Sinds de oprichting, vier decennia geleden, is genetische manipulatie een bron van hoop geworden in de gezondheidszorg, de landbouw en de industrie. Maar het baarde ook grote zorgen, niet in de laatste plaats vanwege de moeizaamheid van het genoombewerkingsproces. Nu biedt een nieuwe techniek, CRISPR-Cas, zowel precisie als de mogelijkheid om genoomtekst op meerdere locaties tegelijk te wijzigen. Maar dit nam de reden tot bezorgdheid niet weg.
Het genoom kan worden gezien als een soort partituur. Op dezelfde manier waarop noten muzikanten in een orkest vertellen wanneer en hoe ze moeten spelen, vertelt het genoom de samenstellende delen van de cel (meestal eiwitten) wat ze moeten doen. De partituur kan ook de aantekeningen van de componist bevatten die mogelijke wijzigingen en excessen aangeven, die al dan niet kunnen worden toegevoegd of uitgesloten. Voor het genoom komen dergelijke "aantekeningen" voort uit het leven van cellen gedurende vele generaties in een constant veranderende omgeving.
Het genetische programma van DNA is verwant aan een kwetsbaar boek: de volgorde van de pagina's kan veranderen, en sommige gaan zelfs over in het programma van andere cellen. Als een pagina bijvoorbeeld gelamineerd is, is deze minder vatbaar voor beschadiging tijdens het omslaan. Evenzo kunnen elementen van het genetische programma, beschermd door een sterke coating, beter in verschillende cellen doordringen en zich vervolgens voortplanten terwijl de cel zich deelt.
Dit element wordt vervolgens een snel verspreidend virus. De volgende stap is een cel die het virus reproduceert - nutteloos of schadelijk - om een manier te ontwikkelen om het tegen te gaan. En in feite is dit hoe het CRISPR-Cas-proces voor het eerst naar voren kwam om bacteriën te beschermen tegen binnenvallende virussen.
Door dit proces kunnen verworven eigenschappen erfelijk worden. Bij de eerste infectie wordt een klein fragment van het virale genoom - een soort handtekening - gekopieerd naar het CRISPR-genoomeiland (een extra fragment van het genoom, buiten de tekst van het oudergenoom). Als gevolg hiervan blijft de herinnering aan de infectie generaties lang bestaan. Wanneer een afstammeling van een cel is geïnfecteerd met een virus, wordt de sequentie vergeleken met het virale genoom. Als een soortgelijk virus de ouder van de cel heeft geïnfecteerd, zal de afstammeling het herkennen en zullen speciale mechanismen het vernietigen.
Voor wetenschappers duurde dit complexe ontcijferingsproces vele decennia, niet in de laatste plaats omdat het in tegenspraak was met standaard evolutietheorieën. Maar tot op heden hebben wetenschappers ontdekt hoe ze het proces kunnen repliceren, waardoor mensen specifieke genomen met uiterste precisie kunnen bewerken - praktisch de heilige graal van genetische manipulatie in bijna 50 jaar.
Dit betekent dat wetenschappers het CRISPR-Cas-mechanisme kunnen gebruiken om problemen in het genoom op te lossen - het equivalent van typefouten in geschreven tekst. In het geval van kanker willen we bijvoorbeeld die genen vernietigen waardoor tumorcellen zich kunnen vermenigvuldigen. We zijn ook geïnteresseerd in het introduceren van genen in cellen die ze nooit hebben ontvangen door natuurlijke genetische overdracht.
Er is niets nieuws voor deze doeleinden. Maar met CRISPR-Cas zijn we veel beter uitgerust om ze te realiseren. Eerdere methoden hebben sporen nagelaten in gemodificeerde genomen en dragen bijvoorbeeld bij aan antibioticaresistentie. Een mutatie die door CRISPR-Cas wordt geproduceerd, verschilt daarentegen niet van een mutatie die spontaan is ontstaan. Daarom heeft de Amerikaanse Food and Drug Administration bepaald dat dergelijke ingrediënten niet als genetisch gemodificeerde organismen mogen worden bestempeld.
Promotie video:
Als er meerdere genen moesten worden aangepast, waren de vorige methoden vooral moeilijk omdat het proces opeenvolgend moest worden uitgevoerd. Dankzij CRISPR-Cas heeft het vermogen om tegelijkertijd genoommodificaties uit te voeren, het mogelijk gemaakt om paddenstoelen en appels te creëren die niet oxideren of bruin worden in contact met lucht - een resultaat dat de gelijktijdige deactivering van meerdere genen vereist. Deze appels zijn al op de markt en worden niet als genetisch gemodificeerde organismen beschouwd.
Andere toepassingen zijn in ontwikkeling. De zogenaamde gengeneratieprocedure om het genoom te manipuleren kan de schade die wordt veroorzaakt door ziektedragende insecten verminderen. De gerichte modificatie van gameten in muggen - 's werelds meest dodelijke voor mensen - zou ervoor zorgen dat ze geen virus of parasiet kunnen overbrengen.
Maar het gebruik van CRISPR-Cas moet met de nodige voorzichtigheid worden benaderd. Hoewel deze technologie een zegen kan blijken te zijn in de strijd tegen vele dodelijke ziekten, brengt ze ook ernstige en mogelijk volledig onvoorspelbare risico's met zich mee. Ten eerste, omdat genomen zich voortplanten en verspreiden door middel van voortplanting, zal voor het aanpassen van een hele populatie slechts een beperkt aantal individuen moeten worden aangepast, vooral als de levenscyclus van het organisme kort is.
Bovendien is het, gezien de alomtegenwoordigheid van hybridisatie tussen naburige soorten, mogelijk dat modificatie van één muggensoort zich ook geleidelijk en oncontroleerbaar zal verspreiden naar andere soorten. Analyse van het genomen van dieren laat zien dat dergelijke gebeurtenissen in het verleden plaatsvonden, waarbij soorten werden gevangen door genetische elementen die de balans van ecosystemen en de evolutie van soorten zouden kunnen beïnvloeden (hoewel het onmogelijk is om te zeggen hoe). En als het veranderen van de muggenpopulatie gevaarlijk is, is het niet bekend wat er kan gebeuren als we menselijke cellen - in het bijzonder geslachtscellen - aanpassen zonder zorgvuldige analyse.
De technologie van CRISPR-Cas is klaar om de wereld te veranderen. De belangrijkste uitdaging van vandaag is ervoor te zorgen dat deze veranderingen werken.
Antoine Danchin
