De Nobelprijs voor Scheikunde is dit jaar uitgereikt aan de Amerikaanse Jennifer Doudna en aan de Française Emmanuelle Charpentier voor de ontwikkeling van hun zogenoemde ‘genetische schaar’, de DNA-kniptechniek CRISPR-Cas9. Dankzij die revolutionaire techniek kan er heel precies in het DNA ingegrepen worden, wat enorme mogelijkheden opent voor allerlei medische toepassingen.

De ontdekking van Doudna en Charpentier dateert van 2011, maar er was nog veel onderzoek nodig om de vinding te perfectioneren. Een beetje Nederlandse trots is daarbij op zijn plaats, want aan CRISPR-Cas is ook door Nederlandse onderzoekers meegewerkt. De naam CRISPR werd bedacht door Ruud Jansen, aan de Universiteit Utrecht, en de functie van deze genetische machinerie werd ontrafeld door John van der Oost, aan Wageningen Universiteit.

De CRISPR-Cas techniek maakt gebruik van een eigenschap die bacteriën bezitten om virussen, die ze ooit tegengekomen waren, te herkennen. In het DNA van de bacteriën bevindt zich een soort databank van genen die de bacteriën van die virussen gekopieerd hadden. Zodra een bacterie op die manier een bekend virus ontdekt en herkent, stuurt hij een speciaal eiwit –Cas- naar het virus dat het DNA van dat virus in stukken knipt en zo het virus onschadelijk maakt.

Ethische controverse

Doudna en Charpentier hebben op basis van die bacteriële eigenschap een verfijndere versie van het Cas-eiwit ontwikkeld, Cas9. Dat is in staat om heel precies op exact de juiste plek in het DNA een knip te zetten, zonder daarbij de hele genetische code te vernietigen. En op die manier wordt het dus mogelijk om bepaalde genen, die bijvoorbeeld kanker of een andere ziekte kunnen veroorzaken te verwijderen, of omgekeerd om genen met gewenste eigenschappen aan het DNA toe te voegen. Dat laatste aspect is wel ingewikkelder dan het verwijderen van genen. Vooral op medisch-ethisch gebied levert het idee om ‘goede genen’ in te bouwen daarnaast nogal wat controverse op.

Toch is CRISPR-Cas de sleutel tot een grote reeks medische mogelijkheden. De nieuwste ontwikkelingen op het gebied van precisiemedicijn zijn grotendeels te danken aan CRISPR-Cas. In 2019 begonnen de eerste resultaten binnen te komen van klinische studies waarbij CRISPR-Cas de basis van een behandeling vormde, en die resultaten waren veelbelovend. Wetenschappers hopen door middel van het ‘DNA-schaartje’ van Doudna en Charpentier een eind te kunnen maken aan ongeneeslijke erfelijke ziekten, zoals hemofilie of de aangeboren aanleg voor bepaalde soorten kanker.

Geen 'gouden kogel'

Inmiddels zijn er diverse studies wereldwijd gaande die onderzoeken of ‘genetisch redigeren’, zoals de techniek wel genoemd wordt, voor diverse aandoeningen. Hoewel het nog om te kleine aantallen behandelde patiënten gaat om een duidelijke conclusie te trekken over de effectiviteit van ‘genetisch redigeren’ ziet het er niet naar uit dat CRISPR-Cas ‘de gouden kogel’ is die onfeilbaar allerlei ziektes te lijf kan gaan. Vroege resultaten uit studies rond de inzet van ‘verbeterde’ genen bij de behandeling van HIV en bepaalde kankers leken weinig hoopgevend. Tegen erfelijke hematologische aandoeningen als sikkelcelziekte en bèta-thalassemie lijkt de inzet van CRISPR-behandelde cellen wel effect te hebben, blijkt uit vroege resultaten van een andere  studie.

De term CRISPR is een acronym van Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’. Met repeats worden de terugkerende codes bedoeld, die aanwezig zijn in het DNA van bacteriën, en die dienst doen als alarmsysteem om virussen te herkennen. Het Cas-eiwit (afgekort van Cascade) wordt dan vervolgens door de bacterie ingezet om het DNA van het virus los te knippen en onschadelijk te maken.

Meer informatie

Op de website van TU Delft legt bionanoscience engineer Stan Brouns in lekentaal uit wat CRISPR precies is en hoe het Cas9-eiwit in zijn werk gaat.

Lees hier het officiële communiqué van de Nobelprijsjury.

Een uitgebreide uitleg van CRISPR-Cas en hoe de vinding van Doudna en Charpentier tot stand kwam is te lezen op de website van het Nobelcomité.

Ook een wetenschappelijke onderbouwing is te vinden op de website van het Nobelcomité.

Wetenschappelijk vakblad Nature wijdde meermalen artikelen aan de CRISPR-Cas technologie.