Matematisk formel skal forudsige fejlklip fra gensaksen
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Matematisk formel skal forudsige fejlklip fra gensaksen

Gensaksen Crispr/Cas9 er ikke ufejlbarlig, når den hjælper genetikere med at klippe i gener i arbejdet med at udrydde uønskede arvelige sygdomme.

Saksen klipper af og til i dna, som genetikeren ikke havde sat den til, og forskere fra det tekniske universitet TU Delft i Holland har efter at have set på, hvad der sker, og hvorfor det sker, nu også sat på formel, hvornår det sker.

Når Crispr/Cas9 klipper i dna, handler det om, at vi udnytter bakteriers forsvarsmekanisme mod virus. Bliver en bakterie angrebet uden at dø, snupper den et stykke fra virusens dna, som bliver gemt til senere brug. Kommer virussen igen, kan bakterien nu genkende den ved hjælp af dette stykke guide-rna og forsøge at eliminere den med enzymet Cas9, som er det, genetikerne også benytter sig af.

Når bakteriernes enzym også ’klipper ved siden af’, skyldes det ifølge forskergruppen, at virusser har det med at mutere. Så ved også at gå efter dem, der har en lidt anden dna, kan det være en effektiv måde at få ram på de nye varianter også.

Læs også: Tvist om GMO-lov: Må gensakse mutere vores mad?

Hvordan det så bliver besluttet, hvad der skal klippes, og hvad der skal efterlades, har derimod været svært at forudsige, men nu kan forskerne fortælle, at det handler om Cas9’s energiniveau.

Ifølge deres matematiske formel, ser der ud til at være et regnskab, hvor et korrekt match mellem guide-rna og en dna-sekvens bliver belønnet med ekstra energi, mens et fejlmatch dræner enzymet for energi.

Er der flest fejlmatch i begyndelsen af en sekvens, vil enzymet allerede fra begyndelsen være så udmattet, at det formentlig ikke bliver til noget med et klip, selv om resten af sekvensen matcher.

Men kommer fejlmatchene først i slutningen af sekvensen, kan enzymet have bygget så meget energi op fra de korrekte match i begyndelsen, at den trods mismatchene til slut, er kampklar og parat til at klippe.

Illustration: MI Grafik

Kan måske spå om utilsigtede klip

Forskergruppen håber, at denne viden kan bruges til bedre at forudsige, hvad Crispr/Cas9 kunne tænkes at klippe i ved en fejl. Sekvenser, der således rammer perfekt i starten med den sekvens, man søger fjernet, kan derfor godt risikere et klip, selv om ikke hele sekvensen matcher. Mindre risikofyldt er det for den dna, som ligner, men som ikke matcher i begyndelsen.

Læs også: Nyt studie: Immunforsvaret kan blive en showstopper for gensaksen Crispr

Ifølge professor Jacob Giehm Mikkelsen fra Institut for Biomedicin på Aarhus Universitet er utilsigtede hændelser, når man bruger Crispr/Cas9, en indbygget risiko, som forskerne hele tiden søger minimeret.

På den måde kan en modellering af Cas9-kompleksets handlinger været et kærkomment bidrag til at designe enzymer, som rammer bedst muligt uden at foretage utilsigtede klip.

»Når vi ved, at kompleksets evne til at binde og klippe dna baseres på den energimæssige balance i forbindelse med opbygning af baseparring mellem guide-rna og dna, kunne det give god mening at arbejde på i højere grad at styre denne, f.eks. hvis man kan gøre det mere sandsynligt, at Cas9-komplekset slipper sit greb, hvis baseparringen ikke er fuldstændig,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.

»Det er noget, der allerede bliver arbejdet på flere steder, men det er fint at prøve at modellere det. Det er en lidt anderledes tilgang til det, der er lavet,« siger han.

Læs også: Genredigering på sprøjte skal kurere genetiske sygdomme

Han arbejder selv med Crispr/Cas9-teknologien, og da især brug af genredigering i mennesker er omgærdet af ekstra stor varsomhed, understreger han dog, at en matematisk modellering aldrig kommer til at stå alene som værktøj, når guide-rna’et skal designes og anvendes til behandling.

Han forklarer, at når forskere i dag bruger Crispr/Cas9 til at studere geners funktion, f.eks. ved at slå et gen ud, ser man ofte på de 20 mest sandsynlige off-target-effekter, dvs. de 20 steder i dna, der minder mest om det, forskerne går efter.

Et bidrag til off-target-problematikken

En anden mulighed for forskerne er at gentage undersøgelsen med et andet guide-rna, der rammer det samme gen. På den måde kan de bedre se, om det er Crispr/Cas9, der har ramt ’forkert’, eller om en ændring er en afledt effekt af, at det første gen blev slået ud. Derved kan de se, om Cas9 skal designes anderledes, eller om det er en helt andet effekt, som der måske-måske ikke skal tages højde for.

Den manøvre vil formentlig fortsat finde sted, selv om Crispr/Cas9 kan gøres mere præcist ved hjælp af matematisk modellering.

»Der kan være andre fysiske grunde til, at et sted i arvemassen klippes med Crispr/Cas9, og det er vi nødt til at se nærmere på, men når det er sagt, så kan modellering være et super væsentligt bidrag i hele off-target-problematikken,« understreger Jacob Giehm Mikkelsen og fortsætter:

»Det rører ved diskussionen om, hvordan Crispr/Cas9 bruges mest optimalt. Vi har hidtil søgt den højeste effektivitet ved at sætte så mange enzymkomplekser som muligt i arbejde i cellen, men vi ved nu, at det ikke altid giver den højeste præcision. Derfor er alle bidrag til, hvordan vi kan øge præcisionen, vigtige,« siger han.

Læs også: Nu kommer de første menneskefostre med redigerede gener

Han understreger dog igen, at biologi er et komplekst område, som ikke altid kan sættes to streger under. Men hvis modelleringen kan være med til at opsætte nogle overordnede regler for det mest effektive design af guide-rna, kan det måske danne grundlag for mere specifikke designprocedurer.

»Nogle sekvenser giver det måske slet ikke mening at angribe, mens andre ikke er tilgængelige, fordi de er pakket ind i proteiner og komplekse strukturer. Og disse parametre kan variere mellem forskellige typer af celler,« forklarer han og fortsætter:

»Denne afvejning skal stadigvæk finde sted, hvilket forskerne også selv kommer ind på. Så der er mange faktorer, der skal inddrages, før man får en model, som man kan bruge til at designe det perfekte guide-rna,« siger Jacob Giehm Mikkelsen.

Forskerne fra TU Delft har fået publiceret deres artikel om modelleringen i Cell Reports, og du kan læse den her.