CRISPR - revolutionerande genteknik Magnus Lundgren Uppsala Universitet magnus.lundgren@icm.uu.se
Magnus Lundgren Född 1975 i Malmö Uppväxt i Malmö, Ockelbo, Gävle Bor med sambo & barn i Uppsala Studerat och jobbat med biologi sedan 1996
Vad är jag egentligen? 20-25 tusen gener 1000 miljarder mänskliga celler (och 10 ggr. så många bakterier) 40 års livserfarenhet
Vad säger mina gener om mig? Fräknig, blå ögon, rött hår Tål alkohol (nåja) Laktostolerant Nyser i starkt ljus Låg känslighet för svettlukt Hög känslighet för blodproppsmedicin (Waran) Inga kända anlag för monogena sjukdomar 2.7% Neandertalare
Vi står som första art på jorden inför möjligheten att skriva om våra (och andra arters) gener, med hjälp av CRISPR-tekniken
Ändra DNA i celler - varför? Verktyg i biologisk och medicinsk forskning Modifiera organismer för industri och jordbruk Behandling av sjukdomar
Hur fungerar CRISPR-tekniken? Cas9-proteinet har programmerbar DNA-klyvning DNA-reparation leder till genetisk förändring Specifik DNA-skada DNA repareras, men med liten slumpmässig ändring Cas9 hittar måltavlan Icke-homolog sammanfogning Bild från Framtidens Mat (Mistra Biotech)
Hur fungerar CRISPR-tekniken? Cas9-proteinet har programmerbar DNA-klyvning DNA-reparation leder till genetisk förändring Specifik DNA-skada Cas9 hittar måltavlan mall- DNA Introducerat mall-dna DNA-skadan lagas med mallen, specifik förändring Bild från Framtidens Mat (Mistra Biotech) Homologi-baserad reparation
Hur görs en ny viktig upptäckt? Bakterier utsätts för virus CRISPR-Cas ett immunsystem som sparar bitar av virus-dna Kopia av sparade bitar styr Cas9 cas-gener Cas9 1 2 3 4 5 6 7 8 CRISPR Virus-DNA CRISPR-RNA 9
Utveckling av Cas9 Upptäckt 2007 Grundläggande mekanism upptäckt 2010 Förenkling av systemet 2012 Genförändring av mänskliga celler 2013 Philippe Horvath Rodolphe Barrangou Sylvain Moineau Jennifer Doudna Emanuelle Charpentier Barrangou et al. (2007) Garneau et al. (2010) Jinek et al. (2012) Mali et al. (2013) Cong et al. (2013) George Church Feng Zhang
Genförändring med CRISPR Effektivare, snabbare, enklare och billigare än tidigare tekniker Alla typer av genförändringar kan göras Kan även användas för att reglera gener Förbättring av tekniken pågår
Exempel på arter där Cas9 har använts Människor Andra primater Grisar Möss och råttor Boskap Getter Fisk Fjärilar Flugor Maskar Salamandrar Grodor Poppel Backtrav Vete Majs Ris Jäst
Cas9 i industri, jordbruk och naturvård Skapa genmodifierade organismer, nuvarande GMO-regler inte tillämpbara Möjliggör förändring/bekämpning av sjukdomsbärande insekter och invasiva arter Aedes aegypti-mygga Rhinella marina (agapadda) Arion vulgaris-snigel
Gendrivare Gör att utvald gen ärvs mer än andra gener, kan användas exempelvis för att förhindra att en insekt bär smitta Vanlig ärftlighet
Gendrivare Gör att utvald gen ärvs mer än andra gener, kan användas exempelvis för att förhindra att en insekt bär smitta Ärftlighet med standard-gendrivare Burt (2003) Esvelt et al. (2014) Gantz och Bier (2015)
Gendrivare Kan slå ut arter som t.ex. sprider sjukdom eller skadar ekosystem Ärftlighet med suppressions-gendrivare Burt (2003) Esvelt et al. (2014)
Medicinsk potential för Cas9 Analysera gener för deras påverkan på sjukdomar och behandling Kombination med stamcellsteknik Bota bakterieinfektion Avlägsna antibiotikaresistens hos bakterier Behandling av virusinfektion Vaccinering mot virus (t.ex. HIV) Behandling av ärftliga sjukdomar Rath et al. (2015)
Genterapi Många sjukdomar orsakas/påverkas av gener 8000 kända monogena sjukdomar (tex. cystisk fibros, sicklecellanemi, PKU) Komplexa sjukdomar flera samverkande faktorer (genetik/miljö)
Typer av genterapi Somatisk Behandling av barn/vuxna Många celler måste förändras Lokal förändring i kroppen Förändring ärvs inte Könsceller Endast en cell behöver förändras Alla celler i kroppen påverkas Förändringen ärvs Alternativ används
Riktlinjer för forskning
Varför inte genmodifiera människor? Fel ändring kan ge nya sjukdomar Oförutsedda sidoeffekter av rätt ändring Kan förändra synen på människan och våra egenskaper Inget medgivande från kommande generationer Bota/förhindra sjukdomar Bättre syn, knän, minne, osv. Det sluttande planet Längd, ögonfärg, hårfärg
Sammanfattning CRISPR Revolutionerande verktyg för genförändring Upptäcktes genom grundforskning på bakteriers virusförsvar Har potential som kräver etiska överväganden