In het ISS hebben astronauten de gentechniek gebruikt om DNA op een specifieke wijze te beschadigen.

CRISPR/Cas9 is een techniek waarmee het mogelijk is om DNA op specifieke plaatsen aan te passen. Tot voor kort vonden experimenten met deze veelbelovende gentechniek (zie kader) alleen op het aardoppervlak plaats, maar daar is nu verandering in gekomen. NASA heeft bekend gemaakt dat astronauten aan boord van het ISS voor het eerst met de CRISPR/Cas9-techniek hebben geëxperimenteerd. De astronauten gebruikten de gentechniek om cellen van Saccharomyces cerevisiae, ook wel biergist genoemd, aan te passen.

CRISPR/Cas9 is een techniek die het mogelijk maakt om specifieke genen uit te schakelen. In zekere zin hebben we de gentherapie te danken aan bacteriën, die het CRISPR-Cas-systeem gebruiken om zich tegen virussen te beschermen. Dat gaat zo: zodra een virus (bacteriofaag) een bacterie binnendringt, verwerkt de bacterie het DNA van het virus in een bijzondere DNA-sequentie die CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) wordt genoemd. Vervolgens maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van het DNA van het virus bevat. Dat RNA wordt opgenomen door een enzym dat Cas wordt genoemd (een afkorting voor CRISPR-associated proteins). Deze enzymen laten zich door het RNA (dat ook wel guide-RNA wordt genoemd) naar het virus loodsen. Zodra Cas bij het virus is aangekomen, knipt het enzym het DNA van het virus in stukjes, waardoor het zich niet langer kan vermenigvuldigen. Wanneer onderzoekers deze gentherapie toepassen, zetten ze die Cas-enzymen in om (geleid door guide-RNA) een knip te zetten in een specifiek stukje DNA. Zodra het enzym een specifiek stukje DNA heeft opgeknipt, zal de cel waarin dat DNA zich bevindt, proberen om dat DNA te repareren. Maar vaak gaat dat mis en ontstaan mutaties waardoor het gen dat uit dat betreffende stukje DNA is opgebouwd niet meer functioneert. Zo kan CRISPR/Cas9 ingezet worden om specifieke genen uit te schakelen. Daarnaast is het op vergelijkbare wijze ook mogelijk om ‘foute’ stukjes DNA te vervangen. In dat geval geef je het guide-RNA een alternatief stukje DNA mee dat zodra het Cas-enzym een knip heeft gezet in het DNA, op die plek kan worden ingevoegd.

De astronauten aan boord van het ISS zetten de CRISPR/Cas9-technologie in om het DNA van S. cerevisiae op specifieke plekken te beschadigen. Vervolgens bieden ze het gist de mogelijkheid om de DNA-beschadigingen te herstellen en kijken ze of de reparatiewerkzaamheden goed zijn verlopen of dat er fouten zijn gemaakt. “De beschadiging vindt plaats in het ruimtestation en de analyse ook,” aldus onderzoeker Emily Gleason. “We willen zo achterhalen of DNA-reparatiemechanismen in de ruimte anders werken dan op de aarde.”


Het is – helaas – geen overbodige luxe. Want juist in de ruimte kan DNA relatief gemakkelijk beschadigd raken door toedoen van kosmische straling: hoogenergetische straling waarvan we hier op aarde – dankzij de aardatmosfeer – weinig te vrezen hebben, maar die ronduit gevaarlijk is voor astronauten. De straling kan namelijk met name tijdens langer durende ruimtemissies DNA-beschadigingen veroorzaken die weer leiden tot kanker. Meer inzicht in hoe organismen die DNA-beschadigingen in de ruimte proberen te repareren, kan wellicht helpen om astronauten tegen de kwalijke gevolgen van mutaties beschermen. “We verwachten te zien dat het gist de foutloze methode om het DNA te repareren vaker gebruikt,” aldus Gleason. “Dat is namelijk wat we op aarde zien. Maar we weten niet zeker of het (in de ruimte, red.) net zo zal werken of niet. Uiteindelijk kunnen we deze kennis gebruiken om astronauten te beschermen tegen DNA-beschadigingen veroorzaakt door kosmische straling en genome editing in de ruimte mogelijk te maken.”