Tekst: Sigmund Berg | Illustrasjon: skjermdump fra www.sciencemag.org/YouTube
Når mennesker blir smittet av et virus for første gang, har vi lite å stille opp med. Noen av cellene våre greier kanskje å si ifra til naboceller eller immunceller om at de er smittet. Dette kan sette større deler av kroppen i sving for å bekjempe viruset. Hvis vi blir infisert av samme virus flere ganger, derimot, husker immunforsvaret vårt hvordan det bekjempet viruset sist, og bruker samme metode for å gjøre det igjen. Dermed blir det vanskeligere for viruset å smitte oss neste gang. Dette er en del av immunforsvaret som kan trenes opp, og er essensielt for de fleste pattedyrene. Men når bakterier blir infisert av virus, har de ikke et like bra immunsystem å stole på. I stedet har bakterier en annen fordel som mennesker og pattedyr ikke har. De kan nemlig arve mye av immunsystemet som deres bakterie-foreldre har greid å opparbeide gjennom lang trening. Denne delen av bakterienes immunforsvar kalles for CRISPR.
Immunsystemet er en trofévegg
CRISPR er en del av DNAet til mange bakterier. Denne biten med DNA ligner på en vegg med jakt-troféer, fordi bakterier lagrer DNA-sekvenser fra nedbekjempede virus i denne seksjonen av arvestoffet sitt. Troféene brukes til å kjenne igjen virus slik at bakterien kan ødelegge dem før de gjør skade. Dette blir gjort av et jeger-enzym som bakterien har. Dette jeger-enzymet, som ofte blir kalt for cas9, har med seg ett trofé av gangen og ser etter noe som ligner. Når enzymet finner en match, blir målet kuttet i to og ødelagt. Dette kan bety slutten på et inntrengende virus, og bakterien overlever.
Lag ditt eget trofé
Grunnen til at CRISPR er blitt århundrets oppdagelse er ikke fordi vi har vært så veldig nysgjerrige på bakteriers immunforsvar, men heller fordi forskerne bak oppdagelsen innså at de kunne manipulere jeger-enzymet til å ta opp en hvilken som helst DNA-sekvens. Med andre ord, med CRISPR kan forskere lage troféene på forhånd, slik at de kan dirigere jeger-enzymet dit de vil.
De gamle jegerne kan pensjoneres
Vi har visst om og brukt andre typer jeger-enzymer før, men til forskjell fra CRISPR kunne vi ikke bytte ut troféet de leter etter. Disse jeger-enzymene har vært nyttige i lang tid. Likevel er de slitsomme å bruke, nettopp fordi man ikke kan bytte ut troféet deres, og endre hvilken DNA-sekvens de kutter ved. Vi er derfor fullstendig avhengige av at denne sekvensen faktisk finnes i DNA-biten vi vil kutte i. Det er heller ikke sikkert at denne sekvensen er plassert på et sted der det er praktisk å kutte. Kanskje kuttet havner i midten av et annet gen, eller ødelegger for kopieringen av DNA. Med CRISPR kan man unngå slike problemer. I tillegg kan CRISPR gjøre mye mer enn bare å kutte i DNA.
Jakter på Huntingtons
CRISPR er et stort system. Det består av både bitene med virus-DNA, jeger-enzymer og enzymer som tar troféene med hjem. Det finnes en del forskjellige jeger-enzymer, og disse gjør litt forskjellige ting. Det er derfor mulig å for eksempel bytte ut enkeltbaser i DNA, og man kan kutte eller sette inn gener. Det finnes også CRISPR-enzymer som kutter i RNA, i stedet for DNA. Dette innebærer at arvestoffet ikke blir endret permanent, fordi det skjer utenfor selve arvestoffet. Dette kan brukes i en behandling mot flere sykdommer, som for eksempel Alzheimers og Huntingtons sykdom.
Rot med patentrettigheter
I starten av denne teksten ungikk jeg å nevne noe om hvem som oppdaget CRISPR og dets bruksområder. Det er gjerne Jennifer Doudnas gruppe ved University of California, Berkeley som får æren for dette. De innså potensialet, og søkte kjapt om patentrettigheter. Like etter var det noen forskere fra the Broad Institute, et samarbeid mellom MIT og Harvard, som også så potensialet til CRISPR. The Broad Institute søkte så om patentrettigheter, men de søkte derimot om færre patentrettigheter enn UC Berkeley, og dermed ble deres sak behandlet først .Dermed fikk the Broad Institute innvilget patentet de hadde søkt om. UC Berkeley gjorde som amerikanere er kjent for, og saksøkte The Broad Institute. Det er her snakk om mye penger, og rettsaken har allerede pågått en god stund. Flere firmaer som vil bruke CRISPR har funnet ut at de ikke vil la denne rettsaken stå i veien for utviklingen, og har derfor betalt royalties til både UC Berkeley og the Broad Institute.
CRISPR til industri
Det er helt tydelig at CRISPR har potensiale til å revolusjonere genteknologien, men utvikling tar tid. Det trengs investorer, forskning, utvikling og godkjenning fra myndigheter, før man i det hele tatt kan teste det man har utviklet! Derfor har vi enda ikke sett så mange resultater av CRISPR utenfor forskning. CRISPR vil også gjøre det lettere å lage genmodifiserte organismer. Dette åpner forhåpentligvis for mye innovasjon på feltet, og har allerede bidratt til at Bioteknologirådet har gått inn for å myke opp reguleringen av genteknologiloven her i Norge.
Gendrivere til unnsetning?
Et av bruksområde til CRISPR er ikke blitt nevnt så mye i media. Dette på tross av at det er denne teknologien som er nærmest ferdig bruk sammenlignet med de andre CRISPR-teknologiene, og kan ha størst påvirkning på verden. Denne teknologien kalles for en gendriver. Med gendrivere kan man for eksempel spre infertilitet eller resistens mot sykdommer i en hel populasjon på kort tid. Det har blitt foreslått å gjøre en mygg-art infertil, fordi denne myggen sprer malaria. Dette vil forhåpentligvis utrydde sykdommen. I fagmiljøet har dette blitt en vanskelig problemstilling. Skal man utrydde en art for å kanskje utrydde en sykdom? Kanskje denne arten er maten til en fugl eller fisk? Hva om det vil påvirke hele økosystemer? Hvis noe går feil, kan i ytterste konsekvens hele økosystemer kollapse. Gendrivere kan også spre seg over landegrenser. Dermed er dette en beslutning som må tas av myndighetene i mange forskjellige land, ikke bare ett. England har foreslått å bruke en versjon av denne metoden for å skaffe seg kontroll over rottene i landet. Andre land har derimot sagt at de er redde for at rottene likevel skal greie å spre seg, og i ytterste konsekvens utrydde hele arten.
Å arve utryddelse
Gendrivere fungerer ved at man setter inn et jeger-enzym i nærheten av et gen som man ønsker å spre i en populasjon. Når dette genet så arves vil jeger-enzymet følge med, og det vil ødelegge den versjonen av genet som man arver fra den andre forelderen, som vi ikke ønsker skal spre seg. Dette fungerer fordi de aller fleste arter har to kjønn der begge trengs for å lage avkom og avkommet arver en versjon av nesten alle gener fra hver forelder. Jeger-enzymet er i dette eksempelet på forhånd gitt et trofé som ligner på en sekvens som ligner på dette genet. Dermed vil jeger-enzymet ødelegge den uønskede versjonen, og cellen vil reparere ved å kopiere det genet som man ønsket å spre. Dermed kan man nærmest garantere at dette genet blir arvet hver gang.
CRISPR er fremtiden
Oppdagelsen av CRISPR er et resultat av grunnforskning, forskning kun for forskningens skyld. Ingen hadde sett for seg at forskning på bakteriers immunsystem hadde potensiale til å revolusjonere bioteknologi. Dette viser hvorfor grunnforskning er viktig, fordi noen ganger fører det til slike oppdagelser. Potensialet til CRISPR er så stort at det allerede har startet flere etiske debatter, blant annet om «designer-babyer», selv om dette i praksis er tilnærmet umulig, også i fremtiden. Det er likevel enkelt å se at CRISPR er fremtiden, både for bioteknologi og for medisin. Det kommer til å påvirke deg òg, kjære leser!
Sigmund Berg (@freud_fjell) ville egentlig bli musiker, men innså at han trengte mer celler og gener i livet sitt, så nå holder han på med en mastergrad i molekylærbiologi.
