Naar de content

Vijf vragen over CRISPR-Cas

Een afbeelding van CRISPR-Cas, het afweersysteem van bacteriën.
Een afbeelding van CRISPR-Cas, het afweersysteem van bacteriën.
Public domain, CC0

Vorige week ontving de eerste mens ooit een genetisch gemodificeerd donorhart van een varken. Dit is mede mogelijk door de techniek CRISPR-Cas. Daarmee passen wetenschappers DNA aan om afstoting van het donorhart te voorkomen.

19 januari 2022

Op 7 januari 2022 transplanteerden chirurgen een varkenshart naar een 57-jarige patiënt die leed aan een levensbedreigende hartaandoening. Een transplantatie waarbij een orgaan van een diersoort naar een ander diersoort of mens overgebracht wordt, heet ook wel een xenotransplantatie (afgeleid van het Griekse woord xenos, dat ‘vreemd’ betekent). De moderne DNA-bewerkingstechnologie CRISPR-Cas is een belangrijk hulpmiddel bij zulke xenotransplantaties. Daarnaast heeft het vele toepassingen in andere velden binnen de wetenschap.

Wat is CRISPR-Cas nu precies en wat kunnen onderzoekers ermee? NEMO Kennislink beantwoordt vijf vragen over deze moderne DNA-bewerkingstechnologie.

  1. Wat is CRISPR-Cas?
  2. Waarvoor wordt CRISPR-Cas nu gebruikt?
  3. De techniek is pas zo’n tien jaar oud. Hebben wetenschappers wel genoeg kennis over CRISPR-Cas om hem in de praktijk toe te passen?
  4. Wat zijn beperkingen en gevaren van CRISPR-Cas?
  5. Is het veilig om voedsel bewerkt met CRISPR te eten?

1. Wat is CRISPR-Cas? ↑

CRISPR-Cas is het afweersysteem van bacteriën. Het beschermt ze tegen virussen die hun cellen proberen binnen te dringen. Dat beschermingsmechanisme bevat een moleculair schaartje dat het genetisch materiaal van virussen kapotknipt. Wetenschappers ontdekten in 2012 dat ze die techniek konden herprogrammeren tot een moleculair gereedschap dat ieder DNA op gerichte plekken doorknipt. Omdat geknipt DNA ongunstig is, zal de cel de breuk direct repareren. Tijdens dat proces ontstaan kleine veranderingen in het DNA, zogenoemde mutaties, en dat is precies de bedoeling bij deze techniek. Zo passen wetenschappers genetische informatie aan in levende cellen. Tegenwoorden gebruiken onderzoekers CRISPR-Cas bij bacteriën, planten en dieren. Ook bij enkele mensen is de techniek toegepast.

2. Waarvoor wordt CRISPR-Cas nu gebruikt? ↑

CRISPR-Cas en de toepassingen ervan zijn erg divers. Het is bijvoorbeeld een handig gereedschap om kleine mutaties in het DNA te repareren of aanpassingen te maken in genetisch materiaal. Bepaalde erfelijke aandoeningen worden veroorzaakt door één foutje in het DNA. Zoiets is relatief eenvoudig te corrigeren met CRISPR-Cas.

Bij onderzoek en productie van gewassen is CRISPR-Cas ook een mooi hulpmiddel. “Het helpt wetenschappers en veredelingsbedrijven om eigenschappen van gewassen nauwkeurig te veranderen”, zegt Gerco Angenent, hoogleraar plantenontwikkeling aan de universiteit van Wageningen. “Er zijn wel andere methoden, maar die zijn minder nauwkeurig of kosten jaren tijd.” Dat is het geval bij klassieke veredeling waar telers planten met gunstige eigenschappen met elkaar kruisen. “Dat is een enorme klus die soms wel tien jaar duurt, terwijl CRISPR-Cas hetzelfde bereikt in een enkele stap”, zegt Angenent.

CRISPR-Cas gaat verder dan alleen DNA aanpassen. “Omdat CRISPR-Cas een natuurlijk systeem is dat al een paar miljard jaar bestaat, is er diversiteit ontstaan in al die tijd”, vertelt Stan Brouns, microbioloog aan de TU Delft. Dat houdt in dat er natuurlijke CRISPR-systemen bestaan die anders werken. Sommige sporen DNA op, maar knippen het niet, andere werken als magneten die bepaalde stofjes naar zichzelf en het DNA toe trekken. Voor iedere unieke eigenschap bedenken onderzoekers nieuwe toepassingen. Zo ontwikkelden onderzoekers een coronatest die gebruikmaakt van CRISPR-Cas. “Ze programmeerden het systeem zo dat het genetisch materiaal van het coronavirus herkent en in stukken knipt”, legt Brouns uit. “Het schakelt een soort lichtgevend stofje aan dat laat zien dat de persoon besmet is met het virus.”

3. De techniek is pas tien jaar oud. Hebben wetenschappers wel genoeg kennis over CRISPR-Cas om het in de praktijk toe te passen? ↑

Hoewel de toepassing van CRISPR-Cas pas zo’n tien jaar gelden ontdekt werd, begon het ontrafelen van het systeem zelf al zestien jaar geleden. Helemaal nieuw voor wetenschappers is het dus niet. “Daarnaast gedraagt CRISPR-Cas zich volgens de genetische wetten die al lang bekend zijn”, vult Angenent aan. “We kennen de genetische onderdelen waaruit het systeem bestaat en we weten hoe ze werken”.

Toen wetenschappers ontdekten dat ze CRISPR-Cas konden herprogrammeren om ieder stukje DNA aan te passen, ontstond een ware revolutie. Steeds meer wetenschappers werken aan en met deze technologie waardoor het aantal wetenschappelijke publicaties steeg van 156 publicaties in 2012 naar bijna 8,5 duizend nieuwe publicaties in 2021. De kennis en het delen ervan neemt dus in een rap tempo toe.

“Uiteindelijk speelt geld ook een belangrijke rol”, zegt Brouns. Er komen steeds meer CRISPR-bedrijven bij. Vooral grote bedrijven investeren veel geld en brengen nieuwe producten op de markt. “Daarnaast testen onderzoekers nieuwe medische toepassingen uitgebreid via klinische studies”, zegt Brouns. Daaruit moet blijken of een behandeling doet wat het moet doen en of het geen gevaar vormt. “Dat kost tijd, maar garandeert wel de veiligheid”, aldus Brouns.

4. Wat zijn beperkingen en gevaren van CRISPR-Cas? ↑

CRISPR-Cas is een zeer nauwkeurig gereedschap. Toch komt het weleens voor dat het schaartje op de verkeerde plaats knipt. “Dat komt omdat sommige stukjes DNA erg op elkaar lijken”, legt Brouns uit. Dat is natuurlijk niet gewenst en bovendien gevaarlijk bij medische toepassingen. Gelukkig ontdekken wetenschappers steeds meer nieuwe varianten van het moleculaire schaartje en sommige ervan zijn nóg nauwkeuriger en maken dus minder fouten.

Ook hebben wetenschappers moderne technieken waarmee ze het complete DNA van een cel eenvoudig aflezen. Daarom werken artsen nu vooral met CRISPR-Cas-behandelingen buiten het lichaam van de patiënt. Ze controleren dan of de juiste en geen ongewenste aanpassingen zijn gemaakt voordat ze de cellen terugplaatsen in de patiënt. Dat houdt wel in dat zulke behandelingen alleen haalbaar zijn voor erfelijke ziekten waarbij cellen eenvoudig in en uit het lichaam gehaald kunnen worden, zoals beenmergcellen. “Wanneer bij een patiënt bijvoorbeeld alle spiercellen zijn aangetast, is zo’n behandeling voorlopig niet mogelijk”, vertelt Brouns. “Artsen kunnen spiercellen nu eenmaal niet één voor één uitwisselen.”

Bij gewassen zijn foute knipjes geen groot probleem. “Het voordeel bij planten is dat je de nakomelingen ervan kunt selecteren”, zegt Angenent. Wetenschappers lezen het DNA van de gewassen af en houden alleen die planten die precies de aanpassingen hebben die ze voor ogen hadden. “Het is een soort veiligheidsmechanisme waardoor we precies weten wat CRISPR-Cas op DNA-niveau heeft veranderd”, zegt Angenent.

Met CRISPR-Cas maken wetenschappers verbeterde groenten en fruit, zoals de CRISPR-tomaten die nu te koop zijn in Japan. Deze tomaten zijn zo aangepast dat ze extra veel gamma-aminoboterzuur maken, een bloeddrukverlagend stofje.

 Pixabay, Kathas_Fotos via CC0

5. Is het veilig om voedsel bewerkt met CRISPR te eten? ↑

In september 2021 lagen de eerste tomaten behandeld met CRISPR-Cas in de Japanse supermarkten. Ander genetisch gemodificeerd (GMO) voedsel wordt ook al bijna 30 jaar verkocht in 24 landen wereldwijd. Toch gelooft twee van iedere drie consumenten dat GMO-voedsel schadelijk is voor de gezondheid. Daarom zijn er al honderden studies gedaan die de effecten van GMO-voedsel vergelijken met niet-aangepast voedsel. Daaruit concludeerden wetenschappers en organisaties zoals de World Health Organization (WHO) dat GMO-voedsel veilig is om te eten. Gek is dat niet, want DNA verandert continu, ook het DNA in ons eten. Dat gebeurt spontaan in de natuur en door kruisingen, straling of chemische behandelingen tijdens plantenveredeling. Wat er ook op je bord ligt, het DNA ervan is niet hetzelfde als dat het honderd jaar geleden was.

In landen waar GMO-voedsel is toegestaan, wordt dat voedsel bovendien uitgebreid getest voordat het in de schappen terechtkomt. Onderzoekers controleren bijvoorbeeld of de aanpassing in het DNA geen ander, ongewenst effect heeft, het voedsel niet giftig is en geen allergische reacties opwekt. “Ik zou voedsel bewerkt met CRISPR-Cas zo eten”, aldus plantenexpert Angenent.

ReactiesReageer