Inga fler slarvfel i generna

Trots problemen testas CRISPR fortfarande på människor. Därför arbetar forskarna med att uppdatera tekniken för att den inte ska orsaka skador på försöks-personernas dna.

Nu ska tre uppdateringar se till att CRISPR hamnar på rätt spår.

Dödligt vapen blev en succé

CRISPR, clustered regularly interspaced short palindromic repeats, är inte någon ny uppfinning.

Bakterier har i miljontals år använt systemet som ett effektivt vapen mot inkräktande virus som kan användas för att klippa sönder inkräktares dna.

Delar av ­CRISPR upptäcktes av forskare redan 1987, men först 25 år senare såg forskarna dess potential.

2012 var biokemisten Jennifer Doudna och mikrobiologen Emmanuelle Charpentier först med att använda bakteriernas vap­en för att redigera gener.

CRISPR består av ett enzym som kan klippa av dna och en bit rna som kan visa enzymet till en viss dna-sekvens. Genom att anpassa rna kunde forskarna få enzymet att klippa exakt där
de ville.

Året därpå, 2013, vidareutvecklade bio­kemisten Feng Zhang tekniken så att det till viss del även blev möjligt att sätta in en ny, specialdesignad dna-sekvens i det hål som enzymet lämnar efter sig.

Denna nya funktion används emellertid långt ifrån alltid, bland annat för att det fortfarande är oklart hur effektiv funktionen är. I stället låter forskarna ofta cellen själv reparera hålet och åstadkomma en viss förändring i genen.

Metoden hade precis uppfunnits när forskarna testade den på växt­er och djur.

2014 botade amerikanska forskare möss från ämnesomsättnings­sjukdomen tyrosinemi genom att förändra genen Fah i sjuka musungars leverceller. Samma år redigerade en annan forskargrupp apelsiners PDS-gen, som påverkar hur frukterna mognar.

CRISPR var en så stor succé att kinesiska forskare redan 2016 tog steget till människor.

De använde immunceller från cancer­patienter, förändrade cellernas gener i laboratoriet och injicerade de genredigerade cellerna i patienterna.

Försöket visade att de genredigerade immuncellerna är ofarliga för kroppen, men man vet fortfarande inte om cellerna kan besegra cancer.

Detta första försök på människa var ett visserligen stort men ändå ganska försiktigt steg. CRISPR injicerades i celler som tagits ut ur patienternas kropp, alltså inte direkt in i patienten, och bara en liten del av patienternas cellers dna förändrades.

CRISPR skapar fel hos spädbarn

Det förändrades 2018, då den kinesiske biofysikern He Jiankui för första gången skapade människor som var genredigerade från topp till tå. Hans mål var att skapa barn med resistens mot humant immunbristvirus (hiv), som orsakar aids. I befruktade ägg­celler från en donator ville han med hjälp av ­CRISPR skapa en viss mutation i genen CCR5.

Mutationen förekommer naturligt hos vissa människor, huvudsakligen européer, och skyddar antingen helt eller delvis mot hiv. I början av 2018 satte han i gång och i oktober samma år föddes världens första genredigerade barn – ett par tvåäggsflickor.

Forskare världen över blev chockade. He Jiankui dömdes till tre års fängelse för oetisk forskning, men någon detaljerad rapport om hans försök offentliggjordes aldrig.

Information som har läckt ut tyder dock på att forskaren kanske aldrig uppnådde sitt mål att göra tvillingarna resistenta mot hiv.

CRISPR-verktyget klippte inte riktigt som förväntat, så i stället för den eftersträvade mutationen fick flickorna andra mutationer i CCR5, vars effekt forskarna ännu inte har kartlagt.

Samtidigt har gentekniken skapat minst en annan mutation i en helt annan del av dna. Vissa forskare tror att He Jiankui har förbisett en rad övriga mutationer som ligger dolda i tvillingarnas dna.

He Jiankui kan alltså av misstag ha fört in ett antal skadliga mutationer som nu finns överallt i flickornas kroppar, även i de könsceller som en dag kan komma att ge upphov till ytterligare barn.

Håller tummarna för mutation

Fallet med tvillingarna har satt fokus på CRISPR:s svagheter och minskat entusiasmen för den nya tekniken, men forskarna har en bra bild av var genredigeringen går snett.

I den vanligaste varianten av CRISPR används enzymet Cas9, som kommer från bakterien Streptococcus pyogenes. Cas9 klipper bokstavligt talat av dna så att det bildas två lösa ändar med rena snittytor.

När dna har klippts av försöker cellen reparera skadan, men de rena snittytorna utgör en utmaning. Dels kan cellen sätta ihop de lösa ändarna med helt andra bitar av dna som också har rena snittytor vilket gör att det uppstår nya, oväntade kombinationer av dna-­sekvenser, dels avlägsnar cellen i många fall dna-baser från de lösa ändarna eller lägger till nya baser i ändarna för att kunna sätta ihop de två ändarna på ett bättre sätt.

Resultatet är en förändring av dna som forskarna inte har full kontroll över. I mångt och myck­et får alltså forskarna hålla tummarna för att den önskade mutationen i genen ska uppstå.

Oddsen för att det ska lyckas beror på vilka förändringar de vill göra, men i de flesta fall har de bara turen med sig i några få procent av de celler som behandlas med CRISPR

En så låg andel är acceptabel när forskarna behandlar celler i laboratoriemiljö, där de kan välja ut den lilla andel celler som har fått rätt mutation.

Mer problematiskt blir det när CRISPR behöver injiceras i patienter med en genetisk sjukdom. Då riskerar man att behandlingen inte fungerar som det var tänkt.

I kombination med risken för oförutsedda mutationer i andra delar av dna kan en sådan behandling visa sig göra mer skada än nytta.

Ny CRISPR klipper försiktigt

Lyckligtvis arbetar flera forskare med att göra sig av med teknikens största svagheter. Ett av de verkligt stora genombrotten har gjorts av kemisten David Liu, som har ut­vecklat en ny, mer exakt variant av CRISPR som han kallar prime editing.

I Lius teknik används en ny variant av enzymet Cas9 som inte klipper dna mitt itu utan bara halvvägs igenom – så att bara den ena av dna:s två strängar kapas.

Därmed skapar prime editing, till skillnad från traditionell CRISPR, inte två lösa ändar som av misstag kan kombineras med annat dna. Dessutom bär Cas9-enzym­et med sig en konstruktionsritning till en ny dna-sekvens som forskaren vill sätta in i genen samt ett extra enzym, som kan skapa den nya dna-sekvensen med hjälp av rit­ningen.

Slutligen klipper Cas9 av den andra strängen i dna, så att den önskade föränd­ringen även sätts in där.

2019 visade David Liu att han med hjälp av prime editing kunde byta ut en enda dna-bas i en gen med upp till 55 procents till-förlitlighet.

Dessutom kunde kemisten utforma systemet på ett sätt som gjorde att det antingen avlägsnade eller satte in hela sekvenser av dna-baser, detta med ända upp till 78 procents tillförlitlighet.

Lius teknik används redan av andra forskare. 2020 använde en nederländsk forskargrupp metoden för att korrigera genetiska fel i små delar av sjuk vävnad som de hade tagit från patienter och odlat i laboratoriemiljö.

Forskarna satte in tre extra dna-baser i genen DGAT1 och kunde på så sätt avlägsna den genetiska orsaken till en svår ärftlig form av diarré som gör det näst intill omöjligt att ta upp näring ur livsmedel.

Genredigering undviker gener

Risken att CRISPR orsakar permanentskada i dna kan även minskas på ett annat sätt, nämligen genom att skapa genetiska förändringar utan att påverka själva genen.

Gener fungerar som konstruktions­ritningar vid proteinbildning, och målet med att redigera en gen är i de flesta fall att förändra proteinet.

2017 utvecklade bio-kemisten Feng Zhang en variant av CRISPR som förändrar proteinet genom att påverka ett steg som ligger mellan avläsningen av genen och framställningen av proteinet.

När cellen bildar ett protein översätter den först en viss gen till en rna-sekvens, som därefter bär med sig genens instruktioner till cellens proteinfabrik.

Zhangs nya teknik korrigerar rna-sekvensen, inte själva genen, men uppnår samma resultat. Fördelen med det är att rna (till skillnad från dna) kontinuerligt bryts ner i cellen, så när forskarna avbryter behandlingen försvinner alla förändringar, vilket innebär att cellens arvsmassa inte ris­kerar permanenta skador.

Metoden lämpar sig väl för behandlingar som kräver en förändring av cellernas proteiner bara under vissa perioder, till exempel vid huvudvärk och andra typer av smärta då proteiner som styr nervcellernas smärtsignaler tillfälligt kan sättas ur spel.

Proteinbildningen kan även påverkas av en tredje ny CRISPR-variant, som varken korrigerar dna- eller rna-sekvenser.

I stället avlägsnar den metylgrupper, små molekyler som fäster på dna och förhindrar att en gen översätts till rna och protein. Metylgruppernas blockering kan orsaka sjukdomar, så genom att avlägsna dessa kan forskarna behandla dem.

Metoden har dock ännu större potential än så.

Metylgrupper spelar en viktig roll vid allt från autism till cancer, vilket innebär att man genom att avlägsna dem kan få behandlingar som är otänkbara med traditionell CRISPR.

CRISPR injiceras i ögat

ftersom tekniken CRISPR i allt större omfattning testas på människor i nuläget behöver den förbättras omgående.

I mars 2020 inledde den amerikanske ögonläkaren Mark Pennesi ett försök där CRISPR injiceras direkt under ögats näthinna på ett antal patienter som lider av en typ av ärftlig blindhet, Lebers kongenitala amauros 10 (LCA10).

Sjukdomen orsakas av en medfödd mutation i genen CEP290.

CRISPR-­behandlingen ska klippa ut mutationen ur genen i patienternas näthinnor och för­hoppningen är att patienterna på så sätt ska återfå synen.

Metoden har gett lovande resultat på möss, men det finns ännu inga resultat från försök på människa. Förhoppningsvis fungerar den som planerat, det finns dock en risk att den även ger oönskade mutationer hos patienterna, precis som hos He Jiankuis kinesiska tvillingar.