen, medan andra (så kallade klass 2-system) endast kräver ett. System av klass 2 har endast observerats i bakterier men inte i arkéer.
För att Cas-proteinet ska hitta till den inkräktande arvsmassan i ett klass 2-system, krävs det två olika korta RNA-molekyler: crRNA och tracrRNA. Tillsammans formar de två RNA-molekylerna ett duplex som vägleder Cas-proteinet till det ställe i den angripande arvsmassan där klippet ska ske. 2012 lyckades forskarna Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna förenkla crRNA och tracrRNA till en enda RNA-molekyl, som kallas sgRNA (“single-guided RNA”). De visade också att de kunde ändra den på så sätt att de kunde få den att sikta in sig på vilken DNA-sekvens de ville, och få det hela att fungera i ett provrör. Gensaxen var skapad.
Gensaxen CRISPR-Cas9 består av två delar: sgRNA och Cas-proteinet Cas9, där sgRNA leder proteinet till platsen i en DNA-sekvens som ska klippas, och Cas9-proteinet genomför själva klippningen. Genom att ändra i sgRNA-sekvensen kan forskare bestämma precis var saxen ska klippa. Efter en genomförd klippning kan man antingen låta DNA-sekvensen laga sig själv, eller föra in en “mall” och låta den reparera sig själv utefter mallen. Det första alternativet leder i regel till att en gen stängs av och att dess funktion slås ut, medan det andra leder till en förändring i koden.
Gensaxen CRISPR-Cas9 har inneburit en revolution inom gentekniken. Detta beror framför allt på att tidigare utvecklade verktyg för genmodifiering har krävt att proteiner fungerar som adresslappar. Att skräddarsy nya proteiner är betydligt omständigare än att konstruera sgRNA-sekvensen i CRISPR-Cas9.
CRISPR-Cas9 kan användas som ett forskningsverktyg som ger forskare en bättre insyn i hur gener och olika organismer fungerar. Med den kan man också förändra organismers DNA med stor precision. Gensaxen har använts i ett stort antal typer av levande celler och man har på så sätt exempelvis lyckats framställa växter som tål torka och skadedjur bättre. De metoder man tidigare använt har ofta krävt införande av gener för antibiotikaresistens, vilket alltid medför risk för spridning av just antibiotikaresistens. Tekniken lär därför få stor betydelse i livsmedelsindustrin.
Gensaxen ger också forskarna nya möjligheter att utveckla nya eller effektivisera redan existerande behandlingar av olika sjukdomar. Exempelvis har man kunnat utveckla nya cancerterapier med hjälp av den. Många tror också att man med dess hjälp ska kunna bota ärftliga sjukdomar i framtiden.
Upptäckten av gensaxen presenterades 2012, och 2020 tilldelades Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna Nobelpriset i kemi för utvecklingen av den. Idag har flera versioner av gensaxen skapats.
All typ av genmodifiering väcker givetvis etiska frågor. Hur ska man ändra i arvsmassor på ett etiskt sätt? Var går gränserna? Det finns regelverk som reglerar vilka ändringar man får göra. En grundläggande princip är att man inte får redigera gener i mänskliga könsceller. En förändring ska alltså inte kunna överföras till kommande generationer. Det är också viktigt att komma ihåg att det kan bli fel när DNA-brottet som uppstått efter en klippning lagas, något som kan leda till oönskade mutationer.
CRISPR-Cas9 är ett verktyg för genmodifiering som utvecklats ur det anpassningsbara immunförsvar som går att finna hos en del bakterier och arkéer. Om man ser komplexet för vad det så populärt kallas för – en sax – är proteinet Cas9 saxens blad som klipper sönder DNA:t, och sgRNA:t saxens handtag som leder till platsen där klippningen ska ske. Saxen har gjort genetiska modifieringar och undersökningar av organismer lättare att göra och öppnat upp nya möjligheter inom en rad olika områden, och har på så sätt revolutionerat gentekniken.
Källor som användes i den här artikeln
Umeå Universitet; CRISPR-Cas9 – Genteknik för framtiden; https://www.umu.se/reportage/crispr-cas9-genteknik-for-framtiden/ , 2021-09-01.
Charpentier et al; Biogenesis pathways of RNA guides in archaeal and bacterial CRISPR-Cas adaptive immunity; National Library of Medicine ; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5965381/,
Gustafsson; A Tool for Genome Editing: Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2020; Nobel Prize ; https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-chemistryprize2020.pdf , 2021-09-01.