Et nyt værktøj til at klippe i genetisk materiale rummer et enormt potentiale, fordi det kan gøre ting, som nutidens teknologier ikke kan. Værktøjet skal dog først studeres nærmere og forfines, og det har danske forskere været med til at gøre muligt ved at kortlægge strukturen af den genetiske saks.
Interesserer man sig bare en lille smule for genteknologi, har man med garanti hørt om CRISPR.
CRISPR er hverdagsbetegnelsen for CRISPR-Cas9-teknologien, som inden for de seneste 10 år har revolutioneret den måde, som forskere meget præcist kan klippe i arvemateriale på for at fjerne dele af arvemassen eller sætte nye elementer ind. De tilhørende fremskridt inden for forskning og medicinsk videnskab kan ikke overvurderes.
Det næste skridt mod endnu bedre CRISPR-teknologi kan dog være lige på trapperne.
CRISPR-Cas9 har en fjern kusine i form af CRIPSR-Cas12j (også kaldt Cas_phi), og dette genediteringsenzym kan formentlig udvikles til at blive til et endnu mere potent genteknologisk værktøj.
Først skal strukturen af CRISPR-Cas12j dog kortlægges, for at forskere kan forfine denne genetiske saks, og det er netop, hvad danske forskere lige har gjort.
”CRIPSR-Cas12j har allerede været afprøvet i celler fra både mennesker og planter, så vi ved, at systemet virker. Der skal dog forbedres på det, og for at kunne det skal vi kende til enzymets struktur. Den har vi nu kortlagt, og vi kan se, at den er anderledes end i de andre CRISPR-systemer,” fortæller en af forskerne bag studiet, Guillermo Montoya, der er professor ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research ved Københavns Universitet.
Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.
Stammer fra bakteriernes største frygt
CRISPR-Cas12j kommer fra ærkefjenden til alle bakterier, de såkaldte bakteriofager, som er virus, der lever af at inficere bakterier.
Bakteriofagerne benytter formentlig CRISPR-Cas12j til at forsvare sig mod andre virus ved at klippe deres arvemasse i stykker. Det sker, når bakteriofagerne slås om at være først til at inficere en bakterie.
Netop den egenskab gør CRISPR-systemer interessante i forskningen og i klinikken. Der er dog forskelle på de forskellige genetiske sakse.
Sammenligner man CRISPR-Cas12j med CRISPR-Cas9, har CRISPR-Cas12j én altoverskyggende fordel, og det er, at enzymet kun er halvt så stort som CRISPR-Cas9.
”Fordi det kun er halvt så stort, kan vi bruge det til ting, som vi ikke kan bruge CRISPR-Cas9 til. Når vi som eksempel skal have den genetiske saks ind i en celle, pakker vi den ind i en adenovirus, og det betyder, at der kan opstå pladsmangel, hvis vi kombinerer saksen med andre regulatoriske elementer, der er forholdsvis lange i strukturen. Med CRISPR-Cas12j har vi mere plads i adenovirussen, og det åbner op for, at vi med den genetiske saks kan udføre genetiske editeringer, som ikke er mulige med CRISPR-Cas9,” forklarer Guillermo Montoya.
Kortlagde strukturen ved at tage hundredvis af billeder
I det nye studie har forskerne fra Københavns Universitet brugt mikroskopiteknikken cryo-EM til at kortlægge strukturen af CRISPR-Cas12j.
Cryo-EM er en mikroskopiteknik, hvor forskerne tager mange hundrede billeder af et protein og derefter sammensætter billederne til én tredimensionel struktur.
Guillermo Montoya fortæller, at kortlægningen blandt andet har afsløret, at CRISPR-Cas12j er helt forskellig i strukturen fra CRISPR-Cas9 og andre genetiske sakse, men at selve den klippende del af den molekylære saks, hvor den genkender DNA’et, er bevaret.
”Strukturen er anderledes, men den bevarer de basale egenskaber ved et endonuklease-enzym. I et køkken skal man som eksempel kunne lave mad. Det er funktionen af det rum, men designet kan være vidt forskelligt,” siger han.
Saks skal gøres mere effektiv
Med kortlægningen af strukturen af CRISPR-Cas12j kan forskerne nu nærstudere enzymet med henblik på at forbedre funktionen.
Som CRISPR-Cas12j funger i dag, kan det klippe i arvemateriale, men den enzymatiske aktivitet skal gøres bedre, mere præcis og mere effektiv.
Når forskerne har løst de problemer med hjælp fra den nye kortlægning, kan de stå med den næste generation af genetiske sakse mellem hænderne.
Disse sakse kan udføre genetiske klipninger, som forskere kun kan drømme om i dag.
”I dette studie kan vi se det enorme potentiale, som CRISPR-Cas12j har, primært fordi enzymet løser pakkeproblemet i forhold til at få den genetiske saks og andre støttemolekyler ind i en adenovirus,” siger Guillermo Montoya.
