Het verhaal van CRISPR-Cas begint in een bacterie: tijdlijn

1987

De initiële ontdekking van CRISPRsequenties wordt gerapporteerd in 1987 door wetenschappers uit Japan die het genoom van de bacterie E. coli onderzoeken. Ze identificeerden vijf identieke stukjes DNA die zich herhaalden en die werden gescheiden door niet-repetitieve DNA-sequenties van identieke grootte. Op dat moment worden deze DNA-herhalingen gezien als een curiositeit. Men kan ze immers niet verklaren. Wanneer wetenschappers het genoom van steeds meer bacteriesoorten onder de loep nemen, zien ze telkens deze herhaalde DNA-sequenties terugkomen. Onder meer in de bacteriën die gebruikt worden om kaas en yoghurt te maken en in bacteriën die van nature voorkomen in onze darm. (Ondertussen blijkt dat meer dan de helft van alle bacteriesoorten beschikt over CRISPR-sequenties.)

2002

De vaststelling dat deze regelmatige DNA-herhalingen steeds samen voorkomen met een gemeenschappelijke groep van genen (Cas-genen) versterkt het mysterie. Een team Nederlandse microbiologen geeft de DNA-regio met de herhalingen de naam ‘CRISPR’, een acroniem van Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (geclusterde, regelmatig onderbroken, korte palindroomherhalingen) en de geassocieerde genen werden gelabeld als ‘Cas’-genen, kort voor CRISPR-associated genes (met CRISPR geassocieerde genen). Snel wordt duidelijk dat de eiwitten, waarvoor de Cas-genen coderen, functioneren als moleculaire scharen die DNA kunnen knippen.

2005

Verder onderzoek maakt duidelijk dat de DNA-sequenties tussen de herhalingen bijna identiek zijn aan het genetisch materiaal van bacteriofagen. Dat zijn virussen waarvan bekend is dat ze bacteriën infecteren. De CRISPRregio blijkt dus een soort van register van virale DNA-fragmenten door de bacterie ingebouwd in het eigen genoom. Vanaf dan wordt geopperd dat CRISPR-Cas een defensiesysteem is waarmee bacteriën zich verdedigen tegen bacteriofagen. De bacterie verzamelt DNA-sequenties van binnendringende virussen en gebruikt die, in combinatie met Cas-eiwitten, om het DNA van die virussen te verknippen.

2007

Wetenschappers tonen voor de eerste keer experimenteel aan – in de yoghurtmakende bacterie Streptococcus thermophilus – dat CRISPR-Cas effectief een immuniteitssysteem is dat weerstand biedt tegen virussen. Herhaaldelijke blootstelling van de bacteriën aan een virus doet ze op termijn resistentie ontwikkelen. Die resistentie gaat gepaard met de opname van stukjes virale genetische code in de CRISPRregio van de bacteriën. Wanneer de wetenschappers de virale stukjes verwijderen uit de CRISPR-regio, is de resistentie in één klap verdwenen.

2012 - De grote doorbraak

De grote doorbraak voor het gebruik van CRISPR-Cas als technologie om het genoom van microbe, plant en dier te bewerken komt er wanneer twee onafhankelijke onderzoekers - Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier aantonen dat je het CRISPR-Cas9- complex kan ‘herprogrammeren’. Door de sequentie van het CRISPR RNA-molecule aan te passen, kan men het complex op elke gewenste welke plaats in het genoom laten knippen. Men moet ervoor zorgen dat de sequentie van het CRISPR-RNA matcht met de DNA-sequentie waar men wil knippen.

2013

Vijf onafhankelijke onderzoeksteams tonen aan dat het CRISPR-Cassysteem ook kan gebruikt worden om het DNA in cellen van mensen, muizen en zebravissen te veranderen. De toepassing van CRISPR-Cas in zoogdiercellen betekent een kantelmoment in genoombewerking. Er volgen snel talloze publicaties waar het systeem wordt gebruikt in verschillende organismen en voor verschillende toepassingen. In augustus dat jaar worden vijf onderzoeksartikels gepubliceerd die de toepassing van CRISPR-Cas in planten bespreken. Deze eerste groep publicaties in planten toont aan hoe veelzijdig de CRISPR-Castechnologie is. Ze blijkt niet alleen toepasbaar in zandraket, een plantje dat vaak door onderzoekers in het laboratorium wordt gebruikt, maar ook in voedingsgewassen zoals rijst. Later worden tomaat, tarwe, maïs en andere aan het lijstje toegevoegd.