I labbet på Umeå universitet simmar zebrafiskar i stora plastbehållare. För Jonas von Hofsten, docent i cellbiologi, och hans forskarkollegor är fiskarna en pusselbit i att förstå hur den aggressiva men ovanliga cancerformen rabdomyosarkom utvecklas.
Rabdomyosarkom är en cancer som utgår från skelettmuskulaturen och som bildas ur omogna eller nästan omogna muskelceller. Med hjälp av gensaxen Crispr/Cas9 och zebrafiskarna studerar Jonas von Hofsten och hans kollegor den genetiska aktiviteten under muskelutvecklingen för att försöka förstå vilka gener som är involverade i tumörprocessen.
Genom att injicera en blandning av Cas9-enzym och en specifik RNA-molekyl (så kallad guide-RNA) i nybefruktade zebrafisk-ägg kan forskarna åstadkomma ett ”klipp” i fiskens DNA och därmed en mutation på ett specifikt ställe i genomet.
– Sedan Crispr blev tillgängligt har det öppnats en helt annan värld. De saker vi kan göra i dag var helt otänkbara tidigare så tekniken har betytt otroligt mycket, säger Jonas von Hofsten.
Från 60 000 till 60
Olika RNA-molekyler leder till klipp på olika ställen i genomet och därmed olika mutationer. Zebrafiskarna, som försetts med mutationer i de gener som styr muskeltillväxten, injiceras därefter med en särskild plasmidkonstruktion som orsakar rabdsomyosarkom. Genom att studera fiskarnas tillväxt kan forskarna få kunskap om exakt vilken gen som är involverad i utvecklingen av den allvarliga cancerformen.
– På så vis kan vi jämföra hur olika genetiska förutsättningar bidrar till olika parametrar i tumörbiologin, säger Jonas von Hofsten.
För det mesta tillverkar Umeåforskarna sina fiskstammar själva. Men ibland, om mutationerna man vill åstadkomma är extra svåra och tidskrävande att få till, beställer de färdiga stammar med definierade mutationer från Scilifelab i Uppsala.
Johan Ledin är ansvarig för faciliteten Genome engineering zebrafish på Scilifelab i Uppsala – en nationell infrastruktur dit forskare som använder zebrafiskar som modellsystem kan vända sig för att få hjälp. Även Johan Ledin vittnar om möjligheterna Crispr/Cas9-tekniken har öppnat.
– Med den kan vi göra sjukdomsmodeller för att förstå både sjukdom och mekanismer på ett mycket enklare och billigare sätt än förr. Den teknik som användes tidigare kostade cirka 60 000 kronor per försök, medan reagensen för Crispr/Cas9 kanske kostar runt 60 kronor. Det är många nollor färre, säger Johan Ledin.
Bättre forskning
Enkelt beskrivet består gensaxen av två delar: Crispr och Cas9. Med hjälp av en RNA-sekvens, vald utifrån var man vill skapa en mutation, guidar Crispr själva saxen – Cas9 – till en plats i genomet (där RNA-molekylerna basparar med DNA:t) och där sedan Cas9 klipper båda DNA-strängarna.
Det finns också bättre och sämre ställen att klippa på även inom en gen för att skapa den ”bästa” mutationen. En del av Johan Ledins jobb är därför att designa, utvärdera och optimera olika så kallade gudie-RNA till andra forskare.
Än har Jonas von Hofsten och hans kollegor inga resultat att presentera från sina zebrafiskar, men förhoppningen är att man med den nya kunskapen bland annat ska kunna hitta måltavlor som man kan utveckla läkemedel mot.
Crispr-tekniken har inte bara förändrat Jonas von Hofstens och Johan Ledins arbeten utan har fört hela forskningsfältet framåt. Vetenskapliga artiklar som publicerades för bara ett par år sedan skulle inte gå att publicera i dag, menar Jonas von Hofsten.
– När man nu har verktyget ställs det också krav på att man verifierar sina hypoteser med genetiska analyser, vilket på det hela taget har lett till bättre forskning, säger han.
Och liksom med all annan teknik sker också en ständig utveckling av Crispr/Cas-tekniken. Det handlar till exempel om utveckling och identifiering av andra saxar (det vill säga andra Cas-enzym) och om Crispr-delar med andra egenskaper.
Vassare sax
Nyligen presenterade amerikanska forskare en variant av gensaxen, så kallad prime-editing, som tycks vara både mer specifik och mer effektiv än Crispr/Cas9. Medan Crispr/Cas9 klipper av båda DNA-strängarna klipper den nya varianten bara ena strängen. Den kan också ersätta felaktiga nukelotider med korrekta, för att till exempel korrigera kodningen för ett felaktigt protein som orsakar sjukdom.
Även ”vanlig” Crispr/Cas9 kan föra in nya nukleotider, men inte lika effektivt utan kan bara byta ut nukleotiderna C och T och G och A mot varandra. Den nya gensaxen kan byta ut alla nukleotider mot varandra, vilket gör det möjligt att korrigera vissa specifika mutationer som man inte kunnat korrigera tidigare. En sådan är mutationen som i hemoglobingenen orsakar sickle cell-anemi, eftersom det kräver ett byte från T till A på ett precist ställe.
Men den vanliga Crispr/Cas-tekniken är fullgod för både Jonas von Hofsten och Johan Ledin.
– Precisionen räcker väldigt långt för oss, säger Jonas von Hofsten.
Nobelpriset nästa?
Sedan Crispr/Cas9 först beskrevs för cirka sju år sedan av forskarna Emmanuelle Charpentier, som gjorde sin upptäckt under sin tid som gästforskare på Umeå universitet, och amerikanskan Jennifer Doudna har Nobelprisspekulationerna gått varma.
Än har tekniken inte nått kliniken, även om det pågår kliniska försök, så ett medicinpris är nog i tidigaste laget. Men ett Nobelpris i kemi vore däremot inte osannolikt, menar Jonas von Hofsten.
– Jag skulle vilja påstå att Crispr/Cas9 har revolutionerat den prekliniska forskningen på ett sätt så att det vore meriterande för ett Nobelpris. Det finns andra upptäckter av mer teknisk karaktär, som till exempel PCR-tekniken, som belönats med Nobelpriset så varför inte Crispr/Cas9?
I början av året tillkännagavs att Emmanuelle Charpentier tilldelas årets Scheelepris, om delas ut av Apotekarsocieteten vartannat år, något som Läkemedelsvärlden rapporterade om.
Prisutdelningen äger rum den 28 november i samband med Scheelesymposiet – en heldag med fokus på den senaste forskningen inom Crispr/Cas9-området och med framförande av bland annat Emmanuelle Charpentier. Här kan du läsa mer om och anmäla dig till dagen.
