U bevindt zich op: Home nl Toelichtingen Gene drives

Inschalingsartikel 5.0 voor activiteiten met een sequentie specifiek endonuclease die kunnen leiden tot een gene drive

Wat wordt bedoeld met een sequentie-specifiek endonuclease?
Endonucleases knippen onder meer dubbelstrengs DNA (dsDNA). Een voorbeeld van een sequentie-specifiek endonuclease is CRISPR/Cas9. Het Cas9 endonuclease wordt door een gids-RNA naar een specifieke locatie in het genoom geloodst om daar het dsDNA te knippen. De specificiteit voor de knipplaats wordt bepaald door het ‘gids-RNA’.
Andere voorbeelden van sequentie-specifieke endonucleases zijn Zn-finger nucleases en TALENs. In deze endonucleases wordt de knipplaats bepaald door een specifiek eiwitdomein dat veel arbeidsintensiever is om aan te passen dan het gids-RNA van CRISPR/Cas9. Maar ook deze endonucleases kunnen in principe toegepast worden als gene drive.

Wat is een gene drive?
Een gene drive is een genetisch element dat zich in een populatie kan verspreiden met een frequentie die hoger ligt dan de 50% die normaliter bij een Mendeliaanse overerving wordt gevonden. Deze verhoogde frequentie van overerving vindt plaats doordat de gene drive zichzelf kan kopiëren vanaf het ene chromosoom naar het andere zusterchromosoom. Na geslachtelijke voortplanting ontvangen alle nakomelingen een chromosoom met de gene drive. Ook in het genoom van de nakomelingen kan de gene drive zichzelf weer kopiëren naar het zusterchromosoom, waarna alle nakomelingen van de volgende generatie ook de gene drive zullen bevatten. Dit in tegenstelling tot een ‘normale’ (Mendeliaanse) overerving waarbij na elke generatie het percentage nakomelingen met een nieuw ingebrachte eigenschap steeds kleiner wordt. Als de nieuwe eigenschap met een gene drive wordt ingebracht, verspreidt deze eigenschap zich binnen een aantal generaties over de hele populatie.

Hoe werkt een gene drive?
Een gene drive bestaat uit sequenties die coderen voor een sequentie-specifiek endonuclease, zoals CRISPR/Cas9, die geflankeerd worden door DNA sequenties die homoloog zijn aan de sequentie rond de knipplaats van het Cas9 in het gastheer genoom (de zgn. gastheer-eigen homologe sequenties). De endonuclease werking van Cas9 zorgt voor een dubbelstrengs breuk in het gastheer DNA, die vervolgens kan worden gerepareerd door een cel-eigen reparatieproces dat homologe recombinatie wordt genoemd. Dit herstelproces heeft tot gevolg dat CRISPR/Cas9 in het chromosoom worden gekopieerd rond de knipplaats van het Cas9.
Vanaf dit chromosoom dat nu de gene drive bezit, wordt het endonuclease opnieuw actief waarbij het op de overeenkomstige locatie in het zusterchromosoom knipt. Ook hier zorgt het reparatie proces van homologe recombinatie er weer voor dat de breuk gedicht wordt waarbij de gene drive sequentie mee gekopieerd wordt. Door deze stap is de gene drive ook in het tweede chromosoom gekopieerd.
Een gedetailleerde uitleg van dit werkingsmechanisme is ook terug te lezen in bijvoorbeeld de publicatie van Gantz en Bier (Science 348(2015): 442-4).

Is een gene drive in elk organisme werkzaam?
Het RIVM beleidsrapport benoemt een drietal voorwaarden waarin een gene drive effectief is, namelijk in organismen die zich geslachtelijk kunnen voortplanten, die een korte generatietijd hebben en die een efficiënt proces van homologe recombinatie hebben. In de literatuur is de werking van een gene drive al beschreven voor fruitvliegjes, muggen en gistcellen.

Waarom inschaling op ML-IV?
Zorgwekkende eigenschappen van een gene drive zijn dat deze een effect kan hebben op populatie niveau en mogelijk irreversibel is. Organismen met een gene drive kunnen daarom mogelijk grote effecten hebben op het milieu die om een zorgvuldige afweging vragen voordat deze kunnen worden toegepast.
Om te voorkomen dat een gene drive bij ingeperkt gebruik wordt toegepast zonder dat is vastgesteld en gewaarborgd dat de risico’s van die toepassing verwaarloosbaar klein zijn, is ervoor gekozen een gene drive toepassing in beginsel in het strengste inperkingsniveau te plaatsen. Daarbij wordt de mogelijkheid open gelaten om een minder streng inperkingsniveau aan te vragen via een artikel 2.8 verzoek. In dit verzoek beschrijft u welke werkzaamheden u gaat uitvoeren en onder welke voorwaarden u dit wilt gaan doen. U levert daarbij een risicobeoordeling waarin u onderbouwt welke mogelijke risico’s op welke wijze worden ingeperkt om bij toepassing van een gene drive het risico voor mens en milieu als verwaarloosbaar klein te kunnen beschouwen.  Bureau GGO beoordeelt de veiligheid van deze werkzaamheden en zal al dan niet instemmen met uw verzoek.

Kunnen activiteiten met een gene drive op een lager inperkingsniveau uitgevoerd worden?
Dit is mogelijk indien er sprake is van bijvoorbeeld een biologische en/of fysische inperking waardoor de risico’s bij toepassing van de gene drive verwaarloosbaar klein zijn. Bij fysische inperking kan gedacht worden aan de reguliere inperkingsniveaus in combinatie met aanvullende inrichtings- en/of werkvoorschriften afgestemd op de activiteiten met de gene drive en de aard van het organisme. Van biologische inperking kan bijvoorbeeld sprake zijn indien:

  • het organisme niet buiten de inperking kan overleven. Deze biologische inperking kan van nature bepaald zijn (bijvoorbeeld indien de soort niet in Nederland kan overleven) of deze kan bijvoorbeeld door genetische modificatie of selectie zijn verworven.
  • onderbouwd kan worden dat het proces van homologe recombinatie in het organisme waarin een gene drive wordt toegepast zo inefficiënt is dat een gene drive het populatie brede effect niet zal bereiken.

Wat is het verschil tussen gene editing met CRISPR/Cas9 en een gene drive?
Veruit de meeste toepassingen van CRISPR/Cas9 betreffen gene (genome) editing. Hierbij wordt CRISPR/Cas9 doorgaans tijdelijk een cel binnengebracht om via een knip in het genoom een mutatie te introduceren. Alleen de mutatie wordt aan de dochtercellen doorgegeven.
CRISPR/Cas9 krijgt de gene drive functionaliteit alleen indien het integreert in of nabij zijn knipplaats. Dit wordt bijvoorbeeld bewerkstelligd door de aanwezigheid van sequenties die homoloog zijn aan de gastheer eigen sequenties rond de knipplaats waardoor integratie van CRISPR/Cas9 in het gastheergenoom mogelijk is via homologe recombinatie. Het is van belang dat de gebruiker van het CRISPR/Cas9 systeem goed op de hoogte is van het verschil tussen het gebruik van CRISPR/Cas9 als gene editing systeem en het gebruik als gene drive. Reguliere gene editing technieken kunnen via de overige inschalingsartikelen van bijlage 5 worden ingeschaald.

Wat wordt bedoeld met een ‘onbedoelde’ gene drive?
In het RIVM beleidsrapport wordt gesproken over een ‘onbedoelde’ gene drive. Hiermee wordt gewezen op het mogelijk onbewust combineren van de individuele sequenties die het genetische construct tot een gene drive maken. De individuele sequenties die hier bedoeld worden betreffen de sequenties coderend voor CRISPR/Cas9 (of andere endonucleases) en de sequenties die homoloog zijn aan de sequenties rond de knipplaats van CRISPR/Cas9 in het gastheergenoom. Deze sequenties kunnen immers individueel veilig op ML-I niveau toegepast worden, maar in combinatie kunnen ze een gene drive vormen waarvoor het ML-I niveau mogelijk niet toereikend is om die activiteiten veilig voor mens en milieu te laten plaatsvinden. Ook bij het bewust integreren van CRISPR/Cas9 in het gastheergenoom, waarbij al dan niet gebruik gemaakt wordt van homologe sequenties, is een argumentatie van belang dat deze integratie in het genoom geen gene drive effect tot gevolg kan hebben.

Werkzaamheden met CRISPR/Cas9 die niet onder inschalingsartikel 5.0 beoordeeld hoeven te worden
Er wordt veelvuldig gebruik gemaakt van CRISPR/Cas9. Het is niet zo dat alle activiteiten met CRISPR/Cas9 onder inschalingsartikel 5.0 beoordeeld moeten worden. Activiteiten die er bijvoorbeeld niet onder vallen zijn:

  • transductie van animale cellen (zolang dit geen embryonale stamcellen betreffen) met een retrovirale vector waar op de sequenties coderend voor CRISPR/Cas9 gelegen zijn. Hoewel deze modificatie van de cellen tot integratie van de vector en dus van CRISPR/Cas9 in het gastheergenoom zal leiden, is een gene drive effect uit te sluiten omdat deze cellen geen geslachtelijke voortplanting kunnen ondergaan.
  • toediening van CRISPR/Cas9 in de vorm van eiwit respectievelijk RNA. Omdat geen CRISPR/Cas9 coderende sequenties aan de gastheercel aangeboden worden, is integratie van CRISPR/Cas9 in het genoom niet mogelijk en kan er geen sprake zijn van een gene drive.

 

Zoeken:

Service