The CRISPR revolution: in conversation with John van der Oost

Van der Oost vertelt dat CRISPR-Cas bij toeval op zijn pad is gekomen. “In 2001 werkte ik aan een project waarbij we de genoomsequentie van een micro-organisme in kaart brachten. We vonden hele aparte repeterende stukken DNA en hadden geen idee wat de functie daarvan was. Eigenlijk waren we het alweer vergeten, totdat een Amerikaanse wetenschapper in 2005 met een interessante hypothese kwam. Hij dacht dat de repeterende stukjes onderdeel van een afweersysteem waren. We besloten met een team van vier wetenschappers de schouders eronder te zetten en in 2008 hebben we de eerste stukjes van de CRISPR-puzzel opgelost.”

“Al snel werd duidelijk dat dit systeem een uniek stuk gereedschap is om DNA te bewerken in allerlei soorten cellen, van bacteriën tot planten en zelfs menselijke cellen.”

Afweersysteem

Het onderzoeksteam van Van der Oost heeft in 2008 aangetoond dat het repeterende CRISPR-DNA een essentieel onderdeel is van de adaptieve immuniteit van bacteriën. “Tussen het repeterende DNA bleken stukjes virus-DNA te zitten, die samen het geheugen vormen van het CRISPR-afweersysteem van bacteriën.” Dit afweersysteem werkt in twee stadia. Eerst worden de virus fragmenten van het CRISPR-DNA overgeschreven naar CRISPR-RNA, waarna Cas-eiwitten deze informatie kunnen gebruiken als gids om, na een virus infectie, het virus-DNA te vinden dat overeenkomt met het opgeslagen DNA uit het CRISPR-archief. Als er een match is bindt het Cas-eiwit zich aan het virus-DNA, waarna het virus-DNA met een knipje onschadelijk wordt gemaakt.

“Het was een spectaculaire ontdekking, maar al snel werd duidelijk dat dit systeem een uniek stuk gereedschap is om DNA te bewerken in allerlei soorten cellen, van bacteriën tot planten en zelfs menselijke cellen. Door middel van een synthetische CRISPR hebben we laten zien dat het heel makkelijk is om de specificiteit te veranderen. Daardoor kan het CRISPR-Cas systeem aangepast worden om op elke gewenste plek in het DNA te knippen, waarna er op die plek een verandering geïntroduceerd kan worden. Dat heeft ertoe geleid dat veel groepen aan de slag zijn gegaan met onderzoek naar nieuwe systemen, mechanismen en uiteindelijk het ontwikkelen van diverse toepassingen.” Inmiddels is CRISPR-Cas niet meer weg te denken uit de biotechnologie.

Sikkelcelanemie

CRISPR-Cas heeft een revolutie teweeg gebracht in de behandeling van diverse ziektes. “Er zijn onlangs successen geboekt bij het genezen van bloedziektes, zoals sikkelcelanemie. Het foutje in het DNA wordt buiten het lichaam hersteld door stamcellen af te nemen en vervolgens terug te plaatsen.” Een vergelijkbare methode wordt ook gebruikt voor specifieke vormen van immunotherapie bij patiënten met kanker. Het doel is om het afweersysteem van de patiënt te versterken in de hoop dat het leidt tot herkenning en vernietiging van de tumor.

Een volgende stap is het inbrengen van een CRISPR-systeem in het lichaam. “Eerder dit jaar zijn er patiënten met genetische leverziekten behandeld. Het CRISPR-systeem wordt ingebracht en vervoerd in hele kleine bolletjes, zogeheten ‘nanoparticles’. Deze vinden met grote precisie de levercellen en leveren een Cas-eiwit af met een specifieke CRISPR-RNA gids, waarna het DNA van levercellen wordt aangepast.” Een grote technische sprong, volgens Van der Oost. Want wanneer er ook van die nanoparticles gemaakt kunnen worden voor andere organen, kunnen er veel meer ziektes behandeld worden.

Klimaatbestendige gewassen

Een andere kansrijke toepassing is in de plantenbiotechnologie. Plantenveredeling is een langdurig proces, waarbij het wel tien jaar of langer kan duren om de gewenste aanpassing in het gewas te realiseren. Met CRISPR-Cas wordt dit proces aanzienlijk versneld én zijn de aanpassingen nauwkeuriger dan met klassieke veredelingsmethodes. Het is daarom een veelbelovende techniek om gewassen bestendig te maken tegen ziekteverwekkers of de gevolgen van klimaatverandering, om zodoende onze voedselvoorziening te garanderen door opbrengsten te verhogen.

In Europa valt CRISPR-Cas sinds 2018 onder GMO-wetgeving en dit maakt het ingewikkeld om de techniek toe te passen. Volgens veel wetenschappers en veredelaars moet dit anders, en eerder dit jaar stemde het Europees parlement in met een wetsvoorstel om het gebruik van CRISPR-Cas op gewassen toe te staan. “Het is een belangrijke stap in de goede richting, maar er moet nog veel gebeuren op nationaal niveau. CRISPR-Cas is een goede en veilige manier om gewassen te verbeteren en het zou een gemiste kans zijn als veredelaars dit niet kunnen toepassen.”

De techniek wordt de komende jaren alleen nog maar nauwkeuriger legt Van der Oost uit: “Met de kennis die we de komende jaren gaan vergaren weten we nog beter welke genen we moeten aanpassen om bepaalde veranderingen door te voeren. Daarmee kunnen we planten weerbaarder maken en wordt de lijst met genetische ziektes die we kunnen genezen alleen maar langer.”