Du måste aktivera javascript för att sverigesradio.se ska fungera korrekt och för att kunna lyssna på ljud. Har du problem med vår sajt så finns hjälp på http://kundo.se/org/sverigesradio/
Om vetenskap, forskningsrön och ny teknik som förändrar vår värld. Varje vardag ger programmet fördjupning...

Knivskarp teknik förändrar gener

Publicerat torsdag 5 februari 2015 kl 10.15
Extremt effektiv genteknisk kniv upptäckt i Umeå
(20 min)
Emmanuelle Charpentier
Emmanuelle Charpentier i sitt Umeå-labb. Foto: SR

I Umeå har under några år forskning pågått som kan leda fram till ett Nobelpris. Det handlar om en extremt effektiv genteknisk kniv som är gjord av molekyler. Gästprofessorn i bakteriologi, Emmanuelle Charpentier, gjorde upptäckten när hon studerade halsflussbakterier.

Det handlar om en väldigt ny metod som kan användas för att förändra växter, djur och mänskliga celler. Genom tekniken skulle forskarna snabbt, billigt och enkelt kunna förändra gener.

Det var inte alls meningen att Emmanuelle Charpentier skulle skapa ett nytt skarpt verktyg för genteknik. Hon var bara nyfiken och ville förstå en väldigt vanlig bakterie.

– Allt startade i mitt labb lite av en slump. Jag tänkte att det här är säkert värt att undersöka bättre för att inte missa ett möjligt samband.

Det berättar Emmanuelle Charpentier när vi till sist har lyckats hitta en tid när vi kan ses på hennes stillsamma kontor vid Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet.

Hon höll på med dans tills hon var 28 år, men var två centimeter för kort för att kunna bli en perfekt dansare. Hon är ingen person som tar till stora ord för att beskriva det som i stället blev hennes fullständigt banbrytande arbete inom vetenskapen.

Det som hände i Umeå redan 2009 publicerades i Nature 2011 och 2012 i Science. Det beskrevs av båda tidskrifterna som den viktigaste vetenskapliga metoden under 2013.

Men det är först när jag träffar den tidigare Nobelpristagaren (från 2006) Craig Mello, som storheten av Emmanuelle Charpentier blir riktigt uppenbar. Han fullkomligen jublar över det som har hänt.

– Tidigare när vi skulle förändra gener var det som att vi fick ta till storsläggan, och smasha sönder allt. Visst, vi kunde förändra men mycket blev förstört. Men nu kan vi flytta gener en i taget, och det fungerar väldigt bra. Det är otroligt, säger Craig Mello.

Det är när vi står i lobbyn på Grand hotell i Stockholm som han berättar detta, där alla Nobelpristagare brukar bo. Jag börjar undra om inte Emmanuelle Charpentier ganska snart också kommer att få stå här för att sedan åka till Konserthuset för att ta emot ett Nobelpris. Men det behöver inte vara lyxigt och flärdfullt för att man ska komma i närheten av hennes upptäckt. Det funkar lika bra vid ett enkelt frukostbord.

Det finns åtminstone en tredjedels chans att exempelvis svenska youghurtkonsumenter äter upp bakterierna som utsatts för det system som ledde Emmanuelle Charpentier framåt i arbetet. Det där märkliga som kallas CRISPR-Cas 9.

– Så på ett sätt kan vi säga att vi äter CRISPR varje morgon, säger Emmanuelle Charpentier.

Bakterier kan ju vara både bra och dåliga. I frukostfil och yoghurt vill vi ha dem, eftersom det är bra bakterier - faktiskt en typ av streptokocker, som heter Streptococcus thermophilus.

Men bakterierna kan ha det lite jobbigt ibland och faktiskt bli angripna av virus. Då måste bakterierna försvara sig, så att yoghurten smakar yoghurt och inget annat. Det är den försvarsmetoden som är väldigt finurligt utvecklad.

Emmanuelle Charpentier lyckades kartlägga exakt vad som sker när bakterierna försvarar sig. De kan med fullständig precision angripa ett virus genom att klippa sönder det och samtidigt ta in bilden av viruset i sitt minne, alltså kopiera det, så att det inte får något utrymme för angrepp nästa gång det dyker upp.

Egentligen var det forskare vid ett av företagen som jobbar med yoghurt, Danisco, som gjorde första experimenten kring hur bakterierna skulle kunna få ett bättre försvar och bli immuna mot angripande virus. Men det var Emmanuelle Charpentier som hittade de specifika mekanismerna bakom metoden. Och det visade sig ha helt oanade användningsområden. Det var här i labbet i Umeå som hon både tänkte och skrev tillsammans med tidigare kollegor i Wien och nuvarande i Umeå.

Men studenterna hade ibland svårt att tro på hennes idéer.

– Lite grann tror jag att det beror på att man kanske inte tänker utanför boxen, att det kan vara något annorlunda. När de startar i labbet, har de lite svårt att tänka på något galet som kanske inte verkar vara så meningsfullt.

Är du van att tänka på galet sätt, då?

– Ja, man kanske kan säga att jag tycker om att följa metodologin. Jag vill lära känna mekanismerna i detalj, åtminstone det som är känt, bara för att veta vad som är känt. Sedan läser jag detaljerna, och har mina egna åsikter om jag ska tro på det eller inte. Men sedan gillar jag att se allt på distans och ifrågasätta hela tiden.

Hon gillar bakterier och särskilt streptokocker. Men de är inte alltid trevliga som i yoghurt. Den vanligaste sorten av streptokocker är i stället Streptococcus pyogenes. Den sortens bakterie leder ofta till halsfluss. Det var den som Emmanuelle Charpentier intresserade sig för. Hon ville förstå exakt hur det gick till på molekylnivå när bakterierna försvarade sig. Hur de lär sig att känna igen och komma ihåg gamla inkräktare med något som man kallat skräp-DNA, och som man tidigare trodde var betydelselöst.

Men där det fanns korta snuttar som har fått det ganska krångliga namnet CRISPR, en förkortning för Clustered regularly interspaced palindromic repeat, alltså små snuttar som i grupper reglerar situationen genom att hålla upp en superavancerad sköld som kan lagra och minnas hur inkräktaren ser ut, ett minne som till och med kan ärvas vidare till nästa generation bakterier.

Sedan går de till attack och - inte med ett klumpigt svärd - utan med en vass kniv. Kniven klipper sönder och tillintetgör det anfallande viruset. Och kniven är också som en målsökande robot som har som en adresslapp på sig och hittar exakt rätt mål. Tidigare trodde forskarna att den här typen av skräp-DNA i stället bara hjälpte till att laga bakterierna.

Men Emanuelle Charpentier och hennes forskare på labbet i Umeå upptäckte ett särskilt enzym, Cas 9, som gjorde försvarsjobbet extremt effektivt. Tillsammans med två enkelsträngade RNA - där adresslappen fanns - skapades just den här osannolikt effektiva och enkla gentekniska kniven, som hon liknar vid en schweizisk fickkniv, just för att den kan anpassas efter alla upptänkliga olika situationer och angripare.

–  Den kan beskrivas som den schweiziska fickkniven, som tillåter en att skära på olika sätt, som verkligen är viktig för att kunna överleva och som kan göra olika trix. Cas 9 kan verkligen beskrivas så, säger Emmanuelle Charpentier.

Den kan alltså användas för alla möjliga celler. Men lyckan att ha hittat ett nytt verktyg verkade bli kortvarig, för hennes kniv föll märkligt nog isär. Det renade proteinet som kniven bestod av höll inte ihop.

– Ibland kan du jobba med fåniga saker. I vårt fall så kunde vi rena fram proteinet Cas 9, men vi fick det inte att vara stabilt. Det föll isär.

På en konferens som hon träffade strukturbiologen Jennifer Doudna från Kalifornien. De bollade tillsammans, en mikrobiolog och strukturbiolog.

– Så jag frågade henne om hon var intresserad av att samarbeta. Och det var hon, berättar Emmanuelle Charpentier.

Tillsammans lyckades de avslöja hur det bakteriella systemet fungerade som olika knivar på ett operationsbord, knivar anpassade för att skära i gener.

Under samarbetet med Jennifer Doudna blev kniven Cas 9- stabil, och det blev ett osedvanligt konstruktivt bollande av idéer.

– Vi kände att vi funkade bra, att vi tyckte om varandra. Det är verkligen viktigt. Samarbetet har inneburit en hel del Skypande.

2012 i augusti publicerade Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier den artikel i Science, som bara efter ett och ett halvt år fått flera hundratals citeringar.

Fältet har helt enkelt exploderat av aktivitet. Det som ursprungligen bara var ett sätt att förstå en vanlig bakterie hade nu visat sig vara en extremt effektiv metod för att förändra gener. Upptäckten innebar att istället för att göra krångliga proteiner för att hitta rätt i en arvsmassa som man ville förändra, räckte det med två enkla RNA-strängar och cas 9-kniven.

Det gjorde att allt blev billigare. I stället för flera veckor så kunde forskare skapa sina egna CRISPR/Cas 9-knivar på ett par dagar, och bakteriernas eget immunförsvar kan nu användas som ett gentekniskt verktyg - med att både klippa, klistra och förändra gener.

–Jag underskattade det faktum att forskare var i så stort behov av det här verktyget. Det var därför hela världen,( fniss), hoppade på det här. För de såg direkt ett lätt sätt att äntligen göra den genetik som de tidigare hade haft svårt att göra.

Och metoden att genförändra på det här sättet med CRISPR/Cas 9 har nu testas och visat sig fungera i bananflugor, zebrafiskar och möss. Även i djurmodeller för mänskliga sjukdomar, främst lever- och blodsjukdomar och cystisk fibros. Den har redan börjat användas i kampen mot hiv för att kunna skapa ett vaccin.

Även i jobbet mot antibiotikaresistens kommer den till nytta, liksom för läkemedelsindustrin i allmänhet. Och detta bara 1,5 år efter att verktyget har presenterats i en vetenskaplig artikel. Försöksdjur som har varit svåra att genförändra - som apor - går det lättare med hjälp av den nya tekniken. Redan har experiment börjat göras, och förhoppningen är att det ska kunna hjälpa forskarna att förstå autism, schizofreni och bipolär sjukdom bättre. Förhoppningar finns också att kunna använda verktyget vid ärftliga sjukdomar.

Emmanuelle Charpentier har nyligen fått dela ett av de finaste vetenskapliga priserna med Jennifer Doudna - The Breakthrough Prize in Life Sciences 2014, där var och en fick drygt 22 miljoner kronor.

I motiveringen står att de "påvisat användning av en mekanism för bakteriell immunitet som en kraftfull och allmän teknologi för att förändra genom, något som fått omfattande implikationer inom biologi och medicin."

Mycket av framgången tillskriver hon den frihet hon har fått i Umeå på MIMS, enda svenska labbet som är med i ett nordiskt samarbete för molekylär medicin, där pengar kommer från Vetenskapsrådet. Här fick hon nämligen en generös anställning under fem år med bra finansiering.

– Det trevliga är att den här historien utvecklades när jag kom till Umeå och jag hade finansiering här, som gjorde att jag inte behövde rättfärdiga mina idéer. Du kan göra galna saker, som du inte behöver förklara, utan bara får göra det.

Även om allt låter som att det flyter fram just nu, kom det i fjol uppgifter i tidningen Guardian om att Emmanuelle Charpentier och Jennifer Doudna börjat bråka om patentet på den gentekniska kniven. Men det tillbakavisar hon helt.

– Vi har ansökt om ett gemensamt patent.

Men andra forskare har sökt patent för samma verktyg - även om de publicerade sig senare. Så det lär kunna bli en långdragen patenthistoria som jurister får göra upp. Men viktigare för den stora allmänheten är etiken kring hennes upptäckt.

–  Det finns etiska frågor eftersom verktyget fungerar så bra att man skulle vilja begränsa användningar som man inte vill se. För självklart kan det bli ganska farligt. När det är ett verktyg som kan förändra den genetiska koden och det genetiska materialet i mänskliga celler, då måste man vara medveten om etiken, säger Emmanuelle Charpentier.

Hon menar att forskare är bundna av etiska kommittéer och att de självklart måste ställa krav på hur verktyget används. Även om hon är väl medveten om att i vissa länder är inte regelverken så starka.

Verktyget är inte perfekt. Det kan bli ännu bättre i att hitta rätt, och det gäller att det inte förirrar sig heller i arvsmassan och skär på fel ställe. Detta ägnar sig nu många forskare åt i hela världen. Men själv vill Emmanuelle Charpentier göra helt andra saker.

– Det jag hoppas uppnå nu är att försöka gå vidare och distansera mej från CRISPR/Cas 9, och hitta nya spännande mekanismer hos bakterier som kan ha fina innebörder - eller som bara visar hur bakterier utvecklats riktigt fina vägar för att anpassa sig till omgivningen.

REFERENSER:

Artikel i Science 2012: A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. DOI:10.1126/science.1225829

Sammanfattning av läget 2014 av Charpentier och Doudna: The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9, Science 28 November 2014, DOI:10.1126/science.1258096

DANISCO-studie: R. Barrangou, P. Horvath, CRISPR: New horizons in phage resistance and strain identification. Annu. Rev. Food Sci. Technol. 3, 143-162 (2012). 10.1146/annurev-food-022811 )

Grunden i vår journalistik är trovärdighet och opartiskhet. Sveriges Radio är oberoende i förhållande till politiska, religiösa, ekonomiska, offentliga och privata särintressen.
Har du frågor eller förslag gällande våra webbtjänster?

Kontakta gärna Sveriges Radios supportforum där vi besvarar dina frågor vardagar kl. 9-17.

Du hittar dina sparade avsnitt i menyn under "Min lista".