Uitgelegd: de Nobelprijs voor scheikunde voor een schaar om genen te bewerken

Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna delen de prijs voor de chemie van CRISPR, waarmee wetenschappers kunnen 'knippen-plakken' in een genetische sequentie. Dit heeft verschillende mogelijke toepassingen, maar roept ook ethische bezwaren op.

Ten eerste creëren onderzoekers kunstmatig een gids-RNA, dat helpt om de genetische schaar naar de plaats in het genoom te brengen waar de snede zal worden gemaakt. Om een ​​gen te bewerken, ontwerpen ze speciaal een klein DNA-sjabloon. Wanneer de cel de snede herstelt, zal deze deze DNA-sjabloon gebruiken. Hierdoor verandert de code in het genoom. (Johan Jarnestad/De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen)

De eenvoud ervan is vaak vergeleken met het 'Cut-Copy-Paste'-mechanisme in een tekstverwerker (of waarschijnlijk het al even gebruikelijke 'Find-Replace'-mechanisme), terwijl het gebruik ervan de mens en alle andere levensvormen kan transformeren. Het kan mogelijk genetische en andere ziekten elimineren, de landbouwproductie vermenigvuldigen, misvormingen corrigeren en zelfs de meer controversiële mogelijkheden openen om 'designerbaby's' te produceren en cosmetische perfectie te brengen. In feite kan alles wat te maken heeft met het functioneren van de genen worden gecorrigeerd, of 'bewerkt'.

De CRISPR-technologie (afkorting van de nogal onelegante Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) technologie voor gen-editing heeft sinds de ontwikkeling in 2012 voor enorme opwinding gezorgd, zowel vanwege de belofte die het inhoudt bij het verbeteren van de kwaliteit van leven, en de gevaren van het misbruik ervan. Honderden wetenschappers en laboratoria zijn sindsdien begonnen te werken aan de technologie voor verschillende toepassingen. In de afgelopen acht jaar heeft de technologie zijn ontwikkelaars een reeks prijzen en onderscheidingen opgeleverd. Woensdag culmineerde het in de Nobelprijs voor Scheikunde voor de twee vrouwen die het allemaal begonnen, de 52-jarige Emmanuelle Charpentier uit Frankrijk en de 56-jarige Amerikaanse Jennifer Doudna.

Het is mogelijk de enige keer in de geschiedenis van de Nobelprijs dat twee vrouwen als enige winnaars zijn uitgeroepen.

De technologie

Het bewerken of wijzigen van gensequenties is niets nieuws. Het gebeurt nu al tientallen jaren, met name op het gebied van landbouw, waar verschillende gewassen genetisch zijn gemodificeerd om bepaalde eigenschappen te verschaffen.

Maar wat CRISPR heeft gedaan, is dat het bewerken van genen heel gemakkelijk en eenvoudig is geworden, en tegelijkertijd uiterst efficiënt. En de mogelijkheden zijn bijna eindeloos, zegt Debojyoti Chakraborty die met deze technologie werkt bij het in New Delhi gevestigde CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology.

In wezen werkt de technologie op een eenvoudige manier: het lokaliseert het specifieke gebied in de genetische sequentie waarvan is vastgesteld dat het de oorzaak van het probleem is, verwijdert het en vervangt het door een nieuwe en correcte sequentie die niet langer de oorzaak van het probleem is. probleem.

De technologie repliceert een natuurlijk afweermechanisme in sommige bacteriën die een vergelijkbare methode gebruiken om zichzelf te beschermen tegen virusaanvallen.

Een RNA-molecuul is geprogrammeerd om de specifieke problematische sequentie op de DNA-streng te lokaliseren, en een speciaal eiwit genaamd Cas9, dat nu in de populaire literatuur vaak wordt beschreven als 'genetische schaar', wordt gebruikt om de problematische sequentie te doorbreken en te verwijderen. Een DNA-streng heeft, wanneer gebroken, de natuurlijke neiging om zichzelf te herstellen. Maar het auto-reparatiemechanisme kan leiden tot de hergroei van een problematische reeks. Wetenschappers grijpen tijdens dit autoreparatieproces in door de gewenste volgorde van genetische codes aan te leveren, die de oorspronkelijke volgorde vervangt. Het is alsof je ergens tussenin een deel van een lange rits afsnijdt en dat deel vervangt door een nieuw deel.

Express uitgelegdis nu aanTelegram. Klik hier om lid te worden van ons kanaal (@ieexplained) en blijf op de hoogte van het laatste nieuws

dreamworks nettowaarde

Omdat het hele proces programmeerbaar is, heeft het een opmerkelijke efficiëntie en heeft het al bijna wonderbaarlijke resultaten opgeleverd. Er zijn heel veel ziekten en aandoeningen, waaronder sommige vormen van kanker, die worden veroorzaakt door een ongewenste genetische mutatie. Deze kunnen allemaal worden opgelost met deze technologie. Ook elders zijn er omvangrijke toepassingen. Genetische sequenties van ziekteverwekkende organismen kunnen worden gewijzigd om ze ondoeltreffend te maken. Genen van planten kunnen worden bewerkt om ze bestand te maken tegen ongedierte, of om hun tolerantie voor droogte of temperatuur te verbeteren.

Wat de implicaties ervan betreft, is dit mogelijk de belangrijkste ontdekking in de biowetenschappen na de ontdekking van de dubbele helixstructuur van het DNA-molecuul in de jaren vijftig, zei Siddharth Tiwari van het in Mohali gevestigde National Agri-Food Biotechnology Institute, die is met behulp van de CRISPR-technologie op genen van bananenplant.

Emmanuelle Charpentier en Jennifer Doudna, voor het ontdekken van de genetische schaar van CRISPR/Cas9, die kan worden gebruikt om het DNA van levende wezens te veranderen.

De winnaars

Charpentier en Doudna werkten onafhankelijk van elkaar toen ze verschillende stukjes informatie tegenkwamen die later samenkwamen om tot deze technologie te worden ontwikkeld. Charpentier, een bioloog die toen in een laboratorium in Zweden werkte, had de expertise van een biochemicus nodig om de nieuwe informatie te verwerken die ze had gekregen over de genetische sequenties in een bepaalde bacterie waaraan ze had gewerkt, genaamd Streptococcus pyogenes.

Ze had gehoord van Doudna's werk aan de University of California, Berkeley, en de twee ontmoetten elkaar toevallig in 2011 op een wetenschappelijke conferentie in Puerto Rico, volgens een verslag gepubliceerd op de website van de Nobelprijs. Chapentier stelde een samenwerking voor, waar Doudna mee instemde. Hun onderzoeksgroepen werkten het jaar daarop over lange afstand samen. Binnen een jaar waren ze in staat om met een revolutionaire technologie van gen-editing naar buiten te komen.

Verschillende andere wetenschappers en onderzoeksgroepen hebben ook een essentiële bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van deze technologie. Iemand als Virginijus Siksnys, een biochemicus die aan de universiteit van Vilnius in Litouwen werkt, wordt algemeen erkend als mede-uitvinder van deze technologie. Siksnys deelde zelfs de Kavli Prize in Nanoscience van 2018 met Doudna en Chapentier voor deze technologie. Maar de baanbrekende bijdrage van de twee vrouwen staat buiten kijf. Hun prestatie is de afgelopen jaren bekroond met verschillende prestigieuze prijzen, waaronder de Breakthrough Prize in Life Sciences in 2015 en de Wolf Prize in Medicine eerder dit jaar.

Er is wat gemompel geweest in de wetenschappelijke gemeenschap over de scheikunde Nobel die naar biologen is gegaan. Maar blijkbaar is dit geen nieuw fenomeen. De centrale rol van chemie in de biowetenschappen - op moleculair niveau is biologie in wezen chemie - heeft ervoor gezorgd dat er recentelijk steeds meer Nobelprijzen zijn toegekend voor werk op het gebied van biochemie. In feite heeft een eerder dit jaar gepubliceerde onderzoekspaper gewezen op deze geleidelijke verschuiving in de aard van de scheikundeprijs. Volgens Chemistry World, een nieuwsmagazine uitgegeven door de Royal Society of Chemistry, hadden van de 189 wetenschappers die tot dusver de Nobelprijs voor Chemie hebben gekregen, 59 op het gebied van biochemie gewerkt. Dit was meer dan enige andere tak van chemie.

Lees ook | De Nobelprijzen voor Fysica en Geneesmiddel

richard garfield andrew garfield

Etnische twijfels

In november 2018 zorgde een Chinese onderzoeker in Shenzen voor internationale sensatie met zijn bewering dat hij de genen van een menselijk embryo had veranderd, wat uiteindelijk resulteerde in de geboorte van tweelingbabymeisjes. Dit was het eerste gedocumenteerde geval van een 'designerbaby' die werd geproduceerd met behulp van de nieuwe tools voor het bewerken van genen, zoals CRISPR, en het riep precies het soort ethische zorgen op waar wetenschappers zoals Doudna het over hadden.

In het geval van de Chinese tweeling zijn de genen bewerkt om ervoor te zorgen dat ze niet besmet raken met hiv, het virus dat aids veroorzaakt. Deze speciale eigenschap zou dan ook door hun volgende generaties worden geërfd. De zorgen gingen niet zozeer over de reden waarom de technologie werd gebruikt, als wel over de ethiek van het voortbrengen van baby's met bepaalde genetische eigenschappen. Wetenschappers wezen erop dat het probleem in dit geval, mogelijke infectie met het HIV-virus, al andere alternatieve oplossingen en behandelingen had. Wat de zaken nog erger maakte, was dat de genetische modificatie waarschijnlijk werd gedaan zonder enige regelgevende toestemming of toezicht. Anderen wezen er ook op dat hoewel de CRISPR-technologie ongelooflijk nauwkeurig was, deze niet 100 procent nauwkeurig was, en het is mogelijk dat sommige andere genen ook per ongeluk kunnen worden gewijzigd.

Doudna heeft zelf campagne gevoerd voor de ontwikkeling van internationale regels en richtlijnen voor het gebruik van CRISPR-technologie, en pleitte voor een algemene stopzetting van dit soort toepassingen tot die tijd.

Deel Het Met Je Vrienden: