CRISPR – et nytt verktøy for avl og foredling?

Helt siden det moderne jordbruket oppstod for rundt 10,000 år siden har mennesket systematisk avlet frem dyr og planter med nyttige genetiske egenskaper gjennom kryssing og seleksjon. 

Den genetiske variasjonen man har til rådighet baserer seg imidlertid på tilfeldige genetiske mutasjoner som oppstår over tid. For eksempel oppdaget forskere i 2007 en naturlig genvariant i atlanterhavslaks som ga motstandsdyktighet mot Infeksiøs Pankreasnekrose (IPN), en sykdom som i lang tid var en av de største utfordringene for norsk lakseoppdrett. Systematisk innkryssing av denne genvarianten i oppdrettsbestandene førte til at forekomsten av sykdommen falt dramatisk. 

Raskere enn naturen 

I senere tid har det imidlertid blitt utviklet metoder som kan gi raskere eller mer genetisk variasjon enn naturen selv har klart. I planteforedling brukes blant annet stråling og kjemikalier til å fremprovosere hundrevis av tilfeldige mutasjoner.

Over 3000 plantesorter fra over 200 ulike arter i mer enn 60 land blitt foredlet fram på denne måten og satt ut i naturen. En annen metode som gir endrede genetiske egenskaper er såkalt cellefusjon, der en celle får flere kopier av arvestoffet sitt. Dette brukes blant annet til å lage steril laks. Både mutagenese og cellefusjon går under betegnelsen konvensjonelle metoder.  

Førstegenerasjons genteknologi 

Genmodifiseringsteknologi ble først utviklet på 1970-tallet, da forskere oppdaget hvordan man kan overføre biter av DNA fra én celle til en annen, også mellom ulike arter. Metodene har i hovedsak blitt brukt til å lage planter som tåler plantevernmidler eller motstår insektangrep. Det finnes også én genmodifisert laks, AquAdvantage, som har fått satt inn gener fra andre fiskearter så den vokser raskere. Disse førstegenerasjons genteknologiene var imidlertid både teknisk krevende, kostbare og relativt upresise. 

Med genredigering har imidlertid den genteknologiske verktøykassa blitt mye bedre. Særlig CRISPR-metoden har potensial til å revolusjonere både industri, matproduksjon og sykdomsbehandling.  

Hva er egentlig CRISPR?  

Opprinnelig er CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palendromic Repeats) et slags immunforsvar som bakteriene bruker til å forsvare seg mot virus. I 2012 oppdaget forskere at dette systemet med noen små justeringer kunne brukes til å målrettet kutte og endre enhver DNA-sekvens, i alle celletyper og organismer. 

Hvordan fungerer CRISPR? 

Systemet består av en «gensaks» (et Cas-protein) som ved hjelp av en «GPS» (et såkalt sgRNA-molekyl) finner og kutter en spesifikk sekvens i DNA-et. Resten av jobben gjør cellen selv. Når et kutt i DNA-et oppdages, iverksetter cellen mekanismer for å reparere det. Ved å manipulere denne reparasjonsprosessen kan man ta vekk, bytte ut eller legge til DNA i kuttsonen, for eksempel bytte ut en sykdomsgivende mutasjon med en frisk DNA-sekvens. Prosessen er illustrert i figuren. 

Ved genredigering med CRISPR kuttes DNA-et av et Cas-protein. Det er et spesielt RNA-molekyl (kalt sgRNA) som bestemmer hvor kuttet lages ved å binde seg til en matchende sekvens i DNA-et. Ved å variere sekvensen i sgRNA-et kan man derfor selv bestemme hvor DNA-et skal kuttes. Kuttet DNA kan potensielt være farlig for en celle, så den iverksetter systemer for å reparere det. Ved å manipulere denne prosessen kan man ta vekk, bytte ut, eller legge til DNA i bruddsonen.

En forutsetning for å redigere gener med CRISPR, er at man vet sekvensen på DNAet man vil endre. Det er også nødvendig å ha en god metode for å levere de aktive molekylene inn i cellene som skal endres. Hva som fungerer best avhenger av blant annet type celle som skal redigeres, og hvilket bruksområde det er snakk om. 

Hva er spesielt med CRISPR? 

Genredigering med CRISPR gjør det mulig å lage målrettede endringer i DNA-et til alle levende organismer. Metoden er bedre enn tidligere genteknologier av flere grunner. I tillegg til at den gir større muligheter til å lage ulike genetiske endringer enn andre teknologier, er den også billigere og enklere å bruke.  

Det som trengs for å gjøre eksperimentene kan kjøpes for noen hundrelapper på internett, og kan i mange tilfeller anvendes av alle som har grunnkompetanse i molekylærbiologi. Metodeutviklingen på feltet går også svært raskt. Både presisjonen, effektiviteten og bredden i bruksområder øker kontinuerlig. 

Økt tilgjengelighet 

CRISPR-metoden tas i bruk i forskningslaboratorier og av industrien i stadig større omfang – det anslås at den er i bruk i over 2000 forskningslaboratorier i mer enn 60 land over hele verden. I 2018 publiseres i snitt mer enn ti vitenskapelige artikler om eller med CRISPR per dag. Metodens tilgjengelighet gjør også at det er en større bredde i aktørene som tar genteknologi i bruk nå enn før.  

CRISPR-metoden er også spesiell fordi den kan brukes i alle levende organismer, i alle celletyper. Metoden kan også brukes til å endre flere gener samtidig. CRISPR-metoden ble kåret til årets vitenskapelige gjennombrudd i 2015 av det verdensledende vitenskapelige tidsskriftet Science. 

Hva kan CRISPR brukes til? 

CRISPR-metoden brukes allerede til mange ulike formål, blant annet innen forskning, medisin, matproduksjon, industriell bioteknologi, og naturbevaring. 

Innen landbruk og akvakultur utvikler forskere blant annet planter og dyr som er mer motstandsdyktige mot sykdom, som er mer ressurseffektive, som har gunstigere næringsinnhold, som bedre tåler et ustabilt klima, og som har bedre velferd. Eksempler er griser som er resistente mot virussykdom, kyr som ikke må avhornes fysisk, ris som produserer flere korn per plante og soya med mer umettet fett og mindre mettet fett. 

CRISPR innen havbruksnæringen 

Det er mange potensielle bruksområder for CRISPR-teknologien innen akvakultur, for eksempel for å hindre at oppdrettslaksen kan krysse seg med villaksen hvis den rømmer, for å forebygge sykdom, og for å øke omega-3-innholdet i fôret og/eller fisken. Dette beskrives nærmere i artikkel 3, 5 og 8.  

Hvorvidt og hvor raskt genredigerte organismer vil tas i bruk utenfor laboratoriet er imidlertid ikke bare et teknisk spørsmål. Det vil i stor grad også avhenge av hvordan produktene reguleres. 

Hvordan reguleres CRISPR-produkter? 

I Norge reguleres genmodifiserte organismer (GMO) i genteknologiloven. Før en GMO kan godkjennes gjøres det grundige helse- og miljørisikovurderinger, samt en vurdering av samfunnsnytte, bærekraft og etikk. I tillegg stilles det krav om merking og sporbarhet for genmodifiserte organismer. Genteknologiloven setter i dag et klart skille mellom organismer som er fremstilt ved genteknologi på den ene siden og konvensjonelle foredlingsmetoder på den andre. Et lignende skille settes også i EUs GMO-regelverk, som Norge er forpliktet til å følge gjennom EØS-avtalen. 

Den store internasjonale diskusjonen har de siste årene dreid seg om hvorvidt genredigerte organismer der det ikke er satt inn nytt DNA skal defineres som GMO i juridisk forstand. I mange deler av verden, blant annet i USA og deler av Sør-Amerika, har myndighetene konkludert med at slike planter ikke regnes som GMO. Det er foreløpig uvisst om de også vil unnta genredigerte dyr fra GMO-reguleringen, men politiske signaler tyder på at det kan bli utfallet. 

Utdatert regelverk 

I Europa har imidlertid EU-domstolen bestemt at alle organismer fremstilt med genteknologi, inkludert genredigerte planter og dyr, er GMO etter definisjonen i lovverket, og skal underlegges dagens krav til risikovurdering, merking og sporing. Avgjørelsen har skapt mye debatt, og mange er bekymret for at europeiske forskningsmiljøer og næringsaktører i fremtiden ikke vil være konkurransedyktige på det internasjonale markedet. De mener også vi vil gå glipp av mange samfunnsnyttige produkter som blant annet kan bidra til bærekraftig utvikling.  

Røster på den andre siden av debatten, særlig miljøorganisasjoner og andre ikke-statlige organisasjoner, er derimot glade for at det fortsatt vil opprettholdes en streng regulering for å beskytte helse og miljø. 

Stadig flere tar imidlertid til orde for at det behøves nytenkning innen regulering, fordi det 25 år gamle regelverket er utdatert. Det etterlyses også en mer konstruktiv offentlig dialog rundt bruk av genteknologi i matproduksjon, landbruk og akvakultur. 

Et fremtidsrettet regelverk 

I Norge har debatten om regulering av genredigerte organismer fått mye oppmerksomhet det siste året, etter at Bioteknologirådet la frem forslag til endringer i genteknologiloven, der det i større grad skilles mellom ulike typer bruk av genteknologi.  

Ved å senke terskelen for godkjenning av enkelte produkter, for eksempel gjennom en meldepliktsordning, kan man legge til rette for at også mindre aktører kan ta del i utviklingen, samtidig som man beholder oversikten og muligheten for å gripe inn. Det endelige forslaget, som ble presentert 4.desember 2018, er utarbeidet i dialog med et bredt spekter av berørte parter som alle fikk mulighet til å si sin mening i en innspillsrunde. Det er i neste runde opp til departementet å avgjøre om det skal iverksettes en politisk prosess for å endre lovverket. 

Du kan lese mer om arbeidet på Bioteknologirådets nettsider.