CRISPR korjaa genomia tarkasti

CRISPR/Cas9-­menetelmän avulla geenivirheiden ­korjaaminen käy aiempaa yksin­kertaisemmin. ­Menetelmään liittyy suuria lupauksia mutta myös paljon uutta ja epävarmaa.

Uskon, että menetelmä tulee poikimaan Nobelin kehittäjilleen, sanoo kantasolubiologian dosentti, LT Kirmo Wartiovaara Helsingin yliopistosta.

Menetelmällä pystytään muokkaamaan DNA:ta tai muuttamaan sen transkriptiota. CRISPR/Cas9 on aiempia geenimuokkaustapoja tarkempi, tehokkaampi ja edullisempi.

Sen avulla voidaan muokata kaikenlaisia soluja, myös ihmisen ituradan soluja. Periaatteessa CRISPR/Cas9-menetelmällä siis voitaisiin aiheuttaa periytyviä muutoksia. Ihmisen ituradan soluihin puuttuminen on kuitenkin kielletty useimmissa maissa.

Kiinassa vähemmän sääntelyä

Kiinassa tutkijat kokeilivat viime

keväänä julkaistussa tutkimuksessa CRISPR/Cas9-menetelmää ihmisalkioihin. Tutkimuksessa käytettiin hedelmöityshoidoista ylijääneitä, elinkelvottomia varhaisia ihmisalkioita, eikä niitä ollut tarkoituskaan istuttaa kohtuun.

Tutkimus julkaistiin Protein and Cell -lehdessä. Tutkimusta oli tarjottu myös esimerkiksi Nature- ja Science-lehtiin, mutta ne kieltäytyivät julkaisemisesta eettisiin syihin vedoten.

Nature-lehdessä julkaistiin pian kiinalaistutkimuksen julkaisun jälkeen tutkijoiden vetoomus, ettei ihmisen ituradan soluihin puututtaisi missään päin maailmaa ennen kuin asiasta on käyty perusteellinen eettinen keskustelu.

– Oma mielipiteeni on, että myös ituradan tutkimusta on syytä tehdä, mutta hoitoihin ei pidä tällä tietoa mennä, Wartiovaara sanoo.

Tarvitseeko iturataan puuttua?

Keskustelua CRISPR/Cas9-menetelmästä leimaa mahdollisuus perinnöllisten muutosten aikaansaamiseen.

– Jos sinulle tehdään periytyviä muutoksia, lapsesi menettävät mahdollisuuden valita itse. Tämä on tärkeä periaatteellinen asia. Tällä hetkellä perinnöllisyyslääketieteessä ei tehdä edes ennustavia geenitestejä alle 18-vuotiaille, jos tutkittava sairaus on sellainen, johon ei sairastuta lapsena.

Wartiovaara arvioi, ettei ituradan soluihin tehtävillä muutoksilla ole erityisen suurta merkitystä perinnöllisten sairauksien hoidon kannalta. Sama vaikutus saadaan turvallisemmin ja eettisesti ongelmattomammin aikaan alkiodiagnostiikalla.

– Alkiodiagnostiikan avulla voidaan valita sellaiset alkiot, joissa ei ole jotain tiettyä geenimutaatiota.

Hoitoa maailman lapsille

Wartiovaaran oma tutkimusryhmä kehittää professori Timo Otonkosken laboratoriossa CRISPR/Cas9-menetelmän avulla hoitoa perinnöllisten punasolutautien parantamiseksi. Suomessa nämä sairaudet, kuten talassemia ja sirppisoluanemia, eivät ole kovin yleisiä. Maailmassa niitä sairastaa noin 300 miljoonaa ihmistä.

Ihmiset, joiden elimistö ei muodosta toimivaa hemoglobiinia, käyvät tällä hetkellä esimerkiksi Suomessa verensiirrossa kuukausittain.

– Köyhissä maissa tällainen hoito ei ole mahdollista.

Ihmisen DNA:ssa on omat geeninsä syntymän jälkeistä ja sikiökauden hemoglobiinin tuotantoa varten. Wartiovaaran ryhmä kehittää hoitoa, jolla potilaan geneettistä koodia muokataan niin, että punasolutautipotilailla aktivoitaisiin sikiön hemoglobiinintuotanto. Tavoitteena on, ettei muokkausta tarvitsisi tehdä yksilöllisesti jokaiselle potilaalle, vaan että saataisiin aikaan geenilääke, joka toimisi samanlaisena kaikilla potilailla.

– Parasta olisi, jos voisimme kehittää hoidon, joka voitaisiin antaa pistoksena luuytimeen. Silloin potilaita voitaisiin suhteellisen helposti parantaa alkeellisissakin oloissa.

Haittavaikutuksia on vaikea arvioida

Wartiovaaran ryhmän työ on siinä vaiheessa, että genominen muuntelu toimii soluissa laboratoriossa. Hoito voisi olla käytössä ehkä 15 vuoden kuluttua.

– Regulatorisesti nämä ovat hankalia. Viranomaisten pitää arvioida, missä vaiheessa hoito voidaan määritellä turvalliseksi.

Ongelmana ovat mahdolliset haittavaikutukset, jotka voivat ilmetä vasta vuosien kuluttua. Käytännössä kysymys on siitä, tapahtuuko muitakin kuin haluttuja geneettisiä muutoksia.

– Syövältä suojaavat geenit on syytä pitää ehjinä, Wartiovaara havainnollistaa.

Suurimmassa osassa tällä hetkellä tekeillä olevista tutkimuksista onkin kohteena jokin hyvin vaarallinen tai tappava tauti – syöpä, HIV, punasolutaudit.

– Mahdolliset haittavaikutukset asettuvat eri valoon, jos hoidolla voidaan estää varma kuolema.

Ei vielä potilaskokeita

CRISPR/Cas9-menetelmä ja muut vastaavat uudet menetelmät nopeuttavat geeniterapioiden kehittelyä. Geenilääkkeen tie markkinoille on kuitenkin pitkä.

Vuodesta 1989 maailmassa on rekisteröity 1 800 geeniterapioihin liittyvää kliinistä tutkimusta. Markkinoille asti on päätynyt kuitenkin vasta neljä geenilääkettä.

Euroopassa on hyväksytty yksi, Glybera, joka on tarkoitettu lipoproteiinilipaasipuutoksen hoitoon. Yhdysvalloissa on juuri hyväksytty onkolyyttinen virusterapiavalmiste T-VEC. Kiinassa on markkinoilla kaksi geenilääkettä, Gendicine ja Oncorine. Molemmat on tarkoitettu syövän hoitoon.

– Näiden lääkkeiden tekeminen on kallista, niiden testaaminen on kallista ja turvallisuussäännökset ovat tiukat, Wartiovaara sanoo.

Turvallisuuden varmistaminen on CRISPR/Cas9-menetelmän kaltaisten uusien tekniikoiden kohdalla vähintään yhtä hankalaa kuin aiemmin.

– CRISPR/Cas9-menetelmässä käytetään bakteereista muokattuja proteiineja, joita meillä ei luonnostaan ole kehoissamme.

Osittain tästä syystä CRISPR/Cas9-menetelmällä tehdyistä kliinisistä tutkimuksista yksikään ei ole edennyt vielä potilastapauksiin asti.

Miten CRISPR toimii?

CRISPR/Cas9-menetelmä perustuu bakteerien immuunipuolustusjärjestelmään viruksia vastaan. Menetelmän käytön genomin muuntelussa keksivät vuonna 2012 yhdysvaltalainen Jennifer A. Doudna ja ranskalainen Emmanuelle Charpentier. Nisäkässoluissa toimivan version pioneeri on Bostonissa toimiva Feng Zhang.

Kun bakteeri havaitsee virus-DNA:n, se tuottaa tähän DNA:han sopivaa RNA:ta. Bakteerin tuottama RNA kytkeytyy Cas9-proteiiniin, joka pystyy RNA:n ohjaamana katkomaan DNA:ta.

Kun bakteerin tuottama RNA tunnistaa DNA:n, johon se sopii, Cas9 katkaisee viruksen DNA:n ja tekee sen toimintakyvyttömäksi.

Tutkijat havaitsivat, että tällä tavalla voidaan katkaista mitä tahansa DNA:ta juuri halutusta kohdasta, kunhan saadaan opas-RNA löytämään juuri oikea paikka genomissa.

Muutoksia pystytään tekemään elävissä soluissa – niin tavallisissa kuin kantasoluissa ja myös alkiossa.

Jos geenin toimintaa halutaan muuttaa, leikatun osan viereen voidaan asettaa DNA-sekvenssi, jolla poistettu osa korvataan. Jos korvaava sekvenssi on riittävän samankaltainen kuin poistettu, solun korjausmekanismit yhdistävät halutun sekvenssin alkuperäiseen. Cas9-proteiinia voidaan myös muokata niin, että se ei katkaise vaan hiljentää tai aktivoi juuri tietyn, opas-RNA:n avulla ohjatun geenin.

– Perinteisillä menetelmillä osattiin vaikkapa lisätä puuttuva geeni. Nyt pystytään muokkaamaan huomattavasti tarkemmin DNA-sekvenssiä tai sitä, miten sitä luetaan, Kirmo Wartiovaara kuvaa.

CRISPR-menetelmää edeltäneillä ZFN- ja TALEN-menetelmillä pystytään samaan, mutta menetelmät ovat hitaampia ja raskaampia. CRISPR-Cas9-työkalujen luominen haluttuun kohtaan vie muutamia päiviä ja maksaa alle sata euroa. CRISPR:ssä proteiini on aina sama, Cas9. Menetelmän käyttäjän tarvitsee tehdä vain RNA-sekvenssi, joka vie proteiinin oikeaan paikkaan.

– Yksi helppouden tuoma arveluttava seikka on se, että aika vähällä koulutuksella voi systeemin saada aikaiseksi. En haluaisi, että esimerkiksi malariahyttysen genomia muutettaisiin innostuksen vallassa ajattelematta mihin kaikkeen se voi vaikuttaa.

Muuten Wartiovaara povaa menetelmälle loistavaa tulevaisuutta. Vielä ei edes tiedetä, mihin kaikkeen sitä voidaan käyttää.

– Ensimmäiset menetelmän tuomat mullistukset tulevat liittymään maatalouteen ja elintarviketeknologiaan. Niissä on vähemmän sääntelyä.