Toepassingen van genome editing bij dieren

Er zijn talloze mogelijke toepassingen voor CRISPR-Cas bij dieren. Deze beperken zich niet alleen tot de in het oog springende voorbeelden bij onze landbouwhuis- dieren die we in de voorgaande paragraaf bespraken. De Commissie Genetische Modificatie (COGEM) heeft recentelijk een zeer uitgebreid rapport gepubliceerd over de vele toepassingen van CRISPR-Cas bij dieren en de ethische en maatschap- pelijke aspecten daarvan.4 _{De Nederlandse wetgeving – die uitgaat van de intrinsieke}

waarde van dieren – kiest een ‘nee, tenzij’-benadering en staat momenteel geen commerciële toepassingen van CRISPR-Cas toe. De meeste toepassingen die we in dit hoofdstuk noemen, zijn dus in het buitenland en/of in het kader van weten- schappelijk onderzoek ontwikkeld. Overigens is de wetgeving over het aanpassen van het genoom van dieren niet altijd consequent. Het gebruik van CRISPR-Cas valt bijvoorbeeld onder de wetgeving voor genetische modificatie, maar chemi- sche mutagenese met stoffen zoals N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) niet. Deze che- mische mutagenese resulteert in duizenden mutaties op willekeurige plaatsen in het genoom van deze dieren en de methode wordt al decennialang gebruikt voor het aanbrengen van mutaties in proefdieren als muis en rat.

Momenteel wordt CRISPR-Cas bij landbouwhuisdieren nog uitsluitend gebruikt voor onderzoeksdoeleinden en zijn er nergens ter wereld nog dieren toegelaten voor humane consumptie. Bij landbouwhuisdieren ligt de nadruk van toepassin- gen in het verlengde van de huidige fokkerijpraktijk, dus een efficiëntere productie, hogere kwaliteit van dierlijke producten en betere ziekteresistentie. Wat we ons hierbij wel moeten realiseren, is dat deze kenmerken bepaald worden door een complexe interactie van honderden tot wel duizenden genetische varianten, met elk slechts een klein effect en het merendeel daarvan nog onbekend. Toepassingen binnen de fokkerij zijn meestal dan ook gericht op mutaties met een zeer groot effect en aanpassingen die niet bereikt kunnen worden met klassieke fokkerij, zoals de mogelijke resistenties tegen virusziekten als PRRS en Afrikaanse varkenspest. Een ander aspect dat vaak vergeten wordt in de discussie over het gebruik van CRISPR-Cas voor deze toepassing, is dat het bij fokkerij niet gaat om het verbete- ren van individuele dieren, maar om het verbeteren van de populatie. Dit betekent dat CRISPR-Cas alleen economisch haalbaar is indien de mutatie bij honderden – mogelijk duizenden – dieren efficiënt kan worden aangebracht.5

Ieder individu draagt honderden mutaties in zijn genoom die een negatief effect hebben op de fitness. Enkele daarvan zijn zelfs lethaal of resulteren in genetische afwijkingen indien de drager homozygoot is voor die mutatie. Bij grote genetisch gezonde populaties is dit geen enkel probleem – de kans dat een dier homozygoot is voor zo’n lethale mutatie is klein. Het kan echter tot aanzienlijke problemen leiden bij sterke selectie voor bepaalde kenmerken of sterke inteelt in populaties met een kleine effectieve populatiegrootte. Voorbeelden hiervan zijn de BLAD- mutatie bij runderen6 _{en het Warmblood Fragile Foal Syndrome}7 _{bij paarden, dat}

het afgelopen jaar voor veel ophef heeft gezorgd in de paardenwereld in Nederland. Voorbeelden van de gevolgen van inteelt zien we duidelijk bij veel hondenrassen, namelijk een hoge frequentie van genetische afwijkingen en ziekten. Dit is bij uitstek een voorbeeld waar CRISPR-Cas een bijdrage kan leveren aan het terug- dringen van genetische aandoeningen en het genetisch gezond maken van kleine populaties met een hoge mate van inteelt. Eenzelfde situatie doet zich voor bij ernstig bedreigde diersoorten.

Bij de voorbeelden die we tot nu toe besproken hebben, draait het om het genetisch verbeteren van dierlijke populaties. Verbeteren in economische zin of ten behoeve van dierenwelzijn en biodiversiteit. In deze toepassingen combineren mensen CRISPR-Cas met positieve selectie van individuen met de gewenste mutatie. Een omgekeerde toepassing van CRISPR-Cas is het aanbrengen van een mutatie die het dier verzwakt, in combinatie met negatieve selectie van de mutatiedragers, bijvoorbeeld om ziekten en niet-gewenste exoten te bestrijden. Dit is mogelijk door het ontwikkelen van gene drive-systemen, die ervoor zorgen dat de mutatie overgedragen wordt naar alle nakomelingen, waardoor de frequentie van de muta- tie exponentieel toeneemt in de populatie. CRISPR-Cas heeft de ontwikkeling van efficiënte gene drive-systemen mogelijk gemaakt. Wetenschappers exploreren deze benadering om specifieke muggensoorten uit te roeien, om zo de verspreiding van ziekten als malaria, dengue en zika tegen te gaan.

Een laatste aanwending van CRISPR-Cas bij dieren richt zich op medische toepas- singen voor de mens. Hier kunnen we twee verschillende toepassingen onderschei- den. Ten eerste worden dieren wereldwijd al eeuwenlang gebruikt als proefdier bij wetenschappelijk onderzoek. CRISPR-Cas heeft het scala aan mogelijkheden hier- voor sterk uitgebreid. Niet alleen biedt CRISPR-Cas de mogelijkheid om in detail

de werking van specifieke genen te bestuderen – het biedt ook de mogelijkheid om dierlijke ziektemodellen te maken van aandoeningen bij de mens. Omdat de fysiologie van het varken sterk overeenkomt met die van de mens, zien we bij deze soort een sterke toename in het gebruik van CRISPR-Cas voor de ontwikkeling van specifiek ziektemodellen zoals bijvoorbeeld diabetes, taaislijmziekte, ALS, alzhei- mer, kanker, hart en vaataandoeningen.8 _{Een tweede medische toepassing, waar-}

bij wederom met name het varken als proefdier wordt gebruikt, is xenotransplan- tatie – het transplanteren van dierlijke organen naar mensen. In dit geval wordt CRISPR-Cas gebruikt om de dierlijke organen te ‘humaniseren’ om afstoting na transplantatie te voorkomen. Inmiddels is deze techniek al succesvol gebleken bij xenotransplantatie van varkensharten in bavianen.9