Technologieën voor genoombewerking stellen wetenschappers in staat om het DNA van een organisme te wijzigen door de toevoeging, verwijdering of herschikking van genetisch materiaal op specifieke locaties in het genoom. Dit soort technieken kan mogelijk worden gebruikt om genetische aandoeningen zoals hemofilie en sikkelcelanemie te genezen. Een populaire en veel gebruikte onderzoeksmethode voor het bewerken van DNA die zou kunnen leiden tot veilige en effectieve behandelingen voor genetische aandoeningen, is het CRISPR-Cas9-systeem. CRISPR-Cas9 staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats en CRISPR-geassocieerd proteïne 9. Een basis CRISPR-Cas9-systeem bestaat uit een Cas9-endonuclease en een klein RNA dat Cas9 naar het doel-DNA leidt.
CRISPR-sequenties werden voor het eerst waargenomen in bacteriën en later geïdentificeerd in archaea. Onderzoekers ontdekten dat het CRISPR-Cas9-systeem een adaptieve immuunafweer heeft tegen binnenvallende virussen. Veel bacteriën en de meeste archaea vangen korte sequenties van het virale DNA op om een bibliotheek van virus-DNA-segmenten, of CRISPR-arrays, te creëren. Wanneer de prokaryoten opnieuw worden blootgesteld aan hetzelfde virus of dezelfde klasse van virussen, worden CRISPR-arrays gebruikt om kleine RNA-segmenten te transcriberen die helpen om virale indringers te herkennen en vervolgens viraal DNA te vernietigen met Cas9 of een vergelijkbaar endonuclease.
CRISPR-Cas9 wordt veel gebruikt in het laboratorium om DNA te verwijderen en in plaats daarvan een nieuwe DNA-sequentie in te voegen. Om dit te bereiken, moeten onderzoekers eerst een klein RNA-fragment maken, het gids-RNA, met een korte sequentie die de gidssequentie wordt genoemd en die bindt aan een specifieke doelsequentie op het genomische DNA. Het gids-RNA kan zich ook binden aan Cas9 (of andere endonucleasen zoals Cpf1). Het gids-RNA en Cas9-eiwit worden toegediend aan een cel van belang. Het gids-RNA identificeert de doel-DNA-sequentie en wordt door Cas9 geknipt.
De machinerie van de cel herstelt vervolgens de gebroken strengen door willekeurige nucleotiden in te voegen of te verwijderen, waardoor het doelgen inactief wordt. Als alternatief kan een aangepaste DNA-sequentie in de cel worden geïntroduceerd samen met het gids-RNA en Cas9, dat dient als een template voor de reparatiemachines en kan de uitgesneden sequentie vervangen. Dit is een zeer effectieve manier voor onderzoekers om een gen 'uit te schakelen' om de effecten ervan te bestuderen of om een gemuteerd gen te vervangen door een normale kopie om hopelijk een ziekte te genezen.
Als resultaat van de aanzienlijke mogelijkheden voor genmodificatie van het CRISPR-Cas9-systeem, is er veel discussie geweest over het gebruik ervan, vooral met betrekking tot het bewerken van embryo's. Een Chinese wetenschapper beweerde onlangs genoom-bewerkte baby's te hebben gemaakt met behulp van CRISPR-technologie om een gen uit te schakelen dat betrokken is bij HIV-infectie. Dit leidde tot een wereldwijde verontwaardiging van wetenschappers die bezorgd waren over de ethische en veiligheidsoverwegingen van de procedure. Velen hebben deze actie voorbarig genoemd en anderen hebben hun bezorgdheid geuit over de mogelijke effecten deze verandering kan hebben voor andere delen van het genoom. Terwijl het aantal mogelijke toepassingen van het CRISPR-Cas9-systeem talrijk is, is het belangrijk om rekening te houden met toekomstige uitdagingen die zich kunnen voordoen naar aanleiding van het gebruik.
