Genredigering

Nye metoder for å endre i gener fører med seg nye muligheter og nye etiske spørsmål. Genredigering skaper debatt innen både medisin- og matproduksjon.

Tradisjonelle metoder for genmodifisering og genterapi har basert seg på å sette nye, hele gener tilfeldig plassert inn i arvestoffet til en organisme.

Figur som viser CRISPR/Cas9-metoden

Figur 1. Ved genredigering med CRISPR guides enzymet Cas9 av et spesielt RNA-molekyl kalt gRNA eller guide-RNA, som binder seg til en matchende sekvens i cellens DNA. Cas9 kutter så begge DNA-trådene, og bruddet kan deretter repareres av cellens eget reparasjonssystem. Slik kan man ta vekk, bytte ut, eller legge til DNA akkurat der man ønsker, for eksempel ved å bytte ut en sykdomsgivende mutasjon med en frisk DNA-sekvens. (Illustrasjon: Sigrid Thoresen/Bioteknologirådet. CC BY-NC-ND 4.0)

De siste årene har man derimot fått nye metoder for å gjøre målrettede endringer i genene som allerede finnes i kroppen, ved såkalt genredigering. For eksempel kan man tilpasse de genetiske egenskapene til immunceller slik at de blir bedre til å angripe kreftceller, eller man kan fjerne gener som gjør dyr og planter sårbare for sykdom.

Det finnes ulike metoder for genredigering. De fleste baserer seg på enzymer som kutter DNA på helt spesifikke steder, som en slags «gensaks». Zinkfinger- og TALEN-teknologiene var de første som ble utviklet, men er kostbare og tidkrevende å bruke. I 2012 utviklet forskere en ny metode, kalt CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palendromic Repeats), som er enklere og billigere enn andre metoder for genmodifisering. CRISPR virker i alle typer celler og organismer, og man kan i prinsippet endre de genene man måtte ønske ved å fjerne, bytte ut eller legge til DNA.

CRISPR/Cas9-metoden har svært raskt blitt tatt i bruk i biologisk og biomedisinsk forskning, og utvikles hele tiden for å øke presisjonen. Dette har gitt nye muligheter for å forstå hvordan gener fungerer i mennesker og andre arter, både normalt og ved sykdom. I tillegg forventes det at teknologien kan få stor betydning for medisinsk behandling av mennesker, og for utvikling av planter og dyr med nye, ønskede egenskaper innen landbruk og næringsmiddelindustrien.

CRISPR_tema
Fremtidens mat?

De siste årene har nye DNA-teknikker blitt brukt til å utvikle flere nye typer planter og dyr, med et bredt spekter av egenskaper. I tillegg til å kunne bruke dem i industrien, for eksempel til produksjon av biodrivstoff og medisiner, prøver mange forskere å fremstille nye sorter til mat og fôr, tilpasset en verden preget av klimaendringer og økt matbehov.

Planter og sopp
Tradisjonelt har utviklingen av genmodifiserte organismer (GMO) i stor grad vært drevet av store, internasjonale selskaper, og markedet har vært dominert av planter som er resistente mot sprøyte- og insektmidler. Nå har flere av de store selskapene imidlertid begynt å bruke de nye metodene til å utvikle planter med andre egenskaper. For eksempel har det blitt fremstilt en mais med et inaktivert gen som gjør at den vokser raskere, lik en annen maissort som har denne inaktive genvarianten naturlig. Det har også blitt laget en mais som vokser bedre under tørke, ved å øke uttrykket av et av maisens egne gener.

Gris

Forskere har brukt genredigering for å lage griser som er resistente mot PRRS, en sykdom som tar livet av mange griser i store deler av verden hvert år. (Foto: Shutterstock)

Det er også et økende antall små og mellomstore selskaper og akademiske grupper som utvikler genredigerte dyr og planter. For eksempel arbeider forskningsgrupper med å inaktivere gener for å øke holdbarheten i matprodukter, for eksempel sjampinjong. Andre forskere ønsker å lage allergi-fri mat, ved å fjerne genene som koder for allergifremkallende proteiner i blant annet peanøtter og egg. Mange arbeider også med å gjøre planter mer resistente mot tørke og sykdom. Et eksempel er meldugg-resistent hvete, som har blitt laget av kinesiske forskere ved å inaktivere et gen. Mutasjoner som inaktiverer dette genet har så langt ikke blitt funnet naturlig hvete, og kan derfor ikke fremskaffes ved tradisjonell avl.

Dyr
Genredigering blir i økende grad også tatt i bruk på dyr, blant annet for å forebygge sykdommer i dyrebestanden, noe som kan øke både dyrevelferden og lønnsomheten i landbruket. For eksempel har amerikanske forskere ved hjelp av CRISPR gjort griser resistente mot et virus som forårsaker Porcine Respiratory and Reproductive Syndrome (PRRS), en sykdom som tar livet av mange griser i store deler av verden hvert år. På Roslin Institute i Edinburgh er det laget griser som er motstandsdyktige mot afrikansk svineinfluensa. Grisene har fått endret et gen slik at det tilsvarer en genvariant som finnes i villsvin, og som gir beskyttelse mot viruset.

I USA har også genredigerte melkekyr kommet til verden. Disse har fått endret et gen slik at de ikke utvikler horn, noe som forekommer naturlig i noen typer storfe. Dette fjerner behovet
for avhorning, en prosess som kan medføre smerter for kalvene/kyrne. Undersøkelser viser at mange bønder som driver med oppdrett av melkekyr i USA ønsker genvarianten som gir hornløse kyr, men vegrer seg fra å krysse den inn, siden det vil ta lang tid (anslagsvis 20 år) å krysse ut andre uønskede genvarianter som følger med. Figur 2 sammenligner prosessene med å fremskaffe melkekyr med den hornløse genvarianten gjennom tradisjonell avl og ved genredigering. Samme prinsipp vil gjelde for andre naturlig forekommende genvarianter i andre organismer. Dersom en genvariant ikke finnes naturlig vil det imidlertid ikke være mulig å oppnå egenskapen gjennom tradisjonell avl.

I Norge er ikke genredigering tatt i bruk utenfor forskningslaboratorier, men det gjøres blant annet forsøk på laks ved Havforskningsinstituttet. Der har de lyktes med å lage steril laks uten kjønnsceller ved å fjerne deler av et gen med CRISPR-metoden. Forskerne bak arbeidet ønsker også å utforske muligheten til å gjøre genredigeringer for å gjøre dem laks motstandsdyktige mot lakselus og virussykdom.

Figur som viser bruk av CRISPR for å remskaffe organismer med ønskede genetiske egenskaper.

Figur 2. Ulike måter å fremskaffe organismer med ønskede genetiske egenskaper: En genvariant som gir hornløse kyr kan krysses inn gjennom tradisjonell avl, etter mange generasjoner med utkryssing av andre uønskede genvarianter. Det vil imidlertid være vanskelig å krysse ut alt av den uønskede genetiske bakgrunnen. Alternativt kan genvarianten målrettet settes inn med genredigeringsteknologi i første generasjon.

Det er fortsatt for tidlig å si hvilke av prosjektene som eventuelt vil resultere i et produkt på markedet, men det investeres betydelige ressurser i forskning og utvikling på genredigerte dyr og planter i store deler av verden. Det forventes derfor at vi vil se en rekke nye varianter i tiden som kommer.

En mer nyansert debatt?
Den tradisjonelle GMO-debatten har over tid blitt stadig mer polarisert. Mange er bekymret for hvilke konsekvenser det har for helse og miljø når man setter fremmede gener inn i en organisme. Nå håper mange at vi med genredigering kan få en mer nyansert og konstruktiv debatt omkring bruken av genteknologi i fremtidens matproduksjon. Teknologien gir blant annet mulighet til å lage endringer i arvestoffet som tilsvarer dem som oppstår naturlig, og mange av de dyrene og plantene som utvikles kan ha egenskaper som bidrar til en mer robust og effektiv matproduksjon. Dette har også ført til en diskusjon om hvorvidt lovreguleringen av genredigerte organismer er hensiktsmessig.

Lovregulering
Lovene som regulerer GMO-mat både i Norge, EU og i andre deler av verden ble utformet i en tid da genteknologien var i sin tidlige barndom og begrenset til å sette inn fremmede gener. Genredigering utfordrer derfor prinsippene som ligger til grunn for lovverket. Det er for tiden mye debatt globalt om hvilke regler som bør gjelde, spesielt for organismer hvor det ikke er satt inn fremmed DNA i arvestoffet. I USA har myndighetene besluttet at en rekke planter som er endret med genredigering skal unntas fra GMO-regelverket, deriblant en sopp med økt holdbarhet og en mais som vokser raskere. I EU er det fortsatt uklart hvilke bestemmelser som skal gjelde. Inntil videre vil sannsynligvis alle genredigerte organismer falle innunder det eksisterende GMO-regelverket, men mange har tatt til orde for at det bør gjøres noen unntak.

 

Medisinsk behandling av mennesker

Det er også mange som utforsker muligheten for å bruke genredigering for å behandle sykdom i mennesker, enten ved å reparere sykdomsgivende genfeil, eller ved å endre gener slik at cellene blir bedre til å motstå eller bekjempe sykdom (se også temaside om genterapi).

I 2016 skal de første utprøvende behandlingene på mennesker igangsettes. Både i USA og Kina har forskere fått tillatelse til å bruke CRISPR-teknologien i kreftbehandling. Pasientenes immunceller skal endres slik at de blir bedre til å gjenkjenne og drepe kreftceller. Også andre behandlinger kan være nært forestående, blant annet for blindhet, HIV og arvelige blodsykdommer. Felles for disse sykdommene er at cellene som skal behandles, for eksempel i blodet eller i øyet, er enkle å hente ut av kroppen.

Imunceler andriper

Forskere i flere land arbeider med å bruke CRISPR-teknologien til å endre pasientenes immunceller slik at de blir bedre til å gjenkjenne og drepe kreftceller. (Foto: iStock)

Det finnes mange sykdommer som forårsakes av medfødte genfeil, og som potensielt kan behandles ved hjelp av genredigering. Likevel kan det være praktiske utfordringer som gjør det vanskelig. Et eksempel er den alvorlige sykdommen Duchennes muskeldystrofi, der en enkelt genfeil gjør at musklene gradvis forsvinner. Sykdommen rammer rundt 1 av 4000 gutter, og det finnes foreløpig ingen behandling. Muskelceller er vanskelige å behandle, men forskere har vist i dyreforsøk at man ved hjelp av CRISPR kan rette opp genfeilen i stamceller, som så kan dyrkes frem til nye, friske muskelceller. Mus som fikk de nye muskelcellene transplantert inn ble bedre, men ikke helt friske.

Med CRISPR-teknologien har man for første gang muligheten til å endre gener også i kjønnsceller, befruktede egg og embryoer (fosteranlegg). Slik kan man potensielt fjerne alvorlig sykdom før den oppstår. Da forskere reparerte genfeilen som gir Duchennes muskeldystrofi allerede mens musene var i embryostadiet, ble avkommene født helt friske, og viste dermed at det var langt mer effektivt enn å gjøre behandlingen på stamceller fra voksne mus. Men dette endrer ikke bare genene til enkeltindivider – endringene vil også gå i arv til alle deres etterkommere. Dette stiller oss overfor store etiske dilemmaer i spørsmålet om man skal tillate slik behandling i mennesker.

Genterapi på kjønnsceller og embryoer
Lenge var det ikke teknisk mulig å gjennomføre genterapi på kjønnsceller og embryoer, fordi man ikke hadde metoder for å få nye gener inn i disse cellene. Dette endret seg med oppdagelsen av CRISPR/Cas9. Våren 2015 ble metoden for første gang brukt i genterapiforsøk på menneskeembryoer, av en gruppe kinesiske forskere. Men da forskerne undersøkte embryoene, viste det seg at bare noen få av dem hadde fått den riktige genendringen, og mange hadde fått kutt andre steder i DNA-et. Dersom embryoene hadde fått utvikle seg, og barn var blitt født, kunne slike uønskede effekter fått katastrofale følger for helsen til barna. Da ville alle kroppens celler vært påvirket, og genfeilene ville også gått i arv til fremtidige generasjoner.

Store deler av verden ble forferdet over at forskerne i Kina hadde forsøkt å genmodifisere menneskeembryoer, selv om de bevisst hadde valgt embryoer som ikke var levedyktige. Å utvikle metoder for å gjøre genetiske endringer som kan gå i arv i mennesker, er nemlig en kontroversiell grense å krysse.

Arvelige genetiske endringer – en vitenskapelig og etisk debatt
Debatten om hvorvidt vi bør tillate å gjøre genmodifiseringer som går i arv til våre etterkommere, dreier seg i hovedsak om tre momenter: risiko, usikkerhet og etikk.

Bruk av molekylærmedisinske metoder innebærer alltid en grad av risiko for at noe går galt eller for uønskede bieffekter. Men selv om embryoforsøket i Kina viste seg å være upresist, har CRISPR/Cas9-metoden vært svært presis i andre celletyper. Det gjøres også stadige tekniske forbedringer som gjør risikoen for uønskede genetiske endringer mindre. Når man tar i bruk medisinske behandlinger, gjøres alltid grundige vurderinger av hvor stor risikoen for utilsiktede hendelser er, og hvordan den står i forhold til mulige fordeler. Mange mener at teknologien snart vil være presis nok til å gjøre genetiske endringer i menneskeembryoer med en akseptabelt lav risiko for andre, uønskede genetiske endringer.

Selv om man klarer å gjøre de ønskede genetiske endringene med stor presisjon, er det likevel usikkerhet rundt hvilke biologiske, helsemessige og sosiale følger arvelige endringer vil ha på sikt. Vi vet for eksempel lite om hvordan ulike gener påvirker hverandre. Å fjerne et sykdomsgen kan kanskje medføre uønskede konsekvenser, både for individet og for menneskeheten. Kanskje genet var viktig for en annen biologisk prosess? Mange mener at de langsiktige konsekvensene vil være umulige å forutsi, fordi menneskets biologi er så kompleks. Hvor sannsynlige konsekvensene er, er omdiskutert og vil også avhenge av hvilke genetiske endringer det er snakk om.

Embryo med nål

Genredigering gjør det mulig å endre genene i menneske-embryoer. Men bør vi tillate det? (Foto: iStock)

Det finnes også etisk begrunnede argumenter mot å genmodifisere arverekken. For mange er nettopp endringer i arvestoffet som påvirker påfølgende generasjoner og utsetter dem for risiko uten deres samtykke, uholdbart, uavhengig av motivasjonen for å gjøre endringen. Dette baseres blant annet på tanken om at man ikke skal styre framtidige menneskers livsbetingelser, særlig når det gjelder deres grunnleggende genetiske forutsetninger. Man kan snakke om vår plikt til å sikre etterkommere en åpen framtid. På den annen side vil noen mene at det er etisk uforsvarlig å ikke forhindre alvorlig genetisk sykdom hos et menneske dersom vi har muligheten. I et slikt perspektiv vil det være medisinsk, etisk og praktisk lite hensiktsmessig å behandle alle påfølgende generasjoner for den samme lidelsen hvis det er mulig å behandle sykdomsdisposisjonen én gang for alle, og dermed hindre fremtidig lidelse for individene og kostnader for samfunnet. Noen mener også at det er et argument for å tillate genterapi på kjønnsceller og/eller befruktede egg at det kan gi bærere av genetisk sykdom mulighet til å få et eget, friskt avkom.

I mange tilfeller vil preimplantasjonsdiagnostikk (PGD), hvor man ved hjelp av gentesting velger ut embryoer som ikke har anlegg for den sykdommen det blir undersøkt for, kunne hindre at en alvorlig arvelig sykdom overføres til et barn (se temaside om PGD). Eksempler på dette er sykdommer som skyldes feil i ett enkelt gen, som Huntingtons sykdom, eller kjønnsbundne sykdommer. Likevel finnes det enkelte begrensninger for PGD, blant annet fordi det er begrenset hvor mange egg man har å velge mellom. Dersom foreldrene har mer enn én genfeil som gir sykdom, er sjansen for å finne et friskt embryo liten. Det gjør at PGD ikke egner seg så godt for sykdommer som forårsakes av flere gener, eller i tilfeller der mor og far er bærere av gener for ulike sykdommer. CRISPR/Cas9-metoden tillater i prinsippet å gjøre flere genetiske endringer parallelt og setter dermed ingen slik begrensning.

Sorteringssamfunn og «designerbabyer»?
Kan genredigering lede oss i retning av det såkalte «sorteringssamfunnet»? Én bekymring er at når metodene for å endre på våre egenskaper blir stadig tryggere, billigere og mer tilgjengelige, vil terskelen for å endre på egenskaper som ikke har noe med sykdom å gjøre bli lavere. Aktuelle eksempler kan være endring av egenskaper som utseende, intelligens og fysisk prestasjonsevne. Noen mener likevel at denne frykten er overdrevet fordi slike egenskaper vil være vanskelige å endre. De påvirkes nemlig ofte av komplekse samspill mellom mange gener, og mellom gener og miljø, på måter vi ikke enda helt forstår (se temaside om arv og genetikk). Hvor den moralske grensen for hva vi ønsker å tillate, bør gå, er noe samfunnet må diskutere fortløpende etter hvert som teknologien utvikles.

 

Spørsmål til diskusjon:

 

  • Norsk lov krever at organismer som har fått satt inn fremmed DNA i arvestoffet sitt merkes som genmodifisert (GMO). Bør genredigerte organismer der man bare har tatt bort DNA også merkes som GMO?
  • Er det akseptabelt å endre dyrs gener ved hjelp av genteknologi dersom det bidrar til økt dyrevelferd?
  • Bør man kunne endre fremtidige barns gener uten samtykke for å forhindre alvorlig sykdom?
  • Er det forsvarlig å ikke gjøre genterapi på et embryo dersom dette kan hindre alvorlig sykdom hos barnet?

 

Innholdet på denne siden ble sist oppdatert i september 2016. 

Send oss en e-post om du har kommentarer eller spørsmål til innholdet.

Siden ble opprettet: 07.09.2016. Siden ble oppdatert: 19.09.2016

© 2017 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter