Wat maakt CRISPR zo revolutionair?

10 minuten leestijd

Wat maakt CRISPR zo revolutionair?

Dna

Je leest nu

Wat maakt CRISPR zo revolutionair?

    • Deel op

    • Gekopieerd
  • 31
  • 15435

CRISPR-Cas, een methode waarmee DNA gemodificeerd kan worden met ongekende precisie, heeft de wetenschap flink op zijn kop gezet. De mogelijkheden lijken enorm: van het bestrijden van malaria tot het creëren van varkens zo klein als een chihuahua. Waarom is CRISPR zo revolutionair en hoe werkt het precies?

Samengesteld door Bouwe van Straten en Valentijn van der Lende

Wat is CRISPR en hoe is het ontdekt?

Vaak hoor je over CRISPR spreken alsof het een techniek is, net als de stoommachine een uitvinding van de mens. Eigenlijk is het misschien beter om te spreken van een ontdekking. CRISPR staat voor: clustered regularly interspaced palindromic repeats. Die term mag je meteen weer vergeten, waar het om gaat is dat in het genoom van veel micro-organismen stukjes DNA zitten die zich steeds opnieuw herhalen, maar waarvan de functie aanvankelijk mysterieus bleef voor wetenschappers.

Met CRISPR-Cas kun je heel gericht knippen in het DNA van een cel. Zo kun je genen verwijderen die ernstige ziektes veroorzaken.

Die stukjes CRISPR worden in de jaren tachtig voor het eerst aangetroffen bij bacteriën. Later blijkt het om een afweermechanisme tegen virussen te gaan. Geen overbodige luxe voor bacteriën: virussen vermoorden elke dag miljarden en miljarden bacteriën.

In een ver evolutionair verleden ontwikkelen bacteriën een manier om zich daar tegen te beschermen: door stukjes virus-DNA op te slaan in hun eigen DNA. Deze CRISPRs zijn het geheugen van het afweersysteem. Zo kunnen ze hun belagers in het vervolg herkennen – ze hebben altijd een genetische ‘foto’ van de vijand bij zich.

Dit geeft de bacteriën een machtig wapen. Ze kunnen huurmoordenaars op pad sturen met een foto van de vijand, om de metafoor vol te houden. In praktijk gaat het om eiwitten die, gewapend met een stukje RNARNA is een DNA-achtige structuur die is afgeleid uit het virus-fragment in het CRISPR DNA  en die gebruikt wordt als "gids". , al het DNA in hun buurt kapot knippen dat lijkt op het stukje dat ze bij zich hebben.

Dat laatste tonen John van der Oost en zijn collega’s van Wageningen Universiteit & Research 10 jaar geleden voor het eerst aan. Ook blijkt het mogelijk om de CRISPR zodanig aan te passen dat je heel specifiek elk DNA-fragment kunt herkennen en knippen.

Dit pionierswerk in Wageningen draagt eraan bij dat wetenschappers het bacteriële afweersysteem kunnen gaan gebruiken om heel nauwkeurig veranderingen aan te brengen in elk DNA naar keuze. Niet alleen in bacteriën, maar ook in planten en dieren – en dus ook in mensen. Dat laatste doe je door de Cas-eiwitten op pad te sturen met materiaal dat een gen kan herkennen waarin een erfelijke afwijking voorkomt. Dat eiwit knipt in de buurt van de erfelijke afwijking je genoom open.

De bekendste van die moleculaire schaartjes is Cas9. Vandaar dat je vaak hoort spreken over CRISPR-Cas9. In dit artikel hebben we het vanaf nu over CRISPR-Cas.

Dat is de ene helft van de toepassing. Want als het ongewenste gen is opengeknipt, dan wil je natuurlijk die breuk repareren - met een stuk DNA waarin de fout is hersteld. Dit is waar de reparatietroepen van je DNA van pas komen. Als je het juiste gen in de buurt van de opengeknipte plek brengt, doen de reparatietroepen de rest van het werk: ze zetten het precies op de juiste plek.

Deze methode maakt het dus mogelijk om heel precies en efficiënt in het DNA te knippen en plakken. Jennifer Doudna is een van de wetenschappers die deze techniek voor het eerst heeft gebruikt om DNA in menselijke cellen aan te passen. De Kennis van Nu sprak met haar:

Diederik Jekel in gesprek met Jennifer Doudna, de ontdekster van CRISPR-Cas9.

Wat kun je doen met CRISPR?

CRISPR geeft ons de mogelijkheid om de evolutie van alle levensvormen op aarde aan te passen. Van het bestrijden van erfelijke ziektes en malaria, tot het creëren van geheel nieuwe dieren.

© Max Pixel

Het is mogelijk om de genen van dieren te manipuleren en zo 'nieuwe dieren' te creëren.

Omdat we kunnen opzoeken welke genen bij iemand stuk zijn, kunnen we die steeds beter gericht repareren. Volgens voortplantingsbioloog Sjoerd Repping kunnen we binnen korte tijd zelfs erfelijke ziektes verwijderen uit menselijke embryo’s. Bij Nieuwsuur vertelt hij over de mogelijkheden en welke risico’s er nu nog zijn. Zo bestaat nu nog de kans dat je ook per ongeluk een ander gen kapotmaakt. Toch verwacht hij dat de wetenschap de komende jaren grote stappen gaat maken.

Naast het repareren van genen, kun je ze ook vervangen door ‘betere’ genen. Hiermee zou je ook embryo’s kunnen aanpassen naar onze eigen wens: de designerbaby. Wil je bijvoorbeeld dat je kind sterkere botten heeft of een betere spiergroei? Of dat je kind een bepaalde oogkleur heeft? In theorie is het mogelijk. Althans, voor eigenschappen waar een enkel gen voor nodig is. Zo is het bijvoorbeeld nog te ingewikkeld om intelligentie aan te passen, omdat daarbij vele genen een rol spelen.

Wat zijn de bezwaren tegen het aanpassen van DNA?

Niet iedereen is voorstander van het sleutelen aan DNA. Een veelgehoord argument is dat je hiermee ‘voor God speelt’ en dat dit niet moet kunnen. Het grootste probleem volgens tegenstanders is dat je de gevolgen niet kunt overzien. Je verandert echte genen, maar hebt geen idee of dit consequenties heeft. Roept CRISPR-Cas bijvoorbeeld afweerreacties op bij mensen? We weten het niet. In de meeste landen is het daarom (grotendeels) verboden om aan menselijk DNA te sleutelen, met uitzondering van bijvoorbeeld China.

Toch wordt in steeds meer landen de wet verruimd. Zo is het sinds 2016 in Engeland legaal om embryo’s te bewerken voor wetenschappelijk onderzoek. Het is nog niet toegestaan om deze bewerkte embryo’s ook daadwerkelijk tot baby's te laten uitgroeien, maar de wetsverruiming maakt er wel de weg voor vrij. Ook in Nederland maken veel partijen, zoals de Gezondheidsraad, zich nu daarom hard om ook hier het genetisch bewerken van embryo’s te legaliseren.

Deel alinea

Uitleg over het ontstaan van een 'designer baby' en de voor- en tegenstanders van embryomodificatie. 

Iets vergelijkbaars gebeurde ruim zestig jaar geleden bij IVF. Ook daar was veel kritiek op, omdat de wetenschap voor God zou spelen. Inmiddels is de techniek echter breed geaccepteerd. Het is daarom niet ondenkbaar dat het aanpassen van DNA ooit wel legaal wordt en we aan de blauwdruk van het menselijk leven gaan sleutelen.

CRISPR in het kwadraat: wat zijn gene drives?

Het genetische gereedschap CRISPR-Cas maakt het mogelijk om niet alleen aan individuen, maar aan gehele populaties te sleutelen. Dat kan met behulp van de zogenoemde gene drives. Die gaan een flinke stap verder dan normale genetische modificatie. Waar de kans dat een aangebrachte mutatie wordt doorgegeven per generatie relatief klein is, wordt die met gene drives vele malen groter.

Deel alinea

Door een hele precieze mutatie op de geslachtscellen van een organisme aan te brengen, is het mogelijk om die mutatie aan vrijwel alle nakomelingen door te geven. Hierdoor kan een eigenschap zich in rap tempo blijvend door een hele populatie verspreiden. Vooral bij organismen die kort leven, kan een gene drive een populatie binnen relatief korte tijd voor goed veranderen.   

Wetenschappers zijn er al in geslaagd om met CRISPR-Cas9 een gene drive in te bouwen in muggen die hen ongevoelig maakt voor de malariaparasiet. Het resultaat: een populatie van malariamuggen die binnen een mum van tijd onschadelijk is voor de mens.

thumbnail
What are gene drives?

Gene drives are a radical new way of eliminating insect-borne disease such as Zika, dengue and malaria, by engineering the genetic makeup of entire species.

Het uitroeien van een ziekte als malaria klinkt als een droomscenario, maar er zit ook een mogelijke schaduwkant aan gene drives. Als de verandering zich door de hele populatie heeft verspreid, is die moeilijk terug te draaien en zijn de gevolgen op de lange termijn onduidelijk. Toch begint men in Burkino Faso met de eerste voorzichtige proeven om malaria aan te pakken met behulp van gene drive, zie je in De Kennis van Nu.

Diederik Jekel bezoekt een dorp in Burkina Faso waar gentechmuggen worden uitgezet. De hele aflevering bekijk je op NPO Start.

‘Het zou zomaar mogelijk zijn dat wanneer wij malaria uitroeien ineens een nog veel gevaarlijkere parasiet opkomt die tot nu toe onderdrukt werd. Dit kan consequenties voor het ecosysteem hebben’, stelt Niels Geijsen, hoogleraar Regeneratieve Geneeskunde aan de Universiteit Utrecht en werkzaam bij het Hubrecht Instituut.

Kun je met CRISPR uitgestorven dierensoorten tot leven wekken?

Met CRISPR-Cas is het misschien zelfs mogelijk om uitgestorven dieren weer tot leven te wekken. Althans, om ze te herscheppen.

Wetenschappers richten hun aandacht onder leiding van geneticus George Church inmiddels op het tot leven wekken van de mammoet. CRISPR-Cas maakt het mogelijk om de cellen van Aziatische olifanten aan te passen door er genen aan toe te voegen uit opgegraven mammoetkarkassen, afkomstig uit de arctische permafrost.

thumbnail
Scientist Tries To Bring The Woolly Mammoth Back From The Dead

Het doel hiervan is niet om perfecte kopieën van de gigantische harige wezens te maken, maar de olifanten in zoverre de karakteristieken van een mammoet te geven dat zij uiteindelijk in staat zijn om te leven in het ijzige klimaat van de toendra’s.

Church stelt in een interview met het Canadese medium CBC dat we zo deze regio weer in zijn oorspronkelijke staat van meer dan twaalfduizend jaar geleden kunnen brengen. Hierdoor zou de huidige drassige permafrost kunnen veranderen in een droge, koude steppe vol met gras. Door deze klimaatverandering zou het aantal donkere planten verminderen dat hitte absorbeert, wat volgens Church zal leiden tot een vertraging van het smelten van het Arctisch gebied.

Misschien kan de techniek in de toekomst ook zijn diensten bewijzen voor soorten die nu nog leven. Immers, een op de vier zoogdieren, een op de acht vogelsoorten en een op de drie amfibieën wordt met uitsterven bedreigd.

Je kunt deze techniek overigens niet gebruiken om elke uitgestorven soort tot leven te wekken. Om te beginnen is het van cruciaal belang dat er genoeg DNA over is gebleven van een uitgestorven soort. Daarnaast moet er een nauw-verwante soort zijn waarin het DNA ingebracht kan worden en moet deze soort zich voort kunnen planten. Ten slotte mag een soort niet langer dan 800.000 jaar geleden zijn uitgestorven, omdat er anders geen DNA is overgebleven. Het terugbrengen van bijvoorbeeld dinosauriërs zit er daarom niet in.

In het kort

  • CRISPR-Cas is een techniek waarmee je heel precies genen kunt wegknippen en vervangen door andere. Een soort copy-paste-mogelijkheid voor het DNA.

  • De techniek staat nog in de kinderschoenen, maar lijkt de mens de mogelijkheid te geven om de bouwtekening van alle levensvormen op aarde te herschrijven. Je kunt er niet alleen erfelijke ziektes mee behandelen, maar ook eigenschappen mee aanpassen.

  • Er is ook weerstand tegen CRISPR-Cas. De impact kan enorm zijn, en de gevolgen zijn moeilijk te overzien. Moeten we voor God willen spelen?

  • De zogenoemde gene drives zijn een soort CRISPR-Cas in het kwadraat. Je kunt er niet alleen de eigenschappen van een individu, maar zelfs van een hele populatie mee veranderen.

  • Een ander scenario is het opnieuw tot leven wekken van uitgestorven diersoorten. Bijvoorbeeld met mammoet-DNA dat is gevonden in de Russische permafrost.

Deel dit venster