CRISPR-Cas geenimuokkausmenetelmän esiinmarssi on tuskin jäänyt keneltäkään huomaamatta. Tekniikan avulla saavutettuja uusimpia tutkimustuloksia esitellään päivittäin lehtien sivuilla ja jaetaan sosiaalisessa mediassa. CRISPR (clustered regularly interspaced palindromic repeats)-Cas (CRISPR-associated proteins) tekniikka kehitettiin vuonna 2012 kun havaittiin, että bakteerien luontaista adaptiivisen immuunijärjestelmän osaa, ns. geenisaksia, voidaan hyödyntää biotekniikassa geenimuokkaukseen. Bakteerisoluissa geenisaksien tehtävä on tunnistaa ja leikata vieraat nukleiinihapot, kuten viruksen DNA, palasiksi ja suojata siten bakteereita infektioilta. Biotekniikan avulla geenisakset on valjastettu tutkijoiden työkaluksi, jonka avulla voidaan leikata ja muokata tutkittavien solujen DNA:ta halutusta kohtaa genomia. Aikaisempiin geenimuokkausmenetelmiin verrattuna tekniikka on yksinkertaisempi, helpompi ja halvempi.
Miten CRISPR-Cas menetelmä sitten oikein toimii? Useampia eri bakteerien CRISPR-Cas systeemejä on tunnistettu, mutta Streptococcus pyogenes bakteerin CRISPR-Cas9 systeemi on eniten tutkittu ja se myös soveltuu parhaiten geenimuokkaukseen nisäkässoluissa. CRISPR-Cas9 systeemissä tarvitaan vain kolme eri komponenttia kohdistettuun geenimuokkaukseen: 1) Cas9-endonukleaasientsyymi, joka katkaisee DNA:n, 2) crRNA (CRISPR-RNA) molekyyli, joka ohjaa Cas9-endonukleaasin oikeaan leikkauskohtaan ja 3) tracrRNA (transactivating CRISPR-RNA) molekyyli, joka kiinnittyy crRNA:han ja tarvitaan kompleksin aktivoimiseen. Katkaistu DNA korjataan yleensä joko NHEJ- (non-homologous end joining) tai HR-reittiä (homologous recombination). NHEJ on yleensä epätäydellinen mikä voi aiheuttaa indel-mutaation ja geenin toiminnan pysyvän estymisen (knockout). Vaihtoehtoisesti katkaisukohtaa voidaan muokata toivotulla tavalla (knockin) erillisen DNA-templaatin avulla (homology directed repair eli HDR).
Näin leikkaavat geenisakset: katso video geenisaksista tositoimissa
Vaikka CRISPR tekniikka on suhteellisen uusi, on se jo laajalti käytössä tutkimuslaboratorioissa ympäri maailmaa, mikä näkyy myös julkaisujen määrän nopeana kasvuna. CRISPR-hakusanalla Google Scholar:sta löytyvien hakutulosten määrä on kasvanut lyhyessä ajassa vähän alle 3000:sta per vuosi (2012) 22 000:een (2017) per vuosi. Tekniikan avulla saadut lupaavat tulokset useista eri kudostyypeistä ja organismeista viittaavat siihen, että CRISPR on jo mullistanut bio- ja lääketieteellisen tutkimuksen. CRISPR-genomieditoinnin ympäröimä hype johtunee sen potentiaalista useiden eri sairauksien ennaltaehkäisemisessä, hoitamisessa ja parantamisessa. Useimpien tähän mennessä kehitettyjen hoitojen haittapuolena on kuitenkin hoidon tekninen vaikeus: hoidettavat solut on eristettävä, solujen DNA on editoitava ja geenimuokatut solut on palautettava potilaaseen.
Haasteista huolimatta tulokset ovat olleet niin hyviä, että noin 20 kliinistä tutkimusta on jo aloitettu tai alkamassa lähiaikoina maailmalla. Osa näistä tutkimuksista pyrkii muokkaamaan geenejä suoraan potilaassa kuten esimerkiksi kiinalainen kohdunkaulasyöpätutkimus, jossa kohdunkaulan syövän kehittyminen pyritään estämään tuhoamalla human papilloma viruksen (HPV) perimä geenisaksilla. Jos hoito pystytään tekemään jatkossa turvallisesti potilaassa, on tekniikan avulla mahdollista hoitaa paljon laajempi kirjo erilaisia sairauksia kustannustehokkaasti. Jos ja kun menetelmää sovelletaan ituradan soluihin, tulee muokatusta DNA jaksosta periytyvä. Muun muassa Yhdysvalloissa on jo US National Academy of Sciences ja National Academy of Medicinen toimesta laadittu suositus siitä, millä perusteilla sukusoluja voisi tulevaisuudessa muokata geneettisesti. Suosituksessa linjataan, että sukusolujen muokkaus olisi mahdollista vain, jos kyseessä on vakava sairaus, jolle ei ole muuta hoitokeinoa ja jos saatavilla on tarpeeksi tietoa hoidon turvallisuudesta. Nähtäväksi jää miten hyvin ja millä aikataululla CRISPR-tekniikka lunastaa siihen asetetut odotukset ja kuinka helppoa eettisten linjausten veto käytännössä on. Varmaa on, että CRISPR-cas tekniikka on tullut pysyväksi osaksi bio- ja lääketieteellisten laboratorioiden työkalupakkia ja siksi menetelmän tuntemuksesta on hyötyä useimmille alalla työskenteleville.
Ovatko geenisaksesi terässä? Oletko kiinnostunut aloittamaan CRISPR-tekniikan käytön omassa tutkimuksessasi? Haluaisitko varmistaa, että saat teknistä tukea menetelmän kehityksessä koko projektin ajan? Uusin edustuksemme on Dharmacon, joka on nisäkässolujen CRISPR geenieditointiin ja siRNA:n erikoistunut yritys. Dharmaconin tekninen tuki auttaa sinua suunnittelemaan ja viemään onnistuneesti läpi CRISPR tutkimusprojektisi. Dharmaconilta saat valmiiksi suunnitellut CRISPR guide RNA:t (synteettiset crRNA:t, lentivirus sgRNA:t ja synteettiset sgRNA:t), Cas9 nukleaasit (vektorit, mRNA:t ja proteiinit) sekä positiiviset ja negatiiviset kontrollit.
Lue myös Katja-Riikan toinen blogikirjoitus ”Four points to consider when planning your CRISPRa studies”.
Blogin kirjoittaja Katja-Riikka Louhi, PhD
Lähteitä:
https://www.newscientist.com/article/2133095-boom-in-human-gene-editing-as-20-crispr-trials-gear-up/
Blogikirjoitus CRISPR:stä kliikoiden ja eetikoiden näkökulmasta
Blogikirjoitus CRISPR-Cas menetelmän hyödyntämisestä hermoston sairauksien tutkimuksessa