In een laboratorium in Berkeley verschijnt een artikel van 23 pagina's, de geboorteakte van CRISPR, het gereedschap waarmee wetenschappers DNA kunnen knippen waar ze willen
De geur van koffie hangt in de gangen van Stanley Hall op de campus van de Universiteit van Californië in Berkeley. Buiten schijnt de zon over de heuvels van de Bay Area, maar binnen, achter gesloten deuren, speelt zich iets af dat de wereld nog niet kan bevatten. Het is de ochtend van 28 juni 2012 wanneer een wetenschappelijk artikel online verschijnt in Science. Drieëntwintig pagina's. Tabellen, grafieken, moleculaire schema's. Het klinkt als routine. Dat is het niet. Want ergens in die drieëntwintig pagina's zit een handleiding voor het herschrijven van het leven zelf.
Twee vrouwen, één vraag
Om dit moment te begrijpen, moet je twee vrouwen leren kennen. Jennifer Doudna is achtenveertig jaar, biochemicus, gefascineerd door RNA, de boodschappermolecuul van het leven. Ze leidt een laboratorium in Berkeley waar collega's haar beschrijven als briljant en gedreven, iemand die problemen ziet waar anderen routine zien. Aan de andere kant van de Atlantische Oceaan werkt Emmanuelle Charpentier, drieënveertig jaar, Frans, microbioloog, verbonden aan de Umeå Universiteit in Zweden. Zij heeft in bacteriën een klein stukje RNA gevonden, tracrRNA genaamd, dat een cruciale rol speelt in hoe bacteriën zichzelf verdedigen tegen virussen.
In maart 2011 ontmoeten de twee elkaar op een wetenschappelijke conferentie in Puerto Rico. Ze raken aan de praat, delen ideeën, en besluiten samen te werken. De vraag die hen drijft: hoe werkt het bacteriële afweersysteem dat wetenschappers CRISPR noemen precies?
Het antwoord op die vraag heeft wortels die vijfentwintig jaar terugreiken. In 1987 ontdekt de Japanse wetenschapper Yoshizumi Ishino iets vreemds in het DNA van darmbacteriën, herhalende sequenties, steeds weer dezelfde patronen, onderbroken door unieke stukjes code. Hij begrijpt niet wat het betekent. Niemand begrijpt het. Pas jaren later, wanneer de Spaanse microbioloog Francisco Mojica dezelfde patronen in tientallen verschillende bacteriesoorten vindt, kantelt het beeld. Die unieke stukjes code tussen de herhalingen komen overeen met DNA van virussen. Het is alsof bacteriën een archief bijhouden van hun vijanden, en het Cas9-eiwit blijkt de uitvoerder, de schaar die vijandelijk DNA kapot knipt.
De elegantie van eenvoud
De titel van het artikel dat op 28 juni 2012 verschijnt is droog en technisch, zoals wetenschappelijke titels zijn. Maar de inhoud is dynamiet. Het centrale inzicht is elegant in zijn eenvoud: het Cas9-enzym kan worden gestuurd door een gids, een stukje RNA dat je zelf ontwerpt. Verander de gids, en je verandert waar de schaar knipt. De onderzoekers gaan nog een stap verder. Ze fuseren twee RNA-moleculen tot één enkel synthetisch geheel. Eén gids-RNA. Eén schaar. Eén systeem dat je kunt programmeren om vrijwel elke DNA-sequentie te vinden en te knippen.
Waar eerdere methoden voor genbewerking, zinkvingernucleasen, TALEN's, maanden werk en duizenden euro's kostten, volstaat nu een gids-RNA van twintig letters code. Het Cas9-enzym blijft hetzelfde. Het systeem is modulair, flexibel, goedkoop. Jennifer Doudna zal later zeggen: de schoonheid van CRISPR is de eenvoud ervan. Die eenvoud is precies wat het zo krachtig maakt. Laboratoria over de hele wereld, ook die zonder grote budgetten, kunnen nu genetische experimenten uitvoeren die voorheen onmogelijk waren.
De explosie
De reactie van de wetenschappelijke wereld is onmiddellijk. Binnen weken stromen de eerste e-mails binnen van collega's die de techniek willen toepassen. Begin 2013, slechts een half jaar na de publicatie, tonen de laboratoria van Feng Zhang aan het Broad Institute en George Church aan Harvard iets dat de implicaties nog groter maakt: CRISPR-Cas9 werkt niet alleen in bacteriën, maar in menselijke cellen, in plantencellen, in vrijwel elk levend organisme.
De techniek explodeert. Onderzoekers gebruiken CRISPR om genen uit te schakelen en te bestuderen, om ziektemodellen te maken in muizen, om gewassen te ontwikkelen die beter bestand zijn tegen droogte. Maar met die mogelijkheden komen ook vragen. Patentgeschillen ontbranden. De wetenschappelijke samenwerking die CRISPR mogelijk maakte, maakt plaats voor juridische strijd. En de ethische discussie woedt: mogen we kiembaanmodificatie toepassen, veranderingen die erfelijk zijn? CRISPR biedt ongekende mogelijkheden, maar de grenzen van wat we mogen doen zijn nog lang niet uitgekristalliseerd.
Waarom dit kwartier beslissend was
In 2020 ontvangen Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier de Nobelprijs voor Scheikunde. Het is de bekroning van wat begon met een ontmoeting in Puerto Rico en een publicatie in juni. Maar de werkelijke erfenis reikt verder dan prijzen. Patiënten met sikkelcelziekte kunnen nu genezen worden, niet alleen behandeld. De eerste CRISPR-gebaseerde geneesmiddelen bereiken de markt.
Wat als Doudna en Charpentier elkaar nooit hadden ontmoet op die conferentie? De wetenschap achter CRISPR zou waarschijnlijk toch ontdekt zijn, de puzzelstukjes lagen er. Maar de timing, de samenwerking, de elegante vereenvoudiging die hun artikel mogelijk maakte? Die waren niet vanzelfsprekend. Op de ochtend van 28 juni 2012 verscheen in Berkeley een artikel van drieëntwintig pagina's dat de spelregels van de biologie herschreef. De natuur had het gereedschap al gemaakt. Twee wetenschappers toonden hoe we het konden gebruiken.