CRISPR-teknologi klar til at tage det næste skridt

Videnskabelige nybrud 6. nov 2022 3 min Research director, professor Guillermo Montoya Skrevet af Kristian Sjøgren

Ny CRIPSR-teknologi står på spring til at tage det næste skridt mod klinisk anvendelse. Nu har forskere kortlagt strukturen af en af de fundamentale dele af dette nye CRISPR-system, der kan flytte rundt på meget større stykker arvemateriale end tidligere lignende genetiske sakse. Det vil gøre det muligt at adressere en kur mod flere sygdomme, siger forsker.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

CRISPR-teknologi (CRISPR-Cas9 og CRISPR-Cas12a) har inden for de seneste 10 år revolutioneret genteknologien og forskningen i kure mod mange forskellige genetiske sygdomme.

CRIPSR-teknologi er dog begrænset af, at man med den genetiske saks kun kan klippe forholdsvis små stykker arvemateriale ind og ud af genomet.

Det næste genetiske værktøj i form af CAST-systemet (CRISPR-associated transposon) kan noget af det, som CRISPR-Cas mangler, og dette nye genetiske værktøj står på spring til at blive taget i brug.

Nu har forskere karakteriseret strukturen af transposon-delen af CAST, og det baner vejen for den videre udvikling af CRISPR-systemet mod anvendelse inden for forskning og i klinisk brug.

”Vi har både karakteriseret strukturen af transposonet og introduceret genetiske forandringer, så vi kan forbedre funktionen af det i forhold til at kunne indsætte store stykker DNA i det arvemateriale, som vi klipper i. Alt sammen er skridt på vejen mod på et tidspunkt i fremtiden at kunne bruge teknologien på humane celler,” fortæller en af forskerne bag studiet af transposonet i CAST, professor ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research ved Københavns Universitet Guillermo Montoya.

Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.

Genetisk saks forklaret

CRISPR-teknologi fungerer på den måde, at den genetiske saks laver et dobbelt-brud på DNA’et.

Derefter introducerer man en donorsekvens, som kroppens egne reparationsmekanismer indsætter på det sted, hvor der er blev lavet et brud på arvematerialet.

I forbindelse med for eksempel en genetisk sygdom kan man forestille sig, at sygdommen er resultatet af forskellige mutationer på et specifikt sted på arvematerialet, og at man med CRISPR kan klippe den muterede del af arvematerialet ud og erstatte det med en funktionel sekvens.

Teknologien kan også benyttes til at manipulere med DNA i andre organismer og for eksempel lave afgrøder med større udbytte eller blive klogere på genetikken i dyr.

En udfordring ved den traditionelle form for CRISPR-teknologi er dog, at det ikke er muligt at klippe store stykker arvemateriale ind og ud af arvemassen. Forskere er begrænset til at arbejde med stykker på få hundrede basepar.

CAST-systemet er med transposonet som transportør af større stykker DNA til det genetiske klippe-klistre-arbejde dog i stand til at indsætte stykker af DNA med en størrelse på op imod 30.000 basepar.

”Det gør det muligt for os ikke bare at indsætte dele af gener eller små gener, men flere gener og også regulatoriske regioner til at styre generne. Vi kan også begynde at gendesigne celler, som åbner nye veje til syntetisk biologi,” forklarer Guillermo Montoya.

Kortlagt strukturen af transposonet

I forskningsarbejdet har forskerne benyttet såkaldt cryoEM til at analysere strukturen af CAST-transposonet Tns.

Ved cryoEM fanger forskerne proteiner i en forglasset prøve, hvilket gør det muligt for dem efterfølgende at kortlægge strukturen af proteinet atom for atom.

På den måde er forskerne nu i stand til for første gang at vise, hvordan transposonet ser ud, og hvor man skal ændre på det for at få det til at ændre funktion.

Guillermo Montoya forklarer, at da CAST-systemet har sin oprindelse i bakterier, er det blandt andet nødvendigt at udvikle systemet, før det kan benyttes på humane celler.

Med indsigten i transponsonet bliver det nu muligt at identificere, hvordan man skal mutere proteinet, før det kan benyttes uden for bakterier.

”Vi kan også se, hvordan vi kan forbedre evnen til at indsætte store stykker DNA hurtigt og effektivt. Vi har i vores egne forsøg allerede vist, hvordan vi med små genetiske ændringer øger hastigheden og præcisionen af proteinet. Det viser, at det er muligt at ændre på systemet og optimere det til brug i laboratoriet eller klinisk,” siger Guillermo Montoya.

Kan bane vejen for kure mod flere former for sygdom

Guillermo Montoya er sikker på, at CAST-systemet går en interessant fremtid i møde.

Når først forskere har udviklet værktøjet til at kunne blive brugt i mennesker, er mulighederne næsten uendelige.

Blandt andet forestiller forskeren sig, at det vil åbne op for udvikling af behandlinger til mere komplekse sygdomme, hvor der er behov for større strukturelle ændringer i arvemassen.

I det tilfælde kan man klippe store stykker dysfunktionelt arvemateriale ud og erstatte det med DNA, som har den rette sekvens af baser.

”Teknologien gør det muligt for os ikke bare at rette små fejl i arvematerialet, men også store fejl, der breder sig ud over en stor del af genomet. Det er vigtigt at påpege, at den nuværende CRISPR-teknologi er fantastisk og meget vigtig, fordi den kan adressere en behandling mod mange forskellige sygdomme, men den har nogle begrænseringer, som CAST kan overkomme,” siger Guillermo Montoya.

The Montoya Group works to illuminate the molecular details of cellular processes. This knowledge is the basis for the understanding of diseases and t...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020