Mi is az a CRISPR-Cas9?

A CRISPR-Cas9 egy genomszerkesztő eszköz (hétköznapi elnevezése génolló), amely a tudomány világában egyre több ember figyelmét kelti fel.

Gyorsabb, olcsóbb és pontosabb mint bármilyen korábbi DNS szerkesztő és számos lehetséges alkalmazási módja van.

A CRISPR-Cas9 egy egyedülálló technológia, amely lehetővé teszi a genetikusoknak és orvosi kutatóknak, hogy szerkesszék a genomok egyes részeit úgy, hogy a DNS-szekvencia szakaszait eltávolítja, hozzáadja vagy megváltoztatja
Jelenleg ez a legegyszerűbb, legváltozatosabb és legpontosabb módja a genetikai manipulációnak, ezért sokak figyelmét felkeltette a tudomány világában.

A CRISPR-Cas9 rendszer két fő molekulából áll, amelyek megváltoztatják (mutálják) a DNS-t. Ezek a következők:

- egy Cas9 nevű enzim. Ez úgymond „molekuláris ollóként” működik, amely képes elvágni két szál DNS-t egy adott helyen a genomban, ezért a DNS szakaszt el lehet távolítani, vagy hozzá lehet adni.
- egy RNS rész, melyet vezető RNS-nek (gRNs) neveznek. Ez egy kisebb darab előre megtervezett RNS-szekvenciából áll (nagyjából 20 bázis hosszú), amely a hosszabb RNS vázon belül található. A váz köti a DNS-t és az előre megtervezett Cas9 vezető szekvenciát a genom megfelelő részéhez. Ez biztosítja, hogy a Cas9 enzim a megfelelő helyen vágja el a genomot.

A vezető RNS-t arra tervezték, hogy megtaláljon és kössön egy pontos szekvenciát a DNS-en belül. A vezető RNS-nek olyan RNS bázisai vannak, amelyek kiegészítik a célzott DNS szekvenciát a genomon belül. Ez azt jelenti – legalábbis elméletben -, hogy a vezető RNS csak a kitűzött szekvenciához fog kötődni, és semmi máshoz nem.
A Cas9 követi a vezető RNS-t ugyanahhoz a helyszínhez a DNS-szekvencián belül és a DNS mindkét szálát elvágja.
Ebben a fázisban a sejt felismeri, hogy a DNS károsodott és megpróbálja megjavítani azt.
A kutatók ilyenkor léphetnek közbe a DNS javító gépeikkel, és bevezethetik a változásokat egy vagy több génnél is.

A képek azt mutatják sorrendben, hogy hogyan működik a CRISPR-Cas9 szerkesztő eszköz.

Egyes baktériumoknak a a CRISPS-Cas9 rendszerhez hasonló, beépített gén szerkesztő rendszere van, melyet arra használnak, hogy reagáljanak a támadó kórokozókra (mint például a vírusok), akárcsak az immunrendszer.
A CRISPR segítségével a baktérium a vírusos DNS részeit ki tudja vágni, és valamennyit hátrahagy belőle, hogy máskor felismerjék és képesek legyenek védekezni a vírus ellen, ha megint támadna.
A kutatók úgy adaptálták ezt a rendszer, hogy más sejtekben is lehessen használni, mint például az egerekben, vagy az emberekben.

Az évek során a kutatók egyre többet tudtak meg a genetikáról és a gének működéséről a DNS-ben történt változások megfigyelésének köszönhetően.
Ha megváltoztatsz valamit egy génben, akár a sejtvonalban vagy az egész organizmusban, lehetségessé válik megvizsgálni a változás hatását, hogy megérthessük, hogy annak az adott génnek mi a funckiója.
Nagyon sokáig a genetikusok vegyianyagokat vagy sugárzást használtak a mutációk előidézéséhez. Nem tudták azonban irányítani, hogy a genomon belül hol fog megjelenni a mutáció.
Évekig a célzott génmódosítást alkalmazták, hogy változásokat idézzenek elő meghatározott helyeken a genomon belül úgy, hogy eltávolítottak vagy épp hozzáadtak egész géneket vagy bázisokat.
A hagyományos célzott génmódosítás hasznos volt ahhoz, hogy lehessen vizsgálni a géneket és a genetikát, de sokáig tartott előidézni a mutációt és emellett meglehetősen drága is volt.
Számos „gén-szerkesztő” technológiát fejlesztettek ki az utóbbi időben, amelyek javítják a célzott génmódosítást, mint például a CRISPR-Cas rendszerek, a transzkripciós aktivátor-szerű effektor nukleázok (TALEN-ek) és a cink-ujj nukleázok (ZFN-ek).
A CRISPR-Cas9 renszer jelenleg egy kiemelkedően gyors, olcsó és megbízható rendszer amivel lehet módosítani a géneket.

A CRISPR-Cas9 rendszerrel sokféle egészségügyi állapotot lehet kezelni, amelyeknek genetikai eleme van, mint például a rák, a hepatitisz B vagy akár a magas koleszterin szint.
A javasolt alkalmazási módok közül több is magába foglalja a genomok szomatikus (nem reproduktív) sejtjeit, de nagyon sok érdeklődést keltett fel és sok vita merült fel a csíravonal (reproduktív) sejtek módosításával kapcsolatban.
Mivel bármilyen a csíravonal sejtekben történt változás generációról generációra átszáll, ezért etikai problámák merülnek fel ezzel kapcsolatban.
A gén módosításának kivitelezése a csíravonal sejtekben jelenleg illegális a legtöbb országban.
Ezzel szemben a CRISPR-Cas9 és egyéb génmódosítók használata a szomatikus sejtekben nem annyira vitatott. Már használták egyes kisebb, vagy különleges és/vagy életveszélyes emberi betegségek kezelésére is!

Egy sperma és a pete. A génmódosítás a csíravonal sejtekben jelenleg illegális a legtöbb országban.

Valószínűleg még évekig kell várni mielőtt a CRISPR-Cas9-et rendszeresen használnák az embereken.
A kutatások nagy része egyelőre inkább az állatokra vagy az izolált emberi sejtekre koncentrál, amelyek célja, hogy egyszer lehessen rendszeresen használni az emberi betegségek kezelésére.
Nagyon sok munka fókuszál a célhelyet kerülő (off-target) hatásokra, ahol a CRISPR-Cas9 rendszer más gént vág meg, mint amit szándékoztak.

A legtöbb esetben a vezető RNS 20 bázis meghatározott szekvenciájából áll. Ezek kiegészítik a célzott szekvenciát a módosítandó génben. Azonban nem mind a 20 bázisnak kell egyeznie ahhoz, hogy a vezető RNS képes legyen kötést kialakítani.
A probléma ezzel a szekvenciával az, hogy példál a 20 kiegészítő bázisból 19 bázis lehet, hogy valahol teljesen máshol létezik a genomon belül. Ez azt jelenti, hogy létezik potenciál arra, hogy a vezető RNS máshoz vagy másokhoz is kötődjön, mint a célzott szekvenciához.
A Cas9 enzim ekkor a rossz oldalon fog vágni, és ezért rossz helyen jelentkezik a mutáció. Bár ez a mutáció lehet, hogy egyáltalán nem számít az adott embernek, de hatással lehet egy fontos génre vagy a genom egy másik fontos részére.
A kutatók igyekeznek megtalálni a módját annak, hogy a CRISPR-Cas9 pontosabban kötődjön és vágjon. Ezt kétféleképpen lehet elérni:

- jobb, pontosabb vezető RNS-ek megtervezésével, felhasználva az eddigi tudásunkat a genomban található DNS-szekvenciáról és a Cas9-gRNS komplex különböző fajtáinak ’off-target’ viselkedéséről.
- A Cas9 enzim segítségével, amely egyetlen szálát vágja el a kitűzött DNS szálnak lettő helyett. Ez azt jelenti, hogy a két Cas9 enzimnek és a két vezető RNS-nek ugyanazon a helyen kell lennie ahhoz, hogy a vágás kivitelezhető legyen. Ez csökkenti annak a valószínűségét, hogy a vágás a rossz helyen történik meg.