Mikä on CRISPR?
CRISPR on geenitekniikan työkalu, jolla voidaan edullisesti, tehokkaasti ja tarkasti muuttaa minkä tahansa eliön perimää.
CRISPR tulee sanoista ”clustered regularly interspaced short palindromic repeats”, ja kyse on bakteerien dna:ssa esiintyvien pienten viruspätkien kopioista. Bakteerit käyttävät niitä pahojen virusten tunnistamiseen.
Kun haitallinen virus on tunnistettu, bakteeri tuhoaa sen Cas9-entsyymillä, joka pystyy katkaisemaan viruksen ja siten eliminoimaan sen.
Japanilainen tutkimusryhmä keksi CRISPR:n oikeastaan vahingossa vuonna 1987. Bakteerien virustentorjuntajärjestelmän tarjoamat mahdollisuudet ymmärrettiin kuitenkin toden teolla vasta vuonna 2012.
Silloin biokemistit Jennifer Doudna Yhdysvalloista ja Emmanuelle Charpentier Ranskasta osoittivat, että CRISPR:n avulla voidaan muuttaa kasvien, eläinten ja ihmisten perintötekijöitä.
Läpimurron jälkeen CRISPR-tekniikkaa on käytetty yli 300 000 tutkimuksessa eri puolilla maailmaa. Se on avannut uudenlaisia näköaloja kokeisiin – ja aiheuttanut paljon eettisiä ongelmia.
VIDEO: CRISPR:n äiti valottaa keksintöään
Jennifer Doudna keksi CRISPR-geenisaksien muokkausmahdollisuudet vuonna 2012. Kuuntele, mitä hän kertoo niistä – ja menetelmään liittyvistä eettisistä ongelmista.
Kuinka CRISPR toimii?
CRISPR koostuu kahdesta pääosasta.
Toinen osa on informaatioketju, rna-pätkä, jonka sisältämä emäsjakso vastaa muutettavan geenin dna-emäsjaksoa.
Toinen osa on Cas9-niminen proteiini, joka kytkeytyy rna-pätkään ja toimii saksina.
Kumpikin työkalu ruiskutetaan niihin soluihin, joissa geenin halutaan muuttuvan. Ensin rna-pätkä etsii geenin, ja sitten Cas9 katkaisee sen.
Seuraavaksi solu yrittää koostaa geenin uudestaan oikein, mutta usein se epäonnistuu. Vahingoittuneesta geenistä ei tule enää toimivaa. Perinnöllisiä sairauksia voidaan siten hävittää tuhoamalla taudinaiheuttajageeni.
Kun tavoitteena on korjata geeni tai lisätä siihen jotakin, otetaan käyttöön kolmas CRISPR-väline.
Kyse on pienestä dna-pätkästä, joka on geeniä muuttava jakso. Tämä niin sanottu luovuttaja-dna yhdistyy perintötekijään sen jälkeen, kun Cas9 on katkaissut sen.
Näin CRISPR toimii
Rna ohjaa sakset oikeaan kohtaan
CRISPR (sininen) mahdollistaa kajoamisen tarkasti määräkohtaan dna:ssa. Ohjaus perustuu dna:ta muistuttavaan erikoisvalmisteiseen rna:han, joka vastaa muokattavaa dna-jaksoa.
Entsyymisakset katkaisevat dna-juosteen
Entsyymi Cas9 (keltainen) toimii saksina, jotka katkaisevat dna:n. Kun rna on ohjannut sakset määräkohtaan dna:ssa, entsyymi leikkaa juosteen poikki siitä, mihin halutaan tehdä perintöaineksen muutos.
Malli sisältää uuden informaation
Solu alkaa korjata vauriota vaihtamalla leikkauskohdan dna:ta. Kun halutaan, että uusi dna sisältää tiettyjä ominaisuuksia, CRISPR:llä voidaan lisätä malli, joka muistuttaa vaihtuvaa dna:ta. Solu käyttää automaattisesti mallia täydentäessään dna:ta uudella informaatiolla.
Mihin CRISPR pystyy?
Tuhannet eri puolilla maailmaa toimivissa laboratorioissa työskentelevät tutkijat selvittävät, mitä kaikkia sairauksia CRISPR:llä voidaan hoitaa tai parantaa.
Lukuisissa hiirikokeissa on saatu hyviä tuloksia geenisaksien käytöstä syöpäsolujen eliminointiin. Lisäksi CRISPR:llä on onnistuttu hävittämään laboratoriohiiriltä hiv-viruksia.
Vuonna 2020 tutkimuksessa päästiin pitkä harppaus eteenpäin, kun CRISPR:ää käytettiin ensimmäistä kertaa suoraan ihmiskehossa. Läpimurto tapahtui kokeessa, joka tähtäsi sokeuttavan perinnöllisen Leberin synnynnäisen amauroosin parantamiseen. Siihen ei ole hoitoa.
Koehenkilöiden verkkokalvon taakse annosteltiin tippoja, jotka sisälsivät CRISPR-välineet.
Tavoitteena oli, että geenisakset poistavat sairastuttavan geenimuunnoksen ja normalisoivat siten näköaistin.
Kolmen kuukauden kuluttua voitiin todeta, että 78 prosentilla koehenkilöistä kummankin silmän näkö oli parantunut.
Mitä eettisia ongelmia CRISPR aiheuttaa?
CRISPR nähdään kuitenkin myös mörkönä.
Tammikuussa 2015 joukko maailman johtavia biologeja kokoontui keskustelemaan ihmisen dna:n muokkauksen mahdollisuuksista ja uhkista.
”Varoitamme vakavasti ryhtymästä kokeisiin, joissa muutetaan ihmisen sukupuolisolujen geenejä, ennen kuin sosiaalisia ja eettisiä sekä ympäristövaikutuksia on käsitelty kunnolla”, biologit totesivat avoimessa kirjeessään.
Kiinalaistutkija He Jiankuilta viesti meni ohi korvien.
Vuonna 2018 He Jiankui nimittäin kertoi muokanneensa ensimmäisenä maailmassa ihmisalkioita CRISPR:llä. Kyse oli kahden kaksostytön perimästä.
Perimänmuokkaus tuomittiin yleisesti, ja vuonna 2020 He Jiankui sai kolmen vuoden vankeusrangaistuksen ”laittoman lääketieteellisen toiminnan harjoittamisesta”.
He Jiankui sai kolmen vuoden vankeusrangaistuksen epäeettisten CRISPR-kokeiden tekemisestä.
Jennifer Doudna – toinen niistä tutkijoista, jotka tekivät CRISPR:stä monikäyttöiset geenisakset vuonna 2012 – tuntee sekä ylpeyttä että pelkoa siitä, että tutkijat ovat saaneet haltuunsa uuden välineen.
Doudna totesi vuonna 2017 kalifornialaiselle Los Angeles Times -lehdelle: ”CRISPR:ää voidaan käyttää kaikkialla maailmassa, mikä on paitsi hienoa myös huolestuttavaa. Kuinka jotain tällaista valvotaan?”
CRISPR voi tehdä siasta elintenluovuttajan
Siirtoelimet pelastavat joka vuosi tuhansien ihmisten hengen. Niitä, jotka odottavat vaikkapa munuaista, keuhkoja tai sydäntä, on kuitenkin paljon.
Pelkästään Yhdysvalloissa elinsiirtojonossa on 107 000 henkilöä. Monet heistä ehtivät kuolla, ennen kuin heille olisi tarjolla sopiva siirre.
Tulevaisuudessa siirtoelinten pulaa voidaan helpottaa varmasti joistakin hurjalta kuulostavalla tavalla.
Viime aikoina on nimittäin selvitetty mahdollisuuksia tuottaa ihmiselle siirteitä CRISPR:llä muokatuissa sioissa.
CRISPR voi tehdä sian elimistä ihmiselle sopivia siirteitä.
Ihmisen ja sian elimistöllä on paljon yhtäläisyyksiä, eikä ajatus, että ihmiselle siirretään esimerkiksi sian sydän, ole suinkaan uusi.
Ongelmana on vain se, että ihmisen immuunijärjestelmä hylkii sian elimiä, sillä se pitää eläimen soluja vieraina, koska niiden pinnassa esiintyy tuntemattomia proteiineja.
CRISPR:llä on kuitenkin mahdollista hävittää ne geenit, jotka ohjaavat puolustusreaktiot aiheuttavien pintaproteiinien tuotantoa, ja siten tehdä sian kudoksista vastustuskyvyn kannalta harmittomia.
Arvioiden mukaan sian dna tarvitsee ainakin 13 000 muutosta, ennen kuin siitä saadaan siirteitä ihmiselle.