De veelbelovende methode om genen aan te passen, lijkt een potentieel gevaarlijke keerzijde te hebben.
Daarvoor waarschuwen wetenschappers in het blad Nature Methods.
Knip, knip
De medische wereld is er vol van: CRISPR. Het is een technologie die gebruikt kan worden om DNA te bewerken. Heel concreet kan men de methode gebruiken om specifieke genen uit te schakelen of ‘foute’ genen te vervangen. Hoe werkt het precies? Nou, de methode is voor ons mensen misschien vrij nieuw, maar bacteriën gebruiken deze al heel lang om zich te beschermen tegen virussen. Zodra een virus een bacterie binnendringt, integreert de bacterie het DNA van het virus in een bijzondere DNA-sequentie. Deze DNA-sequentie wordt Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats genoemd. Kortweg: CRISPR. Vervolgens maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van het DNA van het virus bevat. Dat RNA wordt opgenomen door een enzym dat kortweg Cas wordt genoemd en staat voor CRISPR-associated proteins. Deze enzymen laten zich door het RNA – dat ook wel guide-RNA wordt genoemd – naar het virus loodsen. Eenmaal daar aangekomen, knipt het enzym het DNA van het virus in stukjes, waardoor dat virus er niet meer in slaagt om zich te vermenigvuldigen.
Wenselijke DNA-sequentie
Heel slim van die bacteriën. Maar wat hebben wij daaraan? Nou, het mooie is dat Cas-enzymen niet alleen DNA van virussen in stukjes kunnen knippen. De enzymen blijken in feite het DNA van elk organisme te kunnen knippen en onderzoekers kunnen heel precies bepalen waar het DNA kapot wordt geknipt door Cas het ‘guide-RNA’ mee te geven. Dit RNA loodst het enzym naar een specifiek stukje DNA. Zodra het enzym dat stukje DNA heeft geknipt, zal de cel proberen om het DNA te repareren, maar vaak worden daarbij fouten gemaakt en ontstaan mutaties die ervoor zorgen dat het gen niet meer functioneert. Zo kan een specifiek gen dus vrij gemakkelijk worden uitgeschakeld. Maar de methode kan niet alleen gebruikt worden om genen uit te schakelen: men kan deze ook gebruiken om een ‘fout’ stukje DNA te vervangen. In dat scenario geven onderzoekers het guide-RNA een stukje DNA mee. Zodra het DNA doormidden is geknipt, kan dit stukje DNA ertussen worden geplakt, zodat een wenselijke DNA-sequentie ontstaat.
Enthousiasme
Zoals gezegd zijn veel wetenschappers laaiend enthousiast over CRISPR. Omdat met deze methode specifieke genen uitgeschakeld kunnen worden, is het mogelijk om de rol van genen bij bepaalde aandoeningen te achterhalen. Velen hopen bovendien dat CRISPR leidt tot betere gentherapiën waarbij foute genen gewoon verwijderd of vervangen kunnen worden. De eerste klinische onderzoeken waarbij CRISPR wordt ingezet, staan reeds op stapel in China. En de VS volgt binnenkort. Maar onderzoekers komen nu met een waarschuwing: CRISPR heeft een keerzijde. Eentje die we grondig moeten onderzoeken alvorens we de methode omarmen.
Onbedoelde mutaties
Zoals uitgelegd kan CRISPR de pijlen richten op een specifiek stukje DNA. Maar soms pakt de methode – onbedoeld – ook andere delen van het genoom aan. Wetenschappers zijn zich daar al een tijdje van bewust en zoeken ook actief naar die onbedoelde mutaties. Ze doen dat met behulp van computeralgoritmes. Deze algoritmes helpen de onderzoekers om gebieden op het genoom te identificeren die de grootste kans lopen om onbedoeld door CRISPR te worden aangetast. Die gebieden worden vervolgens verder onderzocht: gekeken wordt of deze inderdaad veranderen wanneer CRISPR bijvoorbeeld op weefsel in een petrischaaltje wordt losgelaten. “Deze voorspellende algoritmes lijken goed werk te verrichten wanneer CRISPR wordt uitgevoerd in cellen of weefsels in een schaaltje,” vertelt onderzoeker Alexander Bassuk. Maar hoe zit dat wanneer CRISPR wordt losgelaten op complete organismen, bijvoorbeeld muizen?
Muizen
Bassuk en collega’s namen de proef op de som. Ze bestudeerden het genoom van muizen dat met behulp van CRISPR was aangepast. Ze moesten vaststellen dat de genome editing-methode erin geslaagd was om een gen dat blindheid veroorzaakte, te corrigeren. Maar daarnaast bleek CRISPR in de genomen van twee muizen meer dan 1500 enkel-nucleotide mutaties en meer dan 100 grotere verwijderingen en invoegingen te hebben veroorzaakt. Geen van deze mutaties waren gepland. En geen van deze mutaties werden voorspeld door de computeralgoritmes die wetenschappers zo vaak gebruiken om te zoeken naar onbedoelde veranderingen ten gevolge van CRISPR. “Wetenschappers die niet het gehele genoom bestuderen wanneer ze zoeken naar onbedoelde effecten, kunnen wel eens mogelijk belangrijke mutaties missen,” vertelt onderzoeker Stephen Tsang. “Zelfs een enkel-nucleotide die veranderd is, kan een grote impact hebben.”
Enthousiast
Welke impact de onbedoelde mutaties precies hebben, blijft voor nu koffiedik kijken. Zo op het eerste gezicht was er namelijk niets mis met de bestudeerde muizen. “We zijn nog steeds enthousiast over CRISPR,” benadrukt onderzoeker Vinit Mahajan. “We zijn artsen en we weten dat elke nieuwe therapie enkele mogelijke bijwerkingen heeft – maar we moeten ons ervan bewust zijn wat voor bijwerkingen dat zijn.”
Op dit moment werken wetenschappers hard om de verschillende componenten van het CRISPR-systeem – het knippende enzym en het guide-RNA – te verbeteren, zodat de methode efficiënter wordt. De onderzoekers hopen dat hun studie deze wetenschappers aanzet om ook eens te kijken naar de bijwerkingen van de methode en toe te werken naar een veilige toepassing van CRISPR waarbij zo min mogelijk onbedoelde mutaties ontstaan.
