Titta

UR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

UR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Om UR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Världens ledande forskare inom infektionsområdet föreläser om förändrade spridningsmönster av infektioner, antibiotikaresistens och det senaste inom gentekniken. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Till första programmet

UR Samtiden - Framtidens infektionsforskning : Så används CRISPR-tekniken idagDela
  1. Man kan korrigera vissa mutationer
    och introducera nya gensekvenser.

  2. Man kan byta ut en gen mot en annan.

  3. Tack för inbjudan. Det är väldigt
    trevligt att vara tillbaka i Umeå.

  4. Det känns som hemma.
    Jag bodde här ett tag-

  5. -och det var här jag utvecklade
    CRISPR-Cas9-projektet.

  6. Ibland undrar jag om jag skulle stå här
    om jag inte hade kommit till Umeå.

  7. Det var sommaren 2008-

  8. -som jag fick idén att foga samman
    två olika riktningar hos min forskning.

  9. Om jag inte hade varit i Umeå vet jag
    inte om jag hade kommit på den idén.

  10. CRISPR-Cas9-tekniken
    är ett RNA-styrt system-

  11. -som existerar i bakterier.
    CRISPR-Cas9 finns bara i bakterier.

  12. Jag ska berätta lite mer allmänt
    om CRISPR-Cas-biologi också.

  13. CRISPR-Cas9 fungerar
    som ett RNA-programmerbart enzym.

  14. Här ser ni enzymet Cas9 som en sax
    som programmeras av RNA-molekyler.

  15. I naturen sker det med molekylerna
    crRNA och tracrRNA.

  16. Med hjälp av de här
    RNA-komponenterna-

  17. -kan Cas9 klippa upp DNA
    på ett sekvens-specifikt sätt-

  18. -och klippa upp dubbelsträngat DNA-

  19. -genom att klippa upp DNA-strängarna
    med olika nukleasdomänder.

  20. Mekanismen fungerar
    så länge det i genomet-

  21. -uppströms från den sekvens
    som RNA-molekylen riktar in sig på-

  22. -finns en kort sekvens nukleotider som
    kallas "Protospacer adjacent motifs".

  23. När det gäller systemet från bakterien
    Streptococcus pyogenes-

  24. -som är det system som används
    i hela världen för den här gentekniken-

  25. -som kan användas i alla olika slags
    celler och organismer-

  26. -så är PAM-motivet på det genom
    som man ska arbeta med NGG.

  27. Det finns många NGG inom genomet.

  28. Det förklarar varför systemet från
    Streptococcus pyogenes fungerar bra.

  29. Hela fältet med tillämpningar
    av den här genredigeringstekniken-

  30. -började för nästan fyra år sen.

  31. Då publicerades en artikel i Science-

  32. -av Elizabeth Pennisi, för
    nästan fyra år sen, sommaren 2013:

  33. "CRISPR-mani
    - ett bakteriellt immunsystem"-

  34. -"ger en potentiellt revolutionerande
    teknik för genredigering."

  35. "CRISPR-Cas9-tekniken möjliggör
    precis genredigering i alla organismer."

  36. Här ser ni en bakteriecell
    som infekteras av virus, bakteriofager.

  37. Det som är intressant är det faktum-

  38. -att det kom fram tillämpningar
    av tekniken väldigt fort.

  39. Jag ska visa en annan bild senare.

  40. Det är ett bra exempel
    på en naturlig mekanism i bakterier-

  41. -som man kan använda
    på ett enkelt sätt-

  42. -men som kan bli väldigt kraftfull.

  43. Den teknik som nu används-

  44. -skiljer sig inte så mycket från
    de naturliga mekanismerna i bakterier.

  45. Det är ett verktyg som har fått stort
    genomslag inom biovetenskaperna.

  46. Åtminstone när det gäller infektions-
    sjukdomar så är det en viktig teknik-

  47. -eftersom vi använder genetik-

  48. -för att förstå de mekanismer
    som ligger bakom olika sjukdomar-

  49. -och för att identifiera
    banor, gener och molekyler-

  50. -som kan leda till
    nya behandlingar och nya tekniker.

  51. Det är det angreppssätt
    som de flesta av oss...

  52. De av oss som arbetar
    med bakterieinfektioner-

  53. -är intresserade
    av grundläggande mekanismer-

  54. -och vi hoppas att vi kan hitta nya sätt
    att behandla bakterieinfektioner-

  55. -särskilt med tanke på
    hotet från antibiotikaresistens.

  56. När man jobbar med bakterier
    tänker man också alltid på-

  57. -att bakterier innehåller många
    intressanta enzym och mekanismer-

  58. -som sedermera har kunnat användas
    som molekylärbiologiska verktyg.

  59. Med det i åtanke
    vill jag kort visa några höjdpunkter-

  60. -och viktiga upptäckter
    inom grundläggande genetik-

  61. -för att ge er
    som inte är experter en känsla för-

  62. -var CRISPR-Cas9
    dyker upp i sammanhanget.

  63. Under 1800-talet formulerades
    genetikens grundläggande regler-.

  64. -med Darwin och "Arternas uppkomst",
    Mendels lagar om nedärvning-

  65. -och Miescher,
    som först isolerade DNA 1871.

  66. Och i mitten av 1950-talet-

  67. -kunde man visa att DNA
    var bärare av genetisk information-

  68. -man upptäckte DNA:s spiralstruktur
    och man såg den genetiska koden.

  69. Man ville verkligen förstå genernas
    funktion och genomets hemlighet.

  70. Man fick hjälp av bakterier och virus.

  71. Jag vill nämna François Jacob
    - jag kommer själv från Frankrike-

  72. -och jag har forskat
    på Pasteurinstitutet.

  73. François Jacob
    var en betydande makrobiolog...

  74. ...som arbetade med Jacques Monod
    och André Lwoff på saker som...

  75. Det var precis det som man kan hitta
    i systemet CRISPR-Cas.

  76. Det handlar om att förstå
    proteiner med enzymfunktioner-

  77. -att förstå hur gener
    kan organiseras som operander-

  78. -hypotesen att RNA kan ha
    regulatoriska funktioner i genuttrycket-

  79. -alla dogmer och principer
    som man studerar hos bakterier-

  80. -och interaktionen
    mellan bakterier och lysogena fager.

  81. Det är precis det
    som CRISPR-Cas handlar om.

  82. Han sa bland annat: "Naturen
    är en trixare, inte en uppfinnare."

  83. Jag gillar det citatet. Det handlar om
    enzym och andra komponenter-

  84. -som har identifierats
    i bakterier och virus-

  85. -och som kan trixa lite
    med DNA och RNA-

  86. -vilket har lett till att man
    inom molekylärbiologin och genetiken-

  87. -började titta på och utveckla enzym
    som kan rekombinera DNA-

  88. -som kan läsa DNA-koden-

  89. -och sekvensera och förstärka DNA.

  90. Sen utvecklades andra metoder
    som utnyttjade RNA-interferens.

  91. Mer nyligen utvecklades metoder
    för två olika nukleaser-

  92. -som utgjorde startskottet
    för genredigeringstekniken-

  93. -och gjorde det möjligt att göra precisa
    justeringar av gener hos organismer-

  94. -var zinkfingernukleaser
    och TALEN-nukleaser-

  95. -konstgjorda enzym som kan göra
    precis det som CRISPR-Cas9 gör.

  96. De kan klippa dubbelsträngat DNA
    på specifika platser i genomet-

  97. -men de fungerar
    på ett mer komplicerat sätt-

  98. -än CRISPR-Cas9,
    som bygger på RNA-molekylen.

  99. Här finns programmerbarheten
    inbyggd i nukleaset.

  100. Man måste alltså skapa nya nukleaser
    för nya gensekvenser.

  101. Det är en teknik som fungerar bra,
    och som fortfarande används-

  102. -men CRISPR-Cas9
    gör det betydligt enklare-

  103. -att förändra genomet
    på ett specifikt sätt-

  104. -och dessutom på ett billigare,
    snabbare och mer mångsidigt sätt-

  105. -tack vare hur mekanismen fungerar.

  106. Jag vill bara berätta lite om
    hur vi kom fram till det här systemet.

  107. På mitt labb är vi intresserade
    av att förstå de mekanismer-

  108. -som styr sjukdomar som orsakas
    av Streptococcus pyogenes-

  109. -en bakterie som angriper människor.
    Här ser vi bakterien färgad i rött-

  110. -när den angriper epitelceller,
    som är färgade gröna i bilden.

  111. Vi arbetar med olika slags mekanismer
    och försöker förstå-

  112. -hur de här mekanismerna gör att
    bakterien kan angripa mänskliga celler.

  113. Vi är också delvis intresserade av
    människans försvar mot bakterien.

  114. Vi arbetar med olika
    regleringsmekanismer som styr-

  115. -moduleringen av de faktorer
    som är viktiga för bakterien-

  116. -och dess överlevnad
    i en stressig miljö:

  117. Virulensfaktorer och andra faktorer
    som gör att bakterien anpassar sig.

  118. Jag började med små RNA-molekyler
    för ungefär femton år sen.

  119. Vi jobbade med små RNA-molekyler-

  120. -som deltog i reglerandet av virulens-
    faktorer hos Streptococcus pyogenes.

  121. Här ser in kortfattat de mekanismer...

  122. ...som används av sRNA,
    små RNA-molekyler i bakterier.

  123. När vi började med sRNA visste vi
    att de interagerar med budbärar-RNA-

  124. -och förändrar då stabiliseringen
    hos budbärar-RNA:s mål.

  125. De kan också aktivera eller inhibera
    translation genom olika mekanismer.

  126. De kan också aktivera eller hindra
    olika proteiners funktioner.

  127. Det vi inte hade då,
    som CRISPR-Cas9 ger-

  128. -är små budbärar-RNA-molekyler som
    kan reglera andra små RNA-molekyler.

  129. Dessutom kan små budbärar-RNA
    interagera direkt med DNA-

  130. -och förändra genomet.
    Det är det CRISPR-Cas9 gör.

  131. Det här är två stora mekanismer
    där CRISPR-Cas9 kan spela roll-

  132. -och där man med CRISPR-Cas9
    kan angripa specifika delar av DNA.

  133. 2006, för lite mer än elva år sen,
    när jag var chefsforskare i Wien-

  134. -började vi leta efter
    nya små RNA-molekyler i S. pyogenes.

  135. Vi använde ett angreppssätt
    hämtat från bioinformatiken-

  136. -som gjorde att vi kunde hitta
    nya små budbärar-RNA.

  137. Här har jag valt ut dem
    där vi kunde hitta ett fint uttryck.

  138. Vi fokuserade på små budbärar-RNA-

  139. -däribland den RNA-molekyl
    som nu är känd som tracrRNA.

  140. Det här är en skärmdump därifrån.

  141. Vi kunde se att tracrRNA
    uttrycktes i tre olika former-

  142. -som oftast uttrycktes efter varandra.

  143. Det handlar om kontroller för 5s rRNA.

  144. Vi märkte ut början och slutet
    för dessa uttryck för tracrRNA-

  145. -med hjälp av
    flera olika analysmetoder.

  146. Vi såg att RNA
    kodades i närheten av en gen-

  147. -som kodade för ett protein-

  148. -som kallades CRISPR-protein
    från Streptococcus thermophilus.

  149. Det innehöll två nukleasdomäner,
    RuvC-nukleas och HNH-nukleas.

  150. Det här handlar egentligen
    om Cas9-proteinet-

  151. -som alla vet
    utgör en del av den här tekniken.

  152. Man hade redan
    visat stort intresse för den här genen.

  153. Vi ville arbeta med CRISPR-systemet,
    som jag visar på nästa bild.

  154. När det gällde tracrRNA ville vi se på
    potentiella mål för budbärar-RNA.

  155. Vi hittade ett bra mål
    som kodade för en virulensfaktor.

  156. Vi tänkte då att interaktionen
    mellan tracrRNA och mRNA-

  157. -skulle förändra virulensfaktorn.

  158. Vi testade olika
    möjliga uttrycksskillnader-

  159. -hos den här faktorn
    på mRNA-nivå och proteinnivå-

  160. -vi jämförde olika typer av S. pyogenes
    med knock-out av tracrRNA-

  161. -vi såg på olika fenotyper som ansvarar
    för bildandet av den här faktorn-

  162. -som är ett protein
    som ingår i etytrocytlysis-

  163. -men vi kunde inte förstå
    den här interaktionen. Nu vet vi varför.

  164. Man har visat att tracrRNA spelar roll
    hos reglerandet av virulensfaktorer-

  165. -hos en annan bakterie,
    men vi började bli lite desperata.

  166. Sen började vi också
    titta på CRISPR-systemet-

  167. -eftersom vi nu också
    kunde identifiera crRNA.

  168. Det gjorde att vi började studera
    ett annan slags infektionsbiologi-

  169. -där bakterien är värden, och den
    angrips av rörliga genetiska element.

  170. Jag ska senare visa hur olika former
    av RNA påverkar den här interaktionen.

  171. Rörliga genetiska element kan bestå av
    plasmider, transposoner och fager.

  172. De kan föra in
    intressanta gener i en bakterie-

  173. -till exempel gener som gör bakterien
    resistent mot antibiotika-

  174. -eller som gör att bakterien kan
    anpassa sig bättre till sin omgivning.

  175. När det gäller fager
    som infekterar bakterieceller-

  176. -så injiceras genomet
    från fagerna in i bakteriecellerna-

  177. -och där kan det
    börja producera virala partiklar-

  178. -som kan lysera bakteriecellen
    och döda andra bakterieceller.

  179. När det gäller till exempel
    Streptococcus pyogenes-

  180. -kan den invaderande fagens DNA
    integreras i bakterien som en profag.

  181. Det kan leda till nya gener,
    som ibland kodar för virulensfaktorer.

  182. När bakterier eller arkéer-

  183. -angrips av de här genominkräktarna
    så måste de försvara sig-

  184. -och de har försvarssystem
    mot alla olika sorters angrepp.

  185. De kan använda olika försvarssystem-

  186. -som inbyggda försvarssystem-

  187. -som har lett till
    upptäckten av restriktionsenzym.

  188. De här restriktionssystemen ses som
    bakteriernas inbyggda immunsystem-

  189. -och de består av det här enzymet
    som har använts för kloning.

  190. CRISPR-Cas
    är ett annat slags immunsystem.

  191. Det är det enda
    adaptiva immunsystemet-

  192. -om man pratar om
    adaptiva och inbyggda immunsystem.

  193. Systemet är adaptivt på så sätt
    att det först känner igen inkräktaren-

  194. -och sen memorerar inkräktaren
    så att försvarssystemet kan fungera.

  195. Systemet består av ett antal gener
    organiserade som operoner-

  196. -som kodar för proteinkomponenterna
    i CRISPR-Cas-systemet.

  197. Nära det här operonet har man ett
    antal upprepningar och utfyllnader-

  198. -som kallas en CRISPR-rad-

  199. -som består av först en startsekvens
    som innehåller en promotorregion-

  200. -och därefter ett antal väldigt korta
    upprepade identiska sekvenser-

  201. -och mellan dem finns upprepade
    så kallade utfyllnadssekvenser-

  202. -som kommer från sekvenser
    från rörliga genetiska element.

  203. Promotorn gör att CRISPR-raden
    tas in i systemets RNA-komponenter-

  204. -med hjälp av
    Cas-proteiner och crRNA.

  205. Immunsystemet har tre steg.
    Först memorerandet av systemet-

  206. -därefter uttrycket
    genom crRNA och proteiner-

  207. -och sen interferensen, där systemet
    känner igen en återkommande fag.

  208. Det fungerar så
    att fagen vid en första infektion-

  209. -injicerar sitt DNA i bakteriecellen.

  210. Då kan de här Cas-proteinerna-

  211. -känna igen fagens DNA
    och klippa upp en bit av fagens DNA-

  212. -och stoppa in den
    i CRISPR-raden vid startsekvensen.

  213. Det är ett sätt att memorera fagen-

  214. -genom att föra in en markör
    för fagen i bakteriecellens genom.

  215. De här små utfyllnadssekvenserna
    i olika färger-

  216. -ska förstås som ett antal tidigare
    infektioner som man har memorerat.

  217. Sen fungerar systemet så-

  218. -att de proteiner som känner igen
    fagen vid en ny infektion uttrycks-

  219. -och CRISPR-raden uttrycks
    som en lång crRNA-molekyl-

  220. -som kommer att utvecklas till
    en enda mogen crRNA-

  221. -som innehåller
    en del av de upprepade sekvenserna-

  222. -och en sekvens som har som mål
    ett specifikt rörligt genetiskt element.

  223. Sen sker en sammankoppling
    av crRNA med ett proteinkomplex-

  224. -och crRNA kan sen föra ut
    det här proteinkomplexet-

  225. -till den inkräktande fagen,
    för att se om de känner igen den-

  226. -det vill säga om det finns samma
    sekvens hos crRNA och hos fagen.

  227. Ett Cas-protein
    känner igen den här interaktionen-

  228. -och klipper då upp fagens genom.

  229. Systemet
    har en väldigt intressant historia-

  230. -som jag inte har tid att berätta om.

  231. Det började 1987
    när en japansk grupp identifierade-

  232. -ett antal upprepningar
    i genomet hos E. coli.

  233. Det följdes av några studier
    som visade att CRISPR-raden-

  234. -kunde transkriberas
    genom olika stora RNA-molekyler.

  235. Man tänkte att det hade att göra med
    RNA-komponenter och RNA-mognad-

  236. -och produktionen
    av väldigt små RNA-molekyler.

  237. Sen kunde bioinformatiker
    visa att CRISPR-generna-

  238. -kodade för proteiner som interagerade
    med och kunde klippa i DNA och RNA.

  239. Sen såg man att utfyllnadssekvenserna
    matchade rörliga genetiska element-

  240. -och hypotesen blev att det motsvarade
    ett RNA-interferenssystem-

  241. -som utgjorde ett adaptivt
    immunsystem hos bakterier.

  242. Detta kunde senare bevisas
    för Streptococcus thermophilus.

  243. Till en början trodde man, som
    med RNA-interferens hos eukaryoter-

  244. -att systemet angrep det mRNA-

  245. -som kodas av fagens gener-

  246. -tills man insåg att de proteiner
    som ansvarar för interferensen-

  247. -inte var de proteiner som klippte DNA.

  248. CRISPR-Cas9-systemet har utvecklats
    hos både bakterier och arkéer.

  249. Systemet finns hos 50-60 procent
    av bakterier och 90 procent av arkéer.

  250. Man har beskrivit en klassificering.

  251. Det här är en klassificering
    från för två år sen-

  252. -som grundas på sorten och antalet av
    olika CRISPR-proteiner i operonet.

  253. Man kan se att beroende på
    vilken sorts CRISPR-Cas det är-

  254. -så får CRISPR-associerade gener
    olika organisation och olika särdrag.

  255. CRISPR-Cas9
    kallas för ett typ två-system.

  256. När vi började arbeta med systemet
    hade redan några kollegor-

  257. -John van der Oost,
    Marraffini och Sontheimer-

  258. -för att nämna några, börjat se på
    mekanismerna hos typ ett och tre.

  259. De visade att det behövs
    ett komplex av proteiner-

  260. -som styrs av ett matchat crRNA
    för att skapa interferens.

  261. Typ två-systemet är annorlunda.

  262. I stället för en serie gener är det bara
    en gen som kodar för Cas9-proteinet.

  263. Det finns också en skillnad hos
    proteinet som producerar crRNA-

  264. -som inte finns hos typ två, så när vi
    började arbeta med typ två insåg vi-

  265. -att vi hade att göra med en mekanism
    som skilde sig från typ ett och tre-

  266. -eftersom bara en gen
    stod bakom interferensen.

  267. Detta hade redan bevisats-

  268. -även om man
    inte förstod mekanismerna.

  269. Jag vill gå tillbaka till tracrRNA-
    molekylen som finns i typ två-systemet.

  270. Vi ville också studera CRISPR
    i Streptococcus pyogenes-

  271. -eftersom vi såg att utfyllnads-
    sekvenserna i typ två-systemet-

  272. -kan angripa lysogena fager-

  273. -som kan förflytta virulenta gener
    mellan olika kliniska isolat.

  274. Vi ville visa att CRISPR-Cas kunde
    minska mängden virulenta gener-

  275. -i kliniska isolat
    av Streptococcus pyogenes-

  276. -genom att begränsa de lysogena fager
    som kodar för virulensfaktorerna.

  277. Vi ville verkligen förstå mekanismen.

  278. Vi insåg att tracrRNA
    inte riktade in sig-

  279. -på mRNA
    som kodade för virulensfaktorer.

  280. Vi började ana att tracrRNA
    spelade en roll i typ två-systemet.

  281. Till slut kom vi fram till
    att det spelar en nyckelroll-

  282. -och att det är utmärkande
    för CRISPR-Cas9-systemet.

  283. Det är den RNA-molekylen
    som utgör skillnaden.

  284. Vi använde
    ett gentekniskt tillvägagångssätt-

  285. -med de verktyg som jag hade
    utvecklat för genredigering i bakterier.

  286. Vi kunde visa
    att tracrRNA är en RNA-molekyl-

  287. -som kan skapa baspar med
    crRNA-molekylernas upprepningar.

  288. Här ser ni det duplex som skapas av
    tracrRNA och långa RNA-molekyler.

  289. Det stabiliseras av Cas9-proteinet
    och klipps upp av ribonukleas III-

  290. -ett enzym som kodas
    av de flesta bakteriearter.

  291. Det leder till skapandet
    av en mellanform av crRNA-

  292. -som genomgår ytterligare
    mognadsprocesser till en form-

  293. -som innehåller en mogen form
    av crRNA som kan rikta in sig på-

  294. -motsvarande sekvens i fagen.

  295. Sen har vi tracrRNA-duplexet
    och Cas9 som håller ihop det.

  296. Det är en väldigt specifik mekanism-

  297. -som gör att tracrRNA-
    och crRNA-duplexet-

  298. -kan leda Cas9 till det inkräktande
    genomet, som ni kan se här.

  299. Man har ett mål-DNA-

  300. -och en crRNA-sekvens
    som bildar baspar med mål-DNA-

  301. -och en interaktion
    mellan crRNA och tracrRNA.

  302. Experimentet visar hur tracrRNA och
    crRNA leder Cas9 till att klippa DNA.

  303. Man kan se att man kan klippa
    i plasmider med olika former-

  304. -bara när man har Cas9, plasmiden,
    crRNA och tracrRNA samt magnesium.

  305. Här ser ni de uppklippta fragmenten.

  306. Det här är bara ett
    av de många experiment som vi gjorde.

  307. När vi sekvenserade
    de här fragmenten-

  308. -såg vi att brottet skedde tre baspar
    uppströms om en viss PAM-sekvens-

  309. -som består av NGG
    hos Streptococcus pyogenes.

  310. Den här sekvensen
    måste finnas i genomet-

  311. -precis nedströms om den sekvens
    som crRNA riktar in sig på.

  312. Det finns två möjliga ställen
    där det kan ske.

  313. Jag vill bara nämna att det här
    gjordes in vitro med tracrRNA-

  314. -och det överensstämde med en
    tidigare studie av Sylvain Moineau-

  315. -som visade att CRISPR-Cas9-
    systemet kan klippa mål-DNA in vivo.

  316. Då hade man
    ännu inte beskrivit tracrRNA.

  317. De upptäckte också att det skedde
    ett brott tre baspar bort från PAM-

  318. -och Moineau kunde visa betydelsen
    av den här PAM-sekvensen-

  319. -som tidigare
    hade identifierats av bioinformatiker.

  320. Det fungerar så att Cas9 styrs av de
    två RNA-sorterna till att hitta ett PAM.

  321. Cas9 innehåller en domän som binder
    till den här NGG-sekvensen.

  322. Därefter söker den efter
    den sekvens som motsvarar crRNA.

  323. Det skapas ett så kallat R-loop-system
    genom proteinets olika stadier-

  324. -när det binder till RNA,
    när det binder till PAM-

  325. -och slutligen vid sökningen.

  326. Därefter placeras Cas9:s
    två nukleasdomäner på plats-

  327. -så att de kan utföra
    själva klippningen-

  328. -där var och en av domänerna
    klipper en sträng.

  329. Man får alltså ett dubbelt DNA-brott
    på den specifika plats som har valts ut.

  330. Sen ville vi förenkla systemet-

  331. -genom att använda
    bara en enkel sgRNA-molekyl.

  332. Beroende på
    hur tekniken har utformats-

  333. -och för vilka specifika ändamål-

  334. -använder man ändå
    dubbla RNA-molekyler ibland.

  335. Vi ville kunna utnyttja
    det här programmerbara systemet-

  336. -som gör specifika dubbla DNA-brott
    för gentekniska ändamål.

  337. Det CRISPR-Cas9-systemet kan göra-

  338. -är precis det som zinkfingernukleaser
    eller TALEN-nukleaser gör.

  339. De klipper upp dubbla DNA-strängar.

  340. När man gör ett brott hos DNA
    på en högre stående organism-

  341. -kan man sätta i gång så kallade icke-
    homologa reparationsmekanismer-

  342. -som är mer eller mindre felbenägna
    och kan skapa felaktigheter vid brottet.

  343. Om man för in
    en homolog DNA-sträng-

  344. -så kan man ersätta
    den sekvens där man gjorde brottet-

  345. -med en annan sekvens.

  346. Därigenom kan man skapa mutationer,
    man kan reparera mutationer-

  347. -man kan föra in
    nya sekvenser i genomet-

  348. -man kan ersätta gener
    med andra gener-

  349. -eller vissa delar av sekvenser
    med andra sekvenser.

  350. Man kan också göra
    större förändringar.

  351. När vi förstod
    hur enkel mekanismen var-

  352. -och att CRISPR-Cas
    skulle kunna användas-

  353. -för att rikta in sig
    på genom och deras uttryck-

  354. -var CRISPR-Cas9 det mest minimala
    system som gick att använda.

  355. Vår hypotes var att det här
    RNA-programmerbara systemet-

  356. -skulle kunna bli ett gentekniskt
    verktyg i livets alla tre domäner-

  357. -för biotekniska, biomedicinska
    och genterapeutiska ändamål.

  358. Sex månader efter att vi publicerade
    en artikel i Science sommaren 2012-

  359. -med min kollega Jennifer Doudna-

  360. ett halvår senare såg vi
    ett antal artiklar i början av 2013-

  361. -som visade att tekniken fungerade
    i människor, möss, bakterier, växter...

  362. Det var många i Boston
    som lade ner mycket arbete-

  363. -på att visa att tekniken fungerade bra-

  364. -i människoceller och i organoider
    och i många olika modellorganismer.

  365. Alla håller med om
    att det är billigt och enkelt.

  366. Det är effektivt om man använder
    systemet från S. pyogenes.

  367. Det är en väldigt användbar teknik
    som gör att man kan utforma-

  368. -olika typer av gRNA för att
    rikta in sig på olika delar av genomet-

  369. -och göra olika förändringar samtidigt.

  370. Specificiteten
    är väldigt bra för naturliga system-

  371. -men många forskare arbetar med
    att förbättra specificiteten-

  372. -särskilt för att
    kunna använda det inom medicin.

  373. Systemet har låg toxicitet och man
    forskar nu på olika överföringssystem.

  374. Jag tycker om den här tekniken
    för att den leder till förnyat intresse-

  375. -för att förstå livets mekanismer
    hos modellorganismer-

  376. -där genetiken inte har varit enkel.

  377. Nu när vi har ett effektivt system
    pågår forskning om överföringssystem-

  378. -för att kunna studera
    världens mångfald.

  379. Jag skulle dock vilja visa några
    andra aspekter av CRISPR-Cas9.

  380. Det är viktigt att förstå att systemets
    natur gör det väldigt användbart.

  381. Man kan slå ut en enkel nukleasdomän
    och göra om ett nukleas-

  382. -till ett RNA-programmerbart nikas,
    som kan introducera bara ett brott-

  383. -på en av de två DNA-strängarna.
    Man kan också slå ut två domäner-

  384. -och få ett RNA-programmerbart
    DNA-bindande protein.

  385. När man har RNA-programmerbara
    nukleas kan man skapa mutationer.

  386. Om man har den döda versionen
    som inte kan klippa DNA-

  387. -utan som bara kan binda till DNA
    så kan man lägga till olika domäner-

  388. -som kan göra om systemet till att
    aktivera eller inhibera transkription.

  389. Det har gjorts mycket forskning där
    på den senaste tiden-

  390. -där man ser på
    aktivering och transkription.

  391. Man kan också sammanföra Cas9
    med en effektordomän-

  392. -för att studera förändringar hos DNA
    och epigenetiska fenomen-

  393. -för att bara ta några exempel.

  394. Här ser ni de duplex-RNA som är
    viktiga för att systemet ska fungera.

  395. Som jag sa använder alla systemet
    från Streptococcus pyogenes-

  396. -men nåt som vi
    började titta på väldigt tidigt-

  397. -och som har låtit oss
    förstå mekanismen-

  398. -var att vi tittade på mångfalden
    av den här mekanismen hos bakterier.

  399. Vi började tidigt
    med bioinformatiska analyser-

  400. -och vi upptäckte att systemet fanns
    i över 350 olika bakteriearter.

  401. Mina kollegor hittade systemet,
    och även tracrRNA i många olika arter.

  402. Vi upptäckte att det i CRISPR-Cas9-
    systemet redan finns Cas9-enzym-

  403. -tracrRNA och crRNA,
    men det finns en stor variation-

  404. -när det gäller sekvenser, så om
    man jämför de olika Cas9-enzymen-

  405. -alltså sekvenserna hos Cas9-enzymen
    hos de 350 olika bakterierna-

  406. -så ser man att man ibland bara har
    en procent samma aminosyror.

  407. Det finns också stor variation i
    sekvenserna hos crRNA och tracrRNA.

  408. Så trots att sekvenserna
    hos tracrRNA utvecklas-

  409. -och sekvenserna
    hos crRNA utvecklas-

  410. -så förblir kombinationen stabil,
    vilket gjorde att vi förstod vikten-

  411. -hos duplex-RNA:t och interaktionen
    med Cas9-proteinerna.

  412. Cas9-proteinerna
    kan också ha olika storlek i naturen.

  413. Det gjorde att vi kunde se
    hur systemet hade utvecklats.

  414. Det är viktigt att fortsätta utveckla
    verktygslådan för CRISPR-Cas9.

  415. Forskare vill ha små versioner av Cas9
    som gör det enklare att använda-

  416. -till exempel i människoceller.

  417. Jag har pratat om PAM-sekvenser,
    som måste finnas på målgenomet.

  418. För S. pyogenes är det NGG,
    men för olika bakteriearter-

  419. -så har de olika versioner av PAM.

  420. De kan ha fyra-fem nukleotider
    eller kanske bara två.

  421. Genom att förstå det här systemet
    hos olika slags bakterier-

  422. -kan vi utöka vår verktygslåda,
    vilket kollegor till mig har gjort.

  423. Alla håller dock med om att systemet
    från S. pyogenes är det mest effektiva.

  424. Det är det mest effektiva systemet-

  425. -så vi hade tur
    som jobbade med just S. pyogenes.

  426. Anledningen är att Cas9-enzymet
    hos S. pyogenes är särskilt flexibelt-

  427. -och det har väldigt stark
    helikas-aktivitet för att öppna upp DNA.

  428. Jag ska fatta mig väldigt kort.

  429. Det här är ett viktigt verktyg
    för att förstå geners funktioner-

  430. -men jag gillar också
    att den här tekniken är så mångsidig.

  431. Man har kombinerat den
    med andra gentekniker-

  432. -som har utvecklats
    under de senaste 40 åren.

  433. Vi har sett att vår gentekniska
    verktygslåda har blivit större-

  434. -genom att kombinera olika tekniker.

  435. Det används inom
    forskning och utveckling och medicin-

  436. -där det är viktigt när vi arbetar med
    infektionssjukdomar och patogener-

  437. -att hitta korrekta, kliniskt relevanta
    modeller för sjukdomar.

  438. CRISPR-tekniken är till exempel
    väldigt användbar i djurmodeller-

  439. -där man kan se på funktionen hos
    vissa interaktorer hos olika patogener.

  440. Det är också viktigt vid validering
    inom läkemedelsutveckling-

  441. -och i alla de screeningmetoder,
    där man nu använder CRISPR-Cas9.

  442. Det är också viktigt
    inom växtbiologi och syntetisk biologi.

  443. Vi såg tidigare att typ två
    var det mest minimala systemet-

  444. -men man har börjat se på andra
    system sen vi började med typ två.

  445. Jag vill bara nämna typ fem A,
    där mekanismen är ännu enklare.

  446. Man behöver inte två RNA
    och ett protein, utan bara ett protein-

  447. -med en ribonukleas-domän
    och en deoxiribonukleas-domän.

  448. Det här Cas-proteinet
    som numera kallas Cpf1-

  449. -kan binda
    till den långa crRNA-molekylen-

  450. -och den kan generera mogna crRNA-

  451. -som förblir bundna till Cpf1-

  452. -det Cas-protein
    som har fått dem att mogna.

  453. Det mogna RNA, som är bundet till
    proteinet, kan ledas till målgenomet-

  454. -där proteinet,
    som har en deoxiribonukleasdomän-

  455. -klipper DNA vid specifika sekvenser.
    Det är ett protein som gör allt.

  456. Många kollegor
    har arbetat med olika system-

  457. -och memoreringsprocessen beskrevs
    i en väldigt bra artikel nyligen.

  458. Jag skulle vilja avsluta med att tacka
    mina institutioner i Österrike-

  459. -och förstås i Sverige.
    Alla olika loggor fick inte plats.

  460. Vi har fått viktigt stöd
    från Wallenbergstiftelsen-

  461. -Kempestiftelserna
    och Göran Gustafssons stiftelse.

  462. Jag arbetar nu i Tyskland med ett
    väldigt bra team med unga forskare-

  463. -som är väldigt motiverade och duktiga.

  464. Jag har arbetat tillsammans med
    Jörg Vogel, som Peter nämnde-

  465. -Jennifer Doudna i Berkeley,
    Martin Jinek i Zürich-

  466. -och Eugene Koonin
    i Bethesda i USA.

  467. Det här var mitt team förra sommaren.

  468. Jag måste också nämna de här två
    företagen. Tack för uppmärksamheten.

  469. Jag hoppas att det inte var för långt.

  470. Översättning: Peeter S. Randsalu
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

Så används CRISPR-tekniken idag

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

CRISPR/Cas9 är den bästa tekniken för genmodifiering som finns tillgänglig just nu, berättar Emmanuelle Charpentier, professor i medicinsk mikrobiologi vid laboratoriet för molekylär infektionsmedicin vid Umeå universitet och avdelningschef vid Helmholtz Centre for Infection Research i Tyskland. Tekniken används för att göra riktade förändringar i arvsmassan. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Ämnen:
Biologi > Genetik och genteknik
Ämnesord:
Allmän medicin, Biologi, Gener, Genetik, Infektionssjukdomar, Medicin, Naturvetenskap
Utbildningsnivå:
Högskola

Alla program i UR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Patogener, kommensaler och slemhinnor

Tarmfloran har många roller. En av dem är att skydda slemhinnan. De bakterier som vill invadera och kolonisera slemhinnan tävlar mot tarmfloran. Shigella sonnei är inget undantag. Philippe Sansonetti, professor i molekylär mikrobiologi vid Collège de France, berättar om patogener, kommensaler och slemhinnor i denna föreläsning som han kallar "The discreet charm of the 'Ménage á trois'", trekantens diskreta charm. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Bakteriernas kemiska språk

Skadliga bakterier kan döda människor, djur och växter, medan goda bakterier spelar en viktig roll i att hålla människor, djur och växter välmående och levande. Quorum sensing är bakteriernas sätt att kommunicera. Bonnie Bassler, professor i mikrobiologi vid universitetet Princeton i USA, är en pionjär på området och kunde i mitten av 1990-talet visa att bakterier inte bara talar med sina artfränder utan de kan också sända och ta emot signaler från andra arter. Här berättar hon om sin forskning. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Dna-skador i immunförsvaret

Människans immunförsvar är i konstant beredskap för att reagera. Nelson Gekara, infektionsforskare vid Umeå universitet, har påvisat ett samband mellan dna-skador och vårt medfödda immunförsvar, som ger oss förmågan att bygga upp en optimal inflammatorisk reaktion på infektioner och andra biologiska angrepp. Gekara berättar om sin forskning i molekylärbiologi som undersöker dna-skadors signalproteiner och deras roll i det medfödda immunförsvaret och inverkan på infektioner, inflammatoriska sjukdomar och cancer. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Spetälska - zoonoser och antroponoser

Stewart Cole, forskare i molekylärbiologi, berättar om sin forskning kring mykobakterieinfektioner som tuberkolos och spetälska. Genforskning har revolutionerat vår förståelse för icke-odlingsbara patogener hos människan. Man trodde att spetälska enbart smittade från människa till människa, men i USA har man hittat indikationer på att mycobacterium leprae kan smitta mellan djur och människor. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Bakteriers utökade kommunikation

Nya studier visar att tvåvägskommunikationen mellan bakterierna ständigt pågår som små viskningar även när man inte har en inflammation. Elaine Tuomanen, barnläkare vid St Jude Children's Research hospital, Memphis, USA, berättar här om sin forskning kring hur pneumokocker interagerar med det medfödda immunsvaret. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

UVI och bakteriell komplexitet

Urinvägsinfektioner förekommer främst hos kvinnor och är en av de vanligaste infektionerna. Scott Hultgren, forskare vid Washington University School of Medicine, St Louis, USA, berättar om sin forskning där han tagit fram nya kliniska metoder för behandling av akuta och återkommande urinvägsinfektioner genom att utveckla antihäftande mannosider. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Hepatit C-virusets svaga punkt

Peter Sarnow, professor i mikrobiologi och immunologi vid universitet i Stanford, USA, berättar om sin forskning med fokus på patogena RNA-virus. Hur identifierar man de virala akilleshälarna vid infektioner orsakade av flavivirus? Flavivirus är en virusfamilj bestående av RNA-virus som bland annat orsakar TBE, gula febern, hepatit C samt zika- och denguefeber. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Framtidens infektionsforskning

Så används CRISPR-tekniken idag

CRISPR/Cas9 är den bästa tekniken för genmodifiering som finns tillgänglig just nu, berättar Emmanuelle Charpentier, professor i medicinsk mikrobiologi vid laboratoriet för molekylär infektionsmedicin vid Umeå universitet och avdelningschef vid Helmholtz Centre for Infection Research i Tyskland. Tekniken används för att göra riktade förändringar i arvsmassan. Inspelat den 19 juni 2017 på Umeå universitet. Arrangör: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Kungliga Vetenskapsakademien och Umeå universitet.

Produktionsår:
2017
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Visa fler

Mer högskola & biologi

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Vuxna och psykisk hälsa 2014

Inledning - jag tänker på dig

Susanne Rolfner Suvanto från föreningen Hjärnkoll håller ett inledningsanförande. Psykisk ohälsa är vanligt - en av fyra är drabbad, och tre av fyra är berörda; som vän, arbetskamrat eller som anhörig. Konferensen hölls 13-14 mars 2014 på Norra Latin i Stockholm. Arrangör: Expo Medica.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Lyssna Bildningsbyrån - sex

Sex? Nej tack!

Asexualitet handlar inte om sexualdriften, utan om en oförmåga att känna sexuell attraktion. Vi möter Jenny som efter flera års relation fick ett ord för sin läggning via en blogg. Docent Lars Gösta Dahlöf har forskat kring hur den uppstår.

Fråga oss