Pionjärerna bakom den revolutionära genredigeringen CRISPR vinner Nobelpriset i kemi

Det är CRISPR. Två forskare som var pionjärer inom den revolutionerande genredigeringstekniken är vinnare av årets Nobelpris i kemi.

Nobelkommitténs val av Emmanuelle Charpentier, nu vid Max Planck Unit for the Science of Pathogens i Berlin, och Jennifer Doudna, vid University of California, Berkeley, sätter punkt för flera års spekulationer om vem som skulle få priset för sitt arbete med att utveckla genredigeringsverktyget CRISPR-Cas9. Tekniken gör det möjligt att göra exakta redigeringar av arvsmassan och har svept genom laboratorier över hela världen sedan den började användas på 2010-talet. Den har otaliga användningsområden: forskarna hoppas kunna använda den för att ändra mänskliga gener för att eliminera sjukdomar, skapa tåligare växter, utplåna patogener med mera.

”Möjligheten att klippa DNA där man vill har revolutionerat biovetenskaperna”, sade Pernilla Wittung Stafshede, biofysikalisk kemist och medlem av Nobels kemikommitté, vid tillkännagivandet av priset. ”Den ’genetiska saxen’ upptäcktes för bara åtta år sedan, men har redan varit till stor nytta för mänskligheten.”

Doudna och Charpentier och deras kollegor gjorde ett kritiskt tidigt arbete för att karakterisera systemet, men flera andra forskare har citerats – och uppmärksammats i andra uppmärksammade priser – som viktiga bidragsgivare i utvecklingen av CRISPR. Bland dem finns Feng Zhang vid Broad Institute of MIT and Harvard i Cambridge, Massachusetts, George Church vid Harvard Medical School i Boston, Massachusetts, och biokemisten Virginijus Siksnys vid Vilnius University i Litauen (se ”CRISPR:s många pionjärer”).

Doudna ”sov verkligen djupt” när hon väcktes av sin surrande telefon och tog emot ett samtal från en Nature-reporter, som berättade nyheten. ”Jag växte upp i en liten stad på Hawaii och jag hade aldrig i 100 miljoner år kunnat föreställa mig att det här skulle hända”, säger Doudna. ”Jag är verkligen förbluffad, jag är helt chockad.”

”Jag känner så många underbara forskare som aldrig kommer att få detta, av skäl som inte har något att göra med att de är underbara forskare”, säger Doudna. ”Jag är verkligen ödmjuk.”

Född av bakterier

CRISPR, som är en förkortning för clustered regularly interspaced short palindromic repeats (klustrade regelbundet interspacade korta palindromiska upprepningar), är ett mikrobiellt ”immunsystem” som prokaryoter – bakterier och arkéer – använder för att förhindra infektion av virus som kallas fager. CRISPR-systemet ger prokaryoter förmågan att känna igen exakta genetiska sekvenser som matchar en fage eller andra inkräktare och att rikta in sig på dessa sekvenser för att förstöra dem med hjälp av specialiserade enzymer.

I tidigare arbeten har man identifierat dessa enzymer, som kallas CRISPR-associerade proteiner (Cas), inklusive ett som kallas Cas9. Men Charpentier, som först arbetade vid Wiens universitet och senare vid Umeå Centre for Microbial Research i Sverige, identifierade en annan nyckelkomponent i CRISPR-systemet, en RNA-molekyl som är involverad i att känna igen fagsekvenser, i bakterien Streptococcus pyogenes, som kan orsaka sjukdomar hos människor.

Charpentier rapporterade om upptäckten 2011 och inledde samma år ett samarbete med Doudna. I en banbrytande artikel i Science1 från 2012 isolerade duon komponenterna i CRISPR-Cas9-systemet, anpassade dem för att fungera i provröret och visade att systemet kunde programmeras för att skära specifika platser i isolerat DNA. Deras programmerbara genredigeringssystem har inspirerat en guldrush av otaliga tillämpningar inom medicin, jordbruk och grundforskning – och arbetet fortsätter med att finjustera och förbättra CRISPR och identifiera andra genredigeringsverktyg.

”Vi hoppades att vi verkligen skulle kunna omsätta det här till en teknik för att skriva om den genetiska koden i celler och organismer”, säger Martin Jinek, en biokemist vid Zürichs universitet som var postdoktor i Doudnas labb och medförfattare till den avgörande Science-artikeln. ”Vad vi inte riktigt uppskattade var hur snabbt tekniken skulle antas av andra inom området och sedan drivas framåt.”

Race to commercialize

Under mindre än ett decennium har forskarna använt CRISPR-Cas9 för att utveckla genomredigerade grödor, insekter, genetiska modeller och experimentella mänskliga terapier. Kliniska försök pågår för att använda tekniken för att behandla sicklecellanemi, ärftlig blindhet och cancer. Doudna, Charpentier och andra på området har lanserat en generation bioteknikföretag som syftar till att utveckla tekniken för att uppnå dessa mål.

Men tekniken har också skapat kontroverser – särskilt när det gäller dess nya tillämpningar i mänskliga celler. I november 2018 meddelade den kinesiske biofysikern He Jiankui att tvillingflickor hade fötts från embryon som han och hans kollegor hade redigerat med hjälp av CRISPR-Cas9. Nyheten utlöste ett ramaskri: redigering av embryon ger upphov till en mängd etiska, sociala och säkerhetsmässiga problem, och många forskare världen över fördömde snabbt He:s arbete.

I september drog en internationell panel som sammankallats av ledande vetenskapliga sällskap i USA och Storbritannien återigen slutsatsen att tekniken inte är redo att användas på mänskliga embryon som är avsedda för implantation.

Arbetet utlöste också en våldsam patentstrid – främst mellan Broad Institute och University of California, Berkeley – som än i dag pågår om vem som äger de lukrativa immateriella rättigheterna till CRISPR-Cas9-genomredigering.

Samt håller Church med om hur priset delades ut. Även om han är stolt över arbetet i sitt och Zhangs labb – som anpassade systemet för att fungera i däggdjursceller, vilket öppnar dörren för modellering och potentiell behandling av mänskliga sjukdomar – säger Church att detta arbete skulle kunna klassificeras som ingenjörskonst och uppfinningar, snarare än vetenskaplig upptäckt. ”Jag tycker att det är ett utmärkt val”, säger han.

Det är alltid svårt att välja ut en upptäckt för ett pris, säger Francis Collins, genetiker och chef för USA:s National Institutes of Health i Bethesda, Maryland. ”Praktiskt taget ingenting kommer från ingenstans”, säger han. ”Det är svårt att avgöra vem man ska välja när man tittar på en upptäckt.”

Men en unik aspekt av CRISPR-Cas9-genomredigering har varit teknikens lätthet och mångsidighet, tillägger han. ”CRISPR-Cas har gjort detta så mycket lättare att acceptera”, säger Collins. ”Det finns inget molekylärbiologiskt laboratorium som jag känner till som inte har börjat arbeta med CRISPR-Cas.”