Met CRISPR-cas9 kunnen onderzoekers heel nauwkeurig genen uit het DNA knippen, er een nieuw stukje DNA in plakken en zo bijvoorbeeld een kapot gen repareren. En dat allemaal zonder het DNA verder te beschadigen.
“Dat komt omdat het molecuul, behalve een schaartje, ook een TomTom bij zich heeft dat DNA kan lezen. Op die manier weet hij precies waar hij moet zijn en zet hij een knip op exact de juiste plek in het DNA”, vertelt Foijer.
“Alle genen hebben namelijk hun eigen code, een unieke combinatie van letters. Je geeft CRISPR-cas9 de barcode mee van een bepaald gen, en vervolgens gaat hij zelf op zoek naar de juiste plek in het DNA. Die combinatie van schaartje plus TomTom maakt CRISPR-cas9 zo vernieuwend.”
CRISPR-cas9 is niet bedacht achter de tekentafel, maar begin 2000 ontdekt in bacteriën. Het is namelijk het afweermechanisme van bacteriën tegen virussen. Net als mensen worden ook bacteriën voortdurend belaagd door virussen, zogenaamde bacteriofagen. De bacterie heeft hier echter een beveiligingssysteem voor: CRISPR-cas9.
Dit systeem onthoudt stukjes genetische code van virussen die de bacterie ooit zijn binnengedrongen en legt als het ware een bibliotheek aan vol genetische informatie. Bij een volgende aanval herkent CRISPR-cas9 het virus, gaat erop af en knipt de indringer kapot.
“Heel veel wetenschappers hebben bijgedragen aan dit belangrijke, voorbereidende onderzoek in bacteriën”, zegt Foijer, “onder wie ook microbioloog John van der Oost van de Wageningen Universiteit.
Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier, de twee Nobelprijswinnaars, hebben het goede idee gehad om dit virusafweermechanisme uit de bacterie te halen en te ontwikkelen tot een instrument dat we op menselijke cellen kunnen gebruiken. Dat idee is Nobelprijswaardig gebleken.”
Dat het breken van het DNA nodig is om er veranderingen in aan te brengen, is al veel langer bekend. Sinds de jaren negentig van de vorige eeuw gebruikten wetenschappers een techniek om veranderingen aan te brengen in cellen van bijvoorbeeld muizen.
“Met deze oude techniek was het wel degelijk mogelijk om veranderingen aan te brengen in cellen, maar dit was erg inefficiënt en werkte al helemaal niet in bijvoorbeeld menselijke cellen”, zegt Foijer. “Dit kwam doordat we niet precies konden bepalen waar het DNA brak, waardoor in maar een fractie of geen enkele van de cellen de gewenste verandering optrad. We schoten eigenlijk met hagel terwijl je een sniper nodig hebt.”
Die sniper kwam er dus met de ontwikkeling van CRISPR-cas9 in 2013. Onderzoekers wereldwijd maken daar sindsdien ook dankbaar gebruik van. Foijer combineert CRISPR-cas9 met stamceltechnologie:
“Met stamceltechnologie kunnen we alle mogelijke weefsels maken om te onderzoeken. Dat leert ons heel veel over erfelijke ziekten. Met CRISPR-cas9 kunnen we eventuele defecten repareren in genen en daar weer nieuwe weefsels van maken. De lange termijn belofte is dat we uiteindelijk deze weefsels kunnen transplanteren.”
Een andere belangrijke toepassing van CRISPR-cas9 zijn genetische screens. Onlangs ontving de onderzoeksgroep van Foijer daar financiering voor van KWF Kankerbestrijding. “Kankercellen worden soms resistent tegen chemotherapie, en we hebben geen idee waarom”, zegt Foijer.
“Wat je met zo’n genetische screen doet, is dat je miljoenen kankercellen kweekt en daar een leger van Cas9-eiwitten op los laat die allemaal een ander gen in de cellen doorknippen. Daarna stop je er een chemotherapeuticum bij en laat je het een tijdje pruttelen. Aan het eind blijven alleen de cellen over die resistent zijn en die kun je onderzoeken. Als je weet welke genen in die cellen zijn uitgeschakeld, dan weet je dat die belangrijk zijn voor de resistentie. Op die manier leren we meer over het resistentiemechanisme.”
“Alles wat je op het DNA zou willen doen, is in theorie mogelijk met cas9”, zegt Foijer. “Dat je het eiwit naar een specifieke plek kunt sturen, dat is het allerbelangrijkst. Plak je er een ander stukje eiwit aan vast, dan krijgt het een andere functie. Je zou hem bijvoorbeeld zijn schaartje af kunnen nemen en hem als taak geven om een bepaald gen aan of uit te zetten, dus zonder dat je de code verandert. Want sommige ziektes worden niet veroorzaakt door een mutatie, maar omdat er een gen aan of uit staat. Sinds de ontdekking van CRISPR-cas9 worden er maandelijks nieuwe toepassingen gevonden. De mogelijkheden zijn eindeloos”, aldus de onderzoeker.