DNA, livets kod, står i centrum för vår förståelse av levande organismer, deras evolution, utveckling av sjukdomar och nästan alla frågor man kan tänkas ställa om vad liv egentligen är och hur det fungerar. Om ni läst någon kurs i biologi eller biokemi har ni säkert stött på det centrala dogmat, en grundprincip som beskriver hur DNA skrivs om (transkriberas) till RNA som översätts (translateras) till proteiner som bygger upp våra celler och styr alla biokemiska processer som håller oss vid liv.

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn

Illustration: Molekylärbiologins centrala dogma, som beskriver principerna för replikation av DNA, transkribering till RNA och translation till proteiner.

Vi har sedan länge utvecklat verktyg för att kunna sekvensera DNA och kartlägga arvsmassan, men att bara läsa av koden är inte tillräckligt för att förstå dess funktion. Vetenskap handlar inte bara om att observera, det handlar om att experimentera, vrida och vända på saker, att ställa frågor och söka svar. För att verkligen förstå livets gåtor måste vi kunna modifiera DNA-koden, lägga till och ta bort bitar och undersöka vad som händer. Det är detta som årets Nobelpris i kemi handlar om.

Årets Nobelpris är något som varit förväntat i flera år, men nu har det äntligen blivit dags för Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna att ta emot priset för sitt arbete i utvecklingen av det biokemiska verktyget för genmodifiering CRISPR-Cas9, ibland även kallat ”gensaxen”.

Vad är då CRISPR-Cas9 och hur fungerar det? (Tyvärr är det inte riktigt lika enkelt som en sax.) Låt oss ta det steg för steg.

CRISPR är en förkortning för den långa och komplicerade termen Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats som kort sagt är en typ av gensekvens som förekommer i arvsmassan hos vissa bakterier. Hos dessa bakterier hänger CRISPR-sekvenserna även samman med gener som kodar för så kallade Cas-proteiner med funktioner som på ett eller annat sätt relaterar till manipulation av DNA-molekyler och uttryck av gener. CRISPR-sekvenserna i kombination med Cas-proteiner är ett försvarssystem mot fager, det vill säga virus som går till attack specifikt mot bakterier. Det är nämligen så att vissa bakterier kan spara bitar av fagernas arvsmassa från tidigare angrepp, för att sedan känna igen och klyva sönder den i mindre bitar om de skulle stöta på inkräktaren igen.

Emmanuelle Charpentier studerade CRISPR-sekvenser hos bakterien S. pyogenes, vilka RNA-molekyler dem transkriberas till och hur dessa i sin tur interagerar med bland annat Cas9-proteinet. Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna började därefter samarbeta för att förstå hur systemet fungerar i detalj. Det är ett komplicerat system som involverar många olika typer av RNA-molekyler och proteiner, men Charpentier och Doudna insåg att det var möjligt att konstruera en enda RNA-molekyl (single-guide RNA, sgRNA) för att styra Cas9-proteinet till att klyva i princip vilken DNA-sekvens som helst.

CRISPR-Cas9 fungerar som så att Cas9-proteinet binder till en sgRNA-molekyl och bildar ett komplex. Cas9-komplexet kan veckla upp en DNA-molekyl och scanna den i jakt på den sekvens som man vill klyva. När Cas9 stöter på sekvensen som matchar den i sgRNA klipper det ett snitt i DNA-molekylens båda strängar. Om detta görs inuti en cell kommer cellens egna proteinmaskineri att försöka reparera snittet, men då detta oundvikligen sker med mutationer kommer den kluvna genen att förlora sin funktion och inaktiveras. Det är även möjligt att göra mer kontrollerade ändringar genom att koppla på ett enzym på Cas9 som gör en specifik mutation i den utvalda sekvensen eller genom introducera en mindre DNA-molekyl som liknar den kluvna genen och då byggs in i snittet.

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn

Illustration: Bildandet av Cas9-komplex och inaktivering av en utvald gen.

Trots att CRISPR-Cas9 utvecklades för bara 8 år sedan har det redan revolutionerat livsvetenskaperna. CRISPR-Cas9 gör det möjligt att med hög precision inaktivera och modifiera gener nästan hur som helst. Det är ett ovärderligt verktyg både för grundforskning i biokemi och molekylärbiologi och i praktiska applikationer, såsom växtförädling och nya terapier mot cancer och genetiska sjukdomar.

Det här Nobelpriset uppmärksammar det som är så inspirerande med forskning – dess ambition för att besvara de riktigt stora frågorna såväl som dess strävan för att förbättra vår hälsa, miljö och samhälle. Att det dessutom tilldelas till två unga kvinnor är också mycket värdefullt. Emmanuelle Charpentier sade under presskonferensen att hon hoppas att det här blir ett positivt budskap till alla unga, inte bara kvinnor, som vill bli forskare – att även en ung person, även kvinna, kan göra ett genomslag med forskning. Nyfikna unga forskare är just det som behövs för att besvara livets stora frågor och tackla framtidens utmaningar.

Nobelkommitténs sammanfattning finns att läsa här:

https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/press-chemistryprize2020-swedish.pdf

Vill du göra en ordentlig djupdykning finns också den avancerade vetenskapliga bakgrunden (på engelska):

https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-chemistryprize2020.pdf

Illustrationer: Alexandra Polyakova

Skribent

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn

Alexandra Polyakova, engagerad i Unga Forskares valberedning

Masterstudent i analytisk kemi vid Universiteit van Amsterdam och praktikant vid Janssen Vaccines & Prevention