Sedan starten för fyra decennier sedan har genteknik blivit en källa till stort hopp inom hälso- och sjukvård, jordbruk och industri. Men det orsakade också djup oro, inte minst på grund av att arbetet med genomredigeringsprocessen. Nu erbjuder en ny teknik, CRISPR-Cas, både precision och förmågan att ändra genomtext på flera platser samtidigt. Men detta tog inte orsaken till oro.
Genomet kan ses som en slags musikalisk poäng. På samma sätt som anteckningar säger musiker i en orkester när och hur man spelar, berättar genomet de beståndsdelar i cellen (vanligtvis proteiner) vad de ska göra. Poängen kan också inkludera kompositörens anteckningar som indikerar möjliga förändringar, överskott, som kan läggas till eller uteslutas, beroende på vad som är fallet. För genomet uppstår sådana "anteckningar" från cellernas liv under många generationer i en ständigt föränderlig miljö.
DNA: s genetiska program är besläktat med en ömtålig bok: ordning på sidorna kan förändras, och vissa flyttar till och med in i andra cellers program. Om en sida är, säg, laminerad, är den mindre benägna att skada när den vänder. På samma sätt är element i det genetiska programmet, skyddade med en stark beläggning, bättre i stånd att tränga in i olika celler och sedan reproducera när cellen delar sig.
Därefter blir detta element ett snabbt spridande virus. Nästa steg är en cell som reproducerar viruset - värdelöst eller skadligt - för att utveckla ett sätt att motverka det. Och i själva verket är detta hur CRISPR-Cas-processen först uppstod för att skydda bakterier från att invadera virus.
Denna process gör det möjligt för förvärvade egenskaper att bli ärftliga. Under den första infektionen kopieras ett litet fragment av det virala genomet - en typ av signatur - till CRISPR genomiska ön (ett ytterligare fragment av genomet, utanför texten till förälder genomet). Som ett resultat kvarstår infektionsminnet i generationer. När en ättling till en cell är infekterad med ett virus, kommer sekvensen att jämföras med det virala genomet. Om ett liknande virus infekterar cellens förälder, kommer efterkommaren att känna igen den och specialmekanismer förstör den.
För forskare tog denna komplexa avkrypningsprocess många årtionden, inte minst för att den strider mot standardteorier om evolution. Men hittills har forskare kommit fram till hur de kan replikera processen, vilket gör att människor kan redigera specifika genom med största precision - praktiskt taget den heliga gral för genteknik på nästan 50 år.
Detta betyder att forskare kan använda CRISPR-Cas-mekanismen för att fixa problem i genomet - motsvarande typfel i skriftlig text. I fallet med cancer vill vi till exempel förstöra de gener som tillåter tumörceller att föröka sig. Vi är också intresserade av att införa gener i celler som aldrig har fått dem genom naturlig genetisk överföring.
Det finns inget nytt för dessa ändamål. Men med CRISPR-Cas är vi mycket bättre rustade för att uppnå dem. Tidigare metoder har lämnat spår i modifierade genomer, vilket till exempel bidrar till antibiotikaresistens. Däremot skiljer sig en mutation som produceras av CRISPR-Cas inte från en mutation som uppstod spontant. Det är därför US Food and Drug Administration har beslutat att sådana ingredienser inte bör märkas som genetiskt modifierade organismer.
Kampanjvideo:
Om flera gener måste modifieras var de tidigare metoderna särskilt svåra eftersom processen måste utföras i följd. Tack vare CRISPR-Cas har förmågan att genomföra genommodifieringar samtidigt skapat svampar och äpplen som inte oxiderar eller blir bruna när de kommer i kontakt med luften - ett resultat som kräver att flera gener samtidigt inaktiveras. Dessa äpplen finns redan på marknaden och anses inte vara genetiskt modifierade organismer.
Andra applikationer är under utveckling. Det så kallade gengenereringsförfarandet för att manipulera genomet kan minska skadan som orsakas av sjukdomsbärande insekter. Den målinriktade modifieringen av gamet i myggor - världens mest dödliga för människor - skulle göra dem oförmögna att överföra ett virus eller parasit.
Men användningen av CRISPR-Cas måste hanteras med försiktighet. Medan denna teknik kan visa sig vara en välsignelse i kampen mot många dödliga sjukdomar, medför den också allvarliga och potentiellt helt oförutsägbara risker. Först, eftersom genom reproducerar och sprids genom reproduktion, kommer modifiering av en hel population endast att kräva modifiering av ett begränsat antal individer, särskilt om organismens livscykel är kort.
Med tanke på hybridiseringsalternativens närhet bland angränsande arter är det dessutom möjligt att modifiering av en myggart också gradvis och okontrollerbart sprids till andra arter. Analys av djurgenom visar att sådana händelser har ägt rum tidigare, med arter som fångats av genetiska element som kan påverka ekosystembalansen och artens utveckling (även om det är omöjligt att säga hur). Och om det är farligt att ändra myggpopulationen, är det inte känt vad som kan hända om vi modifierar mänskliga celler - särskilt könsceller - utan noggrann analys.
CRISPR-Cas-tekniken är redo att förändra världen. Den största utmaningen idag är att se till att dessa förändringar fungerar.
Antoine Danchin
