Urdrag ur Ulf Ellerviks bok Ursprung om CRISPR
Det är som att laga ett punkterat däck, snarare än att sätta på ett femte hjul på din bil.
– Fyodor Urnov
Även yoghurt kan bli förkyld. Ja, inte med snuva och hosta förstås men det är onekligen så att även bakterier kan bli infekterade av virus. Virus som specialiserat sig på att angripa bakterier kallas för bakteriofager, men i ärlighetens namn skulle jag tro att du rätt sällan funderar över bakteriers väl och ve. Det är dock dags att tänka om, för infekterad yoghurt la grunden till en av mänsklighetens kanske mest omdanande vetenskapliga upptäckter, en upptäckt som kan leda hur långt som helst, eller, enligt dess belackare, till en alldeles för tidig domedag.
Det hela började runt millennieskiftet i USA, på det danska företaget Danisco. Bland mycket annat sysslade Danisco med mejeriprodukter och då företrädesvis bakteriekulturer till yoghurt och ostframställ- ning. För att göra yoghurt krävs bakterier som kan omvandla laktos till mjölksyra och en massa andra ämnen som ger syrlighet och smak. Oftast används båda eller någon av bakterierna Lactobacillus bulgaricus och Streptococcus thermophilus. Ibland infekteras dock bakterierna av virus, vilket leder till sämre smak och produkterna måste ofta kas- seras. Runt år 2000 inledde man därför ett forskningsprojekt på Danisco för att bättre förstå varför vissa bakteriekulturer drabbades av infektioner medan andra klarade sig. Man utnyttjade de nya metoder som fanns för att bestämma DNA-sekvenserna i bakterierna. Nu gjorde man en synnerligen intressant upptäckt. Man hittade nämligen specifika, relativt korta DNA-sekvenser som återkom gång på gång i arvsmassan och de var avskilda av till synes slumpartade sekvenser. Man döpte dessa specifika sekvenser till CRISPR, en förkortning av clustered regularly interspaced short palindromic repeats.* I anslutning till CRISPR fanns också gener som kodade för bestämda proteiner och dessa döptes till cas (CRISPR associated).
När forskarna tittade närmare på de till slumpmässiga sekvenserna gjorde de en spektakulär upptäckt. Det visade sig att de kodade för DNA som hade sitt ursprung i de virus bakterierna blivit infekterade av tidigare. Det verkade faktiskt som om bakterierna sparade på minnen från virus i form av korta DNA-sekvenser som dessut- om var snyggt och prydligt kronologiskt ordnade. Genom att avläsa CRISPR-regionen kan man alltså se vilka virus som bakterien träffat på tidigare.** Dessutom visade det sig att bakterierna kunde använ- da de korta DNA-snuttarna tillsammans med ett enzym vid namn cas9 för att känna igen och förstöra virus. Systemet fungerar som ett primitivt immunförsvar. Ifall en bakterie blir infekterad av ett virus produceras korta snuttar av RNA från bakteriernas DNA-bib- liotek och ifall RNA-sekvensen passar ihop med DNA-sekvenser i viruset, klipps virusets DNA itu av cas9 vilket stoppar infektionen. På ett sätt är faktiskt systemet mer sofistikerat än vårt eget immun- försvar eftersom det ligger insprängt i arvsmassan och därför förs vidare till nästa generation. Med denna upptäckt som grund bör- jade man utsätta yoghurtbakterier för olika virus i syfte att skapa superbakterier som inte infekteras av virus. Man skulle kunna säga att bakterierna vaccinerades. Idag har det största företaget, DuPont,*** en samling av mer än 6 000 olika varianter – vilket täcker de flesta infektioner.
Vid samma tid som forskarna på Danisco publicerade sina rön kring CRISPR arbetade den franska forskaren Emmanuelle Charpentier vid Umeå universitet med att försöka förstå hur cas9 egentligen fungerar och på andra sidan jorden, närmare bestämt i Berkeley i Kalifornien sysslade den amerikanska forskaren Jennifer Doudna med CRISPR. De båda forskarna möttes på en vetenskaplig konferens i Puerto Rico i början av 2011 och de beslutade sig för att samarbeta kring att för- stå CRISPR/cas9 och att använda systemet för att klippa och klistra i arvsmassan.
Vid denna tid fanns två olika metoder för att redigera gener, TA- LEN och zinkfingernukleaser. Båda bygger på enzymer som känner igen och klipper bort speciella DNA-sekvenser och båda har sina för- delar, men tyvärr också ganska stora nackdelar. Båda systemen bygger på att använda proteiner för att känna igen DNA-sekvenser, vilket gör det komplicerat och tidsödande att arbeta med. Det var alltså redan möjligt att ändra i arvsmassan – det var bara så attans svårt.
Charpentier och Doudna redde ut detaljerna för hur CRISPR/cas9 fungerar och de kunde också visa att det faktiskt gick att konstruera syntetiska RNA-sekvenser som cas9 kunde använda som mall för att klippa upp DNA på exakt rätt ställe. Praktiskt sett betyder det att det är möjligt att hitta en speciell sekvens av baspar bland flera miljarder och där, med precision klippa av DNA-strängen. Det var verkligen ett fantastiskt verktyg. De båda forskarna publicerade en vetenskaplig artikel i den mycket prestigefyllda tidskriften Science i augusti 2012 och bara några månader senare hade andra forskare använt tekniken. Vetenskapliga projekt tar oftast flera år att genomföra, vilket betyder att de här studierna genomfördes i rekordfart och framför allt – att tekniken gick att använda av andra forskningsgrupper.
En av de forskare som omedelbart insåg den nya teknikens poten- tial var den unge och geniförklarade Feng Zhang vid MIT i Boston. Zhang hade en rekordkarriär och redan i gymnasiet hade han vunnit prestigefyllda vetenskapstävlingar. Han släppte vad han hade för händer och kastade sig in i CRISPR/cas9-teknologin och efter några månader kunde han visa att det var möjligt att faktiskt skriva om DNA-koden i en levande cell. CRISPR/cas9 används då för att klippa upp DNA på rätt ställe och om man sedan förser cellen med en kort DNA-snutt som liknar den avklippta biten så kan den nya sekvensen placeras där istället. Sammantaget är det med CRISPR/cas9 alltså möjligt att ändra i stort sett vilken gen som helst, eller till och med byta ut enstaka baspar i arvsmassan med otrolig precision. Det är dessutom möjligt att byta ut flera gener samtidigt.
Som jag nämnde tidigare kan vi likna våra gener vid ett bibliotek av instruktionsböcker, utskrivna med fyra bokstäver. Det var den modern DNA-sekvenseringen som gjorde att vi kunde läsa böckerna och PCR öppnade dörren till gigantiska bibliotek. TALEN och zink- fingerproteaser gav oss den första realistiska möjligheten att ändra och göra understrykningar i böckerna, men det var först med CRISPR/ cas9 som vi fick tillgång till en modern ordbehandlare. Idag är det möjligt att köpa ett genredigeringskit för några hundra dollar och själv byta ut DNA-sekvenser – tanken svindlar. Frågan är bara vad vi ska göra med denna fantastiska teknik och exakt var gränsen går mellan sund vetenskaplig forskning och oetisk eller till och med farlig manipulering av vårt DNA.
* Namnet ska uttalas krisper men det finns ännu ingen vedertagen svensk över- sättning. Vad sägs om samlade regelbundna intervall av korta palindromiska sekvenser? CRISPR har varit kända sedan mitten av 1980-talet men det var först med modern DNA-analys som det blev möjligt att reda ut hur det fungerar.
** Det gör också att man får ett slags personligt id-kort för varje bakterie – de har ju alla infekterats av olika virus.
*** 2011 blev Danisco uppköpt av DuPont.
