Wat maakt CRISPR zo revolutionair?

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 RNA, 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. Wetenschapsprogramma De Kennis van Nu sprak met haar:

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.

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.

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.

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.

‘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.

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.