CRISPR-Cas ontketent een tweede genetische revolutie

Nobelprijs scheikunde Voor het eerst delen twee vrouwen de Nobelprijs voor de Scheikunde: Emmanuelle Charpentier en Jennifer Doudna.

Crispr-cas kan worden gebruikt als precisiegereedschap om dna te veranderen. Voor die ontdekking ontvangen Doudna en Charpentier nu de Nobelprijs.
Crispr-cas kan worden gebruikt als precisiegereedschap om dna te veranderen. Voor die ontdekking ontvangen Doudna en Charpentier nu de Nobelprijs. Foto Shutterstock

Eindelijk is daar dan de lang verwachte Nobelprijs voor de ontdekking van het moleculaire gereedschap crispr-cas, waarmee het erfelijk materiaal van iedere levensvorm eenvoudig en heel precies te veranderen is. De Franse microbioloog Emmanuelle Charpentier (51) en de Amerikaanse biochemicus Jennifer Doudna (56) kregen woensdag ieder de helft van de Nobelprijs Scheikunde voor hun baanbrekende ontdekking. Die ontketende een tweede genetische revolutie in de biologie.

Charpentier en Doudna ontmoetten elkaar in 2011 op een wetenschappelijk congres in Puerto Rico, en het klikte meteen. Charpentier, die in Zweden werkte, ging in op de uitnodiging van Doudna om in haar lab in Berkeley, Californië onderzoek te komen doen. Dat mondde uit in het doorslaggevende inzicht dat zij in augustus 2012 beschreven in een artikel in Science. „Dit heeft de potentie om het te gebruiken als een programmeerbaar systeem om veranderingen aan te brengen in het genoom.”

Crispr-cas is geen uitvinding, maar bestond al in de natuur

„Absoluut een terechte prijs”, reageert moleculair bioloog Stan Brouns van de TU Delft. „De impact ervan is enorm geweest in het moleculair genetisch onderzoek. Dankzij crispr-cas kun je heel makkelijk genen in het dna zetten of er juist uit halen. Of je kunt een kapot gen ermee repareren.”

Microbioloog John van der Oost van Wageningen Universiteit en Research is niet verbaasd over de toekenning van de Nobelprijs aan Charpentier en Doudna: „Die zagen we natuurlijk al een tijdje aankomen.”

Er circuleerden meer namen rond deze ontdekking, zegt Van der Oost, „maar die van Doudna en Charpentier werden daarbij al zo vaak genoemd dat eigenlijk niemand heel verrast is.”

Lees ook: Interview met Jennifer Doudna (2016) ‘Dit kan onze evolutie veranderen’

De Nobelprijs kan hooguit naar drie mensen tegelijk gaan, daarom moest er gekozen worden. „Maar het is natuurlijk altijd zo dat onderzoekers voortborduren op het werk van anderen”, zegt Van der Oost. „Ook hier in Wageningen hebben we voorbereidend werk gedaan, waardoor het voor Charpentier en Doudna mogelijk was dit te ontwikkelen tot moleculair gereedschap. Maar de prijs gaat terecht naar hen, want zij waren de eersten die zagen hoe het werkte in bacteriën en de reageerbuis. Bovendien voorspelden ze dat het ook zou kunnen werken in plant en dier.”

Crispr-cas is geen uitvinding, maar bestond al in de natuur. Het systeem komt voor bij veel bacteriën die het gebruiken als afweer tegen virussen. Het natuurlijke crispr-cas-systeem „onthoudt” de volgorde van een stukje van het genetische materiaal van virussen die de bacteriën eerder belaagd hebben en knipt radicaal deze dna- of rna-keten doormidden, zodra die deze weer tegen komt. Zo houden bacteriën zich de virussen van het lijf. Charpentier en Doudna bedachten dat dit herkennings- en knipsysteem kon worden gebruikt als een soort Zwitsers zakmes voor het bewerken van dna.

Lang voordat deze geavanceerde functies bekend waren, zagen onderzoekers deze opvallende structuren al terug in het dna van bacteriën. Het was in die tijd, in 2002, dat de Utrechtse promovendus Ruud Jansen de naam crispr-cas bedacht. Het waren de technische afkortingen van structuren die hij zag in het bacteriële dna: ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’ en ‘Crispr Associated Sequences’, crispr en cas dus. Pas veel later ontdekten onderzoekers dat deze genen nodig waren voor een moleculair schaartje dat bacteriën beschermde tegen virussen.

Crispr-cas had ook met een Nobelprijs Geneeskunde beloond kunnen worden

De ontdekking van crispr-cas als gereedschap voor dna had ook in de Nobelcategorie geneeskunde beloond kunnen worden. Immers: er zijn al klinische studies gaande met mensen waarbij onderzoekers proberen een erfelijke ziekte te repareren met crispr-cas. In de VS lopen proeven bij mensen met sikkelcelanemie en aangeboren afwijkingen aan het netvlies.

Maar een expliciete Nobel-erkenning op medisch vlak had heel wat meer voeten in aarde gehad. Ten eerste is het nog te vroeg dag om te beoordelen wat de therapeutische waarde zal zijn, omdat de toepassing bij de mens nog in een experimenteel stadium zit.

Ten tweede zitten er gevoelige ethische kanten aan. Dat bleek bijvoorbeeld toen de Chinese wetenschapper He Jiankui bekendmaakte dat hij een experiment met crispr-cas had uitgevoerd met embryo’s, waaruit twee kinderen geboren waren, Lulu en Nana. Hij had zijn kennis opgedaan in Amerika, onder meer bij Doudna. Dat was een enorme schok voor de wetenschappelijke wereld en heeft de toepassing van crispr-cas bij embryo’s voorlopig op de rem gezet.

Lees ook: Haal de crispr in de kas

Van der Oost snapt dat niet: „Alles wat nu bij de groenteboer ligt is genetisch veranderd, maar dat hebben ze op een random manier gedaan door die plantenzaden bloot te stellen aan straling of aan allerlei chemicaliën die dna-veranderingen veroorzaken. Dat wordt allemaal gedoogd, terwijl we het nu heel precies kunnen doen en kunnen checken of het goed is gegaan, en dan mag het niet. Dat is echt van de gekke.”

Zijn Delftse collega Brouns meldt dat er onlangs nog een toepassing van crispr-cas bij is gekomen – minder omstreden en extra relevant in deze tijden van een coronapandemie. „De crispr-eiwitten kunnen heel goed gebruikt worden om virussen te herkennen, de functie die ze ook oorspronkelijk hadden in bacteriën”, zegt Brouns. „Amerikaanse bedrijven werken nu op basis hiervan aan sneltesten voor corona en andere ziekten.”

Correctie (8 oktober 2020): in een eerdere versie van dit artikel werd gewag gemaakt van Conserved Regularly Interspaced Palindromic Repeats. Dat is gecorrigeerd naar Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.

Luister ook naar deze aflevering van onze podcastserie NRC Onbehaarde Apen: Nobelprijs voor CRISPR-Cas

U kunt zich ook abonneren via Apple Podcasts, Stitcher, Spotify, Castbox of RSS.