Doudna en Charpentier maken van een bacterieel afweersysteem een programmeerbare genschaar

BERKELEY, JUNI 2012 - In het tijdschrift Science staat een artikel van twee onderzoeksgroepen: die van Jennifer Doudna aan de Universiteit van Californië in Berkeley en die van Emmanuelle Charpentier aan de Universiteit van Umeå in Zweden. Ze laten zien dat een afweersysteem van bacteriën, CRISPR, kan worden omgebouwd tot gereedschap waarmee je DNA op een zelfgekozen plek doorknipt. Daarmee komt het aanpassen van genen een stuk dichterbij.

Eerst: hoe verdedigen bacteriën zich?

Bacteriën worden aangevallen door virussen. Die spuiten hun eigen DNA in de bacterie, die daarna voor het virus gaat werken. Sommige bacteriën hebben een truc ontwikkeld. Ze bewaren stukjes DNA van virussen die ze eerder hebben overleefd in een eigen archief in hun DNA, het CRISPR-gebied. Komt hetzelfde virus terug, dan gebruikt de bacterie die stukjes als signalement.

Hoe werkt de schaar?

Het systeem heeft twee onderdelen. Het eerste is Cas9, een eiwit dat DNA kan doorknippen. Het tweede is een korte streng RNA, de gids. Die streng bevat een kopie van het bewaarde virusstukje en vormt het zoekadres. Cas9 laat zich door de gids langs het DNA leiden, vindt de plek waar de letters bij de gids passen, en knipt daar beide strengen van het DNA door. De gids is de zoekterm en Cas9 de schaar.

In bacteriën bestaat de gids uit twee losse stukjes RNA. Doudna en Charpentier laten zien dat dit tweetal Cas9 aanstuurt, en dat de twee stukjes ook aan elkaar mogen tot één RNA-streng. Cas9 heeft twee knipplekken in zich, een voor elke streng van het DNA.

Waarom dit zo belangrijk is: je kunt de zoekterm veranderen

Het cruciale inzicht is dat het systeem programmeerbaar is. Wissel je het stukje RNA dat de plek aanwijst, dan knipt Cas9 op een andere plek. Je kunt het dus richten op elk gen dat je wilt. Eerdere gereedschappen voor het knippen van DNA, de zinkvingernucleasen en TALEN's, hadden voor elk doel een eigen eiwit nodig, wat veel werk was. Bij CRISPR is het genoeg een korte RNA-streng te maken.

Teruggeblikt vanuit 2026

De ontdekking werd snel gebruikt in laboratoria over de hele wereld. Charpentier en Doudna kregen er in 2020 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor, als eerste twee vrouwen die hem delen zonder mannelijke collega. In november 2023 keurde de Britse toezichthouder MHRA Casgevy goed, een gentherapie tegen sikkelcelziekte en bètathalassemie: het eerste medicijn dat met CRISPR is gemaakt. De Amerikaanse FDA volgde op 8 december 2023. Elf jaar na de ontdekking is gen-editing dus een erkende behandeling.

Het is ook een voorbeeld van hoe twee eerdere stappen op elkaar aansluiten: sinds 2003 is de erfelijke code van de mens gelezen, en dit gereedschap maakt het mogelijk die code gericht aan te passen.