Door CRISPR-Cas zijn wetenschappers in staat om foutjes in het DNA te repareren. Zo kunnen bepaalde genetische ziektes verholpen of zelfs voorkomen worden. De Nederlandse microbioloog John van der Oost, een van de grondleggers van de technologie, legt uit hoe het werkt en wat we er wel en niet mee kunnen.

John van der Oost, hoogleraar microbiologie aan Wageningen University & Research, startte in 2006 met een onderzoek naar het CRISPR-Cas-systeem in bacteriën. Dit systeem is een afweersysteem van bacteriën om zich te beschermen tegen virussen. Het fungeert als een soort archiefkast in het DNA waarin stukjes van de genetische codes van verschillende virussen zijn opgeslagen.

"Vergelijk het met een archief op het politiebureau met daarin foto's en vingerafdrukken van criminelen", zegt Van der Oost. "Als er sprake is van een 'inbraak' door een nieuwe virusinfectie van de bacterie, kan het CRISPR-Cas-systeem het virus-DNA herkennen en onschadelijk maken door het kapot te knippen."

'Griepprik voor bacteriën'

Van der Oost en zijn onderzoeksgroep slaagden er als eersten in om de werking van CRISPR-Cas in kaart te brengen. Het lukte hen vervolgens ook om met synthetisch nagemaakt virus-DNA een "griepprik voor bacteriën" te ontwikkelen. Door een stukje virus-DNA - de vingerafdruk - in het DNA-archief van een bacterie te plakken, stelden zij de bacterie in staat om toekomstige infecties te herkennen en af te breken. "Toen we daar eenmaal in geslaagd waren, drong het niet lang daarna tot ons door dat we met deze techniek niet alleen konden knippen en plakken in het DNA van bacteriën, maar ook in het DNA van planten en mensen."

Zo legden Van der Oost en zijn team de basis voor 'genome editing', het aanpassen van DNA met behulp van het CRISPR-Cas-systeem. De techniek kan bijvoorbeeld worden ingezet om de code van een genetische ziekte uit het DNA van een bevruchte eicel te knippen en te vervangen door gezond DNA.

Onderstaande video legt uit wat DNA is en hoe CRISPR-Cas precies werkt:

Wat is DNA en hoe werkt CRISPR-Cas?
1
Wat is DNA en hoe werkt CRISPR-Cas?

Foutje op het DNA

Een andere zeer veelbelovende toepassing is de behandeling van sikkelcelanemie. Deze genetische bloedziekte, die het zuurstoftransport van rode bloedcellen in de war schopt en leidt tot chronische vermoeidheid, wordt veroorzaakt door één foutje op het DNA van de patiënt.

"Dankzij de CRISPR-Cas-techniek zijn we al bijna zo ver dat we deze patiënten kunnen genezen", aldus Van der Oost. "Stamcellen maken continu nieuwe rode bloedcellen aan. Door die uit het beenmerg te halen, het foutje op het DNA te herstellen en - na nauwkeurig te controleren of alles goed is gegaan - de stamcellen weer in het beenmerg te plaatsen, ontstaat een constante productie van gezonde rode bloedcellen."

Kankercellen opruimen

CRISPR-Cas wordt ook al op vergelijkbare wijze ingezet om bepaalde vormen van kanker te bestrijden. "Sommige mensen hebben een afweersysteem dat, dankzij drie minimale veranderingen aan de eiwitjes aan de buitenkant van witte bloedcellen, in staat is om kankercellen te herkennen. Onderzoekers proberen nu om de stamcellen voor die witte bloedcellen zo aan te passen dat het immuunsysteem van de patiënt in staat is om zelf kankercellen te herkennen en op te ruimen."

Deze vormen van genome editing gaan voor een aantal genetische ziektes het verschil maken, zegt Van der Oost. Helaas biedt CRISPR-Cas niet voor alle DNA-gerelateerde aandoeningen uitkomst. "Een genetische spierziekte is een veel lastiger verhaal, want dan moet je ervoor zorgen dat alle spieren worden voorzien van nieuwe cellen. Maar ook daar zijn onderzoeksgroepen al mee bezig."

Ethische discussie

Van der Oost is zich er terdege van bewust dat genome editing een ethische discussie oproept, en vindt ook dat die gevoerd moet worden. "Ik maak vaak de vergelijking met een scalpel. Dat is een onmisbaar stuk gereedschap om operaties uit te voeren, maar je kunt iemand er ook mee verwonden."

Speculaties over designerbaby's met zoveel mogelijk gunstige eigenschappen noemt Van der Oost "flauwekul". "Van sommige menselijke eigenschappen weten we precies hoe het zit, maar waar het talent om goed te kunnen voetballen of musiceren vandaan komt weten we niet, omdat daar misschien wel honderd of nog veel meer genen bij betrokken zijn. Laten we CRISPR-Cas inzetten om genetische ziektes op te lossen en goede dingen voor de planeet te doen."

Een concreet voorbeeld is het genetisch aanpassen van voedselgewassen, zodat die bijvoorbeeld beter bestand zijn tegen droogte of een hogere voedingswaarde hebben. "Deze techniek kan echt een gigantische positieve impact hebben voor de komende generaties", aldus Van der Oost.

Onderzoek met impact

In 2018 beloonde de NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek) het baanbrekende werk van Van der Oost met de Spinozapremie, de hoogste onderscheiding in de Nederlandse wetenschap. De microbioloog is trots dat zijn onderzoeksgroep één van de puzzelstukjes heeft aangeleverd om medische doorbraken mogelijk te maken.

"Wat wij hier in Nederland allemaal hebben uitgevogeld, is zelden vertoond in de biologie en qua belang voor het veld misschien zelfs vergelijkbaar met de ontdekking van de DNA-structuur. We waren gewoon nieuwsgierig naar het virusafweersysteem van bacteriën. De enorme impact die ons werk nu heeft, met al die toepassingen voor het genezen van patiënten, hebben we nooit zien aankomen."

Volgens Van der Oost onderstrepen de vele toepassingsmogelijkheden van het CRISPR-Cas-systeem het belang van fundamenteel onderzoek. "Niemand had kunnen voorspellen wat ons werk allemaal teweeg zou brengen."

Vraag het de wetenschap

Meer weten over baanbrekende DNA-technieken? Of zelf een vraag stellen aan onderzoekers? De Nationale Wetenschapsagenda gaat op zoek naar de antwoorden. In mei kijken we naar muziek. Hoe maak je een hit? En hoe kunnen we muziek inzetten als medicijn? Volg de NWA op Facebook of Instagram en stel je je vraag tijdens de live-sessies.