Læknaneminn - 01.04.2016, Blaðsíða 34

Ri
trý
nt
e
fn
i
34
CRISPR
Nýtt tímabil í sögu erfðatækninnar
CRISPR
CRISPR-erfðatæknin hefur verið
áber andi í umræðunni undan farin
misseri. Gildis hlaðnar fyrirsagnir
hafa verið áber andi og rætt er
um byltingu í erfðatækni. Mögu-
leikar tækn innar eru ótelj andi og
þeim fylgja stórar siðferðislegar
spurn ingar1. Til að mynda veittu Human Fertili sation
& Embroylogy Authority í Bret landi rannsakendum leyfi
til að nýta CRISPR tæknina í rannsóknir á manna-
fósturvísum í febrúar síðastliðnum2. Í þessari grein verður
leitast við að segja frá hvað býr að baki tækninni og tæpt
á hvernig dular fullt mynstur í erfðaefni bakt ería sem
uppgötvaðist fyrir tilviljun varð að einni stærstu uppgötvun
á sviði erfða tækninnar síðustu ár.
Leiðin að CRISPR
Á 9. áratug síðustu aldar lýsti Yoshizumi Ishino samstæðum
röðum 29 núkleótíða sem eru endurteknar með 32 núkleó tíða
millibili í lok iap gensins í Escherichia coli. Jafnframt fundust
14 núkleótíða parsa mhverfur (e. dyad symmetry) í miðri
rununni. Áður höfðu fundist sambæri legar vel varðveittar
raðir í Escherichia coli og Salmonella typhimurium, kallaðar
REP raðir, sem innihalda svipaða parsamhverfu3. Nokkrum
árum seinna lýsti Francisco Mojica svipuðum röðum
Haloferax mediterreni og H. volcanii4. Mojica nefndi raðirnar
SRSRs (e. short regurlarly spaced repeats) en með því að keyra
saman raðgreiningargögn ýmissa tegunda dreifkjörnunga
sýndi Mojica fram á að raðirnar væru vel varðveittar og að
finna í ótal bakteríutegundum5.
Árið 2002 fengu þessar einkennandi raðir í erfðaefni dreif-
kjörnunga nafnið CRISPR (e. clustered regularly inter spaced
short palindromic repeats). Þessar raðir erfast innan tegunda
en eru mismunandi á milli tegunda. Aðlægt við þessar raðir
eru Cas genin, sem einnig koma hér við sögu6. Á sama ári
fundust stuttar RNA sameindir, snmRNA (e. small non­
messenger RNA) sem raðirnar skrá fyrir7. Í röð unum fannst
þekkt utanlitnings erfðaefni upp runnið ýmist frá plasm íðum
eða bakteríu veirum. Brátt litu kenn ingar um varnarhlutverk
CRISPR gena sætisins gegn óþekktu erfða efni dagsins ljós
auk þess sem hlut verk Cas prótín anna sem Cas genin skrá
fyrir tók að skýrast8. Það var síðan loks árið 2005 þar sem
hlut verki CRISPR var lýst sem varnar kerfi baktería gegn
bakteríuveirum9.
Á milli endurtekinna raða CRISPR eru fleygar (e. spacers)
núkleótíða. Rodolphe Barrangue skýrði það svo að erfða-
innihald fleyganna í S. thermophilus segði til um ónæmi
baktería fyrir ákveðn um bakteríuveirum. Þessir fleygar
erfðust á milli kyn slóða bakt ería en einnig virtust nýir fleygar
bætast við eftir að bakterí urnar sýktust af nýjum veirum
þannig að ónæmi myndaðist10. Þessir fleygar eiga uppruna
sinn í erfðaefni veirunnar sem bakterían myndaði ónæmi
fyrir10. Aðlægu Cas genin eru nauðsynleg fyrir myndun
ónæm isins10. Þau tjá mis mun andi prótín og hafa hlut verk
í mynd un ónæmis bakterí anna en fleyg arnir ráða sértækni
ónæmis ins gegn mis mun andi veirum10. Fyrst er utanað-
komandi erfða efni komið fyrir í fleygum CRISPR gena-
sætisins og sér stakar leiðsögu sameindir, crRNA, eru mynd-
aðar. crRNA kjarn sýrurnar saman standa af 20 núkleotíða röð
upprunninn úr fleygunum í CRISPR auk 19-22 núkleó tíða
raðar frá endurteknum röðum CRISPR. Þær koma við sögu
í þöggun utanað komandi erfða efnis11. Eliza Deltcheva og
samstarfs fólk rann sökuðu frekar myndun crRNA og kom-
ust að því að í ákveðnum CRISPR kerf um (meðal annars í
S. pyogenes) eru mynd aðar sérstakar trans-crRNA kjarn sýrur
sem eru nauðsyn legar fyrir vinnslu crRNA11.
Hvernig virkar CRISPR-erfðatæknin?
Nokkrar útfærslur eru á CRISPR kerfinu í náttúrunni. Sú
útfærsla sem fyrst var nýtt til erfða breytinga, týpa II, byggist
á Cas9 sem er eitt af prótínunum sem Cas genin skrá
fyrir. Cas9 er ensím sem nýtir sér tví þátta RNA formgerð
(e. RNA structure) sam setta úr crRNA og tracrRNA til
að finna röð basa í erfðamenginu sem er mót svarandi við
basaröð í crRNA kjarn sýrunni (mynd 1). Í bakteríum
er þessi röð upprunnin í utanaðkomandi erfða efni sem
bakteríuveirur hafa stungið inn í erfða mengi bakteríanna.
Aðalheiður Elín Lárusdóttir
þriðja árs læknanemi 2015-2016
Erna Magnúsdóttir
dósent við Læknadeild Háskóla Íslands