Mogelijke schade door CRISPR-Cas geen reden tot paniek
Met CRISPR-Cas kun je het DNA van organismen heel gemakkelijk aanpassen. Doordat de methode specifiek werkt, is het risico op schadelijke bijwerkingen klein. Of toch niet? Britse wetenschappers ontdekten dat CRISPR-Cas wel degelijk belangrijke wijzigingen aanbrengt op plekken waar dat niet de bedoeling is. Is CRISPR-Cas wel zo veilig als we tot nu toe dachten? NEMO Kennislink vroeg het aan CRISPR-pionier John van der Oost.
Met CRISPR-Cas kun je relatief gemakkelijk, snel en goedkoop wijzigingen aanbrengen in het DNA van organismen.
Karl-Ludwig Poggemann/Flickr.com via CC BY 2.0
CRISPR-Cas is de belofte van de moderne biotechnologie. CRISPR-Cas maakt, in tegenstelling tot andere genetische modificatie-technieken, gebruik van het RNA. Je gaat in het DNA op zoek naar de locatie waar je een verandering wilt aanbrengen, bestelt het juiste stukje RNA erbij en met behulp van een CRISPR-enzym (zoals Cas9) kun je vervolgens heel nauwkeurig knipjes aanbrengen in beide strengen van het DNA. Daarna is het reparatiesysteem van de cel aan de beurt. Dat gaat de breuken in het DNA herstellen. Vaak verdwijnt er eerst nog wat extra DNA aan de uiteinden van de knipplaats en daarna wordt het gat netjes opgevuld. Door deze reparatie kunnen wijzigingen in de DNA-code ontstaan. In 2013 bleek uit onderzoek dat die wijzigingen minimaal zijn. Het zou gaan om enkele tientallen tot honderden basenparen rondom de knipplaats.
Snel en slordig
Uit Brits onderzoek blijkt nu dat de schade veroorzaakt door CRISPR-Cas mogelijk veel groter is. De Britten hebben het hele DNA van cellen van muizen en mensen na genetisch knippen en plakken nauwkeurig bekeken, en kwamen tot de conclusie dat er op enige afstand van de knipplaats soms duizenden basenparen verdwijnen of extra worden toegevoegd. Zij vonden soms zelfs fragmenten terug die van origine helemaal niet op het betreffende stuk DNA voorkomen.
CRISPR-Cas werkt dus niet zo netjes als we tot nu toe dachten en wetenschappers die de methode willen gebruiken om, bijvoorbeeld, zieke cellen te herstellen, moeten hierop bedacht zijn. Dat concluderen de Britten in hun publicatie die vorige week verscheen in Nature Biotechnology.
CRISPR-Cas maakt gebruik van RNA om beide DNA-strengen te knippen.
Biosciences for farming in Africa/Flickr.com CC BY-NC-ND 2.0
John van der Oost, microbioloog aan de Wageningen University en pionier op het gebied van CRISPR-Cas, erkent dat er wellicht meer aan de hand is. “Het is goed om te weten dat de DNA-veranderingen soms veel ruiger zijn dan we tot nu toe dachten, maar er is geen reden tot paniek.”
Volgens hem vertelt de Britse studie niet het hele verhaal. “Cellen hebben twee systemen om schade aan het DNA te repareren. Het eerste systeem, Non Homologous End Joining (NHEJ), werkt snel en slordig. Het brengt de losse eindjes bij elkaar en vult het gat op. Dat systeem ligt in deze studie onder het vergrootglas.”
Naadloos veranderingen aanbrengen
Maar, zo stelt Van der Oost, cellen hebben nog een tweede systeem dat voor veel toepassingen (waaronder gentherapie) veel belangrijker is dan NHEJ. Dat tweede systeem, Homology Directed Repair (HDR), maakt gebruik van een extra stukje DNA dat aan de twee uiteinden van de knipplaats bindt en zodoende de breuk herstelt aan de hand van een voorbeeld.
“HDR is de nette manier van repareren. Je kunt cellen bij een CRISPR-Cas-behandeling een stukje voorbeeld-DNA meegeven. Dat is ook wat nu vaak gebeurt in experimenten. Op die manier kun je naadloos veranderingen aanbrengen. Ik ben erg benieuwd hoe het met de schade zit, als je gebruik maakt van HDR. Dat valt waarschijnlijk heel erg mee”, zegt Van der Oost.
De twee manieren van DNA-reparatie. Met links Non Homologous End Joining (NHEJ) en rechts Homology Directed Repair (HDR). NHEJ is gevoelig voor foutjes, zoals inserties (toevoegen van stukjes DNA) of deleties (verwijderen van stukjes DNA).
Wikimedia Commons, Guido4 via CC BY-SA 4.0
CRISPR 2.0
Toch is gebruik maken van de nette reparatietechniek niet altijd een oplossing. Niet alle cellen hebben altijd de beschikking over het HDR-systeem. Daarom zijn wetenschappers sinds een jaar of twee aan de slag met een nieuwe variant van CRISPR, base editing. “Daarbij maak je gebruik van een variant Cas-enzym dat, in combinatie met een ‘gids’, slechts één van de twee DNA-strengen knipt”, legt Van der Oost uit.
Door een ander enzym te fuseren met het Cas-enzym, wordt op de andere streng een specifieke verandering aangebracht. De geknipte streng wordt vervolgens hersteld, naar voorbeeld van de aangepaste streng. Deze CRISPR 2.0 klinkt als de perfecte oplossing, omdat je dan de DNA-reparatiesystemen van de cel helemaal kunt omzeilen, maar het is nog erg lastig om met base editing alle gewenste veranderingen aan te brengen.
Voorlopig zullen wetenschappers het dus met CRISPR-Cas moeten doen. En als het aan Van der Oost ligt, blijft het onderzoek op volle kracht doorgaan. “Natuurlijk moeten we de veiligheid blijven controleren, maar ik zie CRISPR nog steeds als een geweldige truc om in de toekomst mensen beter te kunnen maken.”
Bron:
Michael Kosicki e.a. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements Nature Biotechnology, 16 juli 2018 (online)
