De Tijd WIM DE PRETER 23 oktober 2019
Prime editing zal het makkelijker maken om stukjes genetische code te wijzigen. ©BELGA
Biotechnologen zijn enthousiast over een nieuwe techniek om genetisch materiaal te veranderen. De methode kan helpen sommige erfelijke ziektes te genezen.
Prime editing’, zoals de nieuwe genetische methode heet, kan volgens sommige specialisten de opvolger worden van de CRISPR-Cas-technologie, die op zich al een van de belangrijkste uitvindingen van het voorbije decennium genoemd mag worden.
CRISPR-Cas is een methode om genen in een organisme aan of uit te schakelen of te wijzigen. Ze werkt veel sneller en preciezer dan vroegere technieken en verlegde de grenzen in genetisch onderzoek van planten, dieren en mensen.
De CRISPR-methode is gebaseerd op een afweermechanisme tegen virussen dat van nature gebruikt wordt door bacteriën. Daarbij worden stukjes DNA van het virus door de bacterie ‘ingeplakt’ in het eigen DNA, waarna een bepaald eiwit (Cas9) bij een volgende infectie door het virus in staat is om die stukjes DNA op te sporen, door te knippen en zo uit te schakelen.
Onderzoekers kopieerden die techniek om stukjes DNA doormidden te ‘knippen’ in om het even welk organisme. Het natuurlijke herstelproces van cellen zorgt er vervolgens voor dat de breuk weer aan elkaar groeit, waarbij kleine foutjes en mutaties kunnen optreden. Er werden al technieken ontwikkeld om dat herstelproces te sturen, zodat je gerichte modificaties kunt doorvoeren.
Prime editing
Maar die technieken zijn niet perfect. ‘CRISPR werkt heel goed voor sommige toepassingen, bijvoorbeeld als je bepaalde genen wilt uitschakelen om het effect daarvan op een organisme te bestuderen’, zegt Ruben Vanholme, onderzoeker bij het VIB-UGent Center for Plant Systems Biology. ‘Maar om een stukje DNA te herstellen zijn de huidige methodes niet erg precies. Bij planten kan je duizend keer proberen tot je het gewenste resultaat hebt, maar bij mensen ligt dat natuurlijk veel moeilijker.’
Vanholme en andere experts zijn dan ook enthousiast over ‘prime editing’, een nieuwe modificatiemethode die beschreven wordt in het jongste nummer van het vakblad Nature. ‘Prime editing is niet afhankelijk van het doorknippen van DNA en maakt ook geen gebruik van het natuurlijk herstelproces’, zegt René Custers van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB). ‘In plaats daarvan wordt een aangepaste CRISPR-machinerie gebruikt om een vooraf bepaalde modificatie door te voeren op precies de gewenste plaats.’
Bovenstaande foto: werkingsmechanisme van prime editing (bron The Guardian)
David Liu, een van de onderzoekers van het Amerikaanse Broad Institute, dat de nieuwe methode ontwikkelde, vergelijkt het met een tekstverwerker die precies het gewenste stukje opzoekt en vervangt.
De grote precisie van de nieuwe techniek kan tot doorbraken leiden in de aanpak van genetische aandoeningen. Liu en zijn team zeggen dat ze in hun labo al meer dan 175 stukjes DNA van menselijke cellen hebben vervangen. Daarbij slaagden ze er ook in mutaties te herstellen die verantwoordelijk zijn voor erfelijke ziektes, zoals sikkelcelziekte (die bloedarmoede kan veroorzaken) of de stofwisselingsziekte Tay-Sachs.
Ook voor de genetische verbetering van planten kan prime editing een stap voorwaarts zijn. Vanholme: ‘Sommige planten bevatten stoffen die giftig zijn, maar wel een nuttige functie hebben, bijvoorbeeld als bescherming tegen insecten. Een voorbeeld is de stof solanine in aardappelen. Met CRISPR kan je het solaninegen uitschakelen, maar dan verliest de plant haar natuurlijke bescherming. Met prime editing kan je misschien een meer gerichte aanpassing doen, waardoor het solanine alleen in de bladeren en niet in de knollen voorkomt.
Opmerking:
Het gaat om een nieuwe techniek die enkel nog op celculturen toegepast is. De sprong naar toepassing in een zelfstandig, levend systeem en zeker naar de mens is nog enorm groot. Men moet dus voorzichtig zijn met het enthousiasme aangaande medische toepassingen.
Citaat uit The Guardian, vrij vertaald: Robin Lovell-Badge, een geneticus aan het Francis Crick Institute in Londen, zei dat 'prime editing' er "zeer spannend" uitziet en nuttig zou zijn voor het verkennen van wat genen doen, het maken van diermodellen van menselijke genetische aandoeningen en het verbeteren van de dierlijke en plantaardige landbouw. Omdat de procedure veranderingen kan aanbrengen die van nature in planten voorkomen, moeten in ieder geval sommige prime-edited gewassen niet worden gereguleerd als "genetisch gemodificeerd", voegde hij eraan toe.
Maar er moet nog veel meer werk worden verricht voordat de eerste toepassingen bij mensen kunnen worden gedaan, benadrukt Lovell-Badge. "Zoals de auteurs zelf opmerken, zijn dit nieuwe methoden en er zal een inspanning nodig zijn om ze te ontwikkelen om aan te tonen dat ze veilig en efficiënt genoeg zijn. Tot nu toe hebben de auteurs slechts op enkele menselijke celtypes geëxperimenteerd, wat nog lang niet genoeg is".
Hoewel de efficiëntie van de bewerkingen - in sommige gevallen ongeveer 50% - goed genoeg zou zijn voor wetenschappers die fundamenteel onderzoek doen (op celculturen), vroeg hij zich af of het bruikbaar zou zijn voor wetenschappers die aan levende dieren werken. "Toch ben ik enthousiast over de methoden die zeker veelbelovend zijn en ik verwacht dat we veel toepassingen zullen zien die gebruik maken van deze of de volgende generatie methoden die erop gebaseerd zijn.
Bronnen: