Mengenal CRISPR-Cas9 : Alat Editing Gen yang Populer Saat ini

"CRISPR" adalah singkatan dari Clustered, Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Sesuai dengan namanya, CRISPR terdiri dari serangkaian pengulangan sekuens pendek dengan jarak yang teratur pada genom bakteri. Protein Cas (yang terkait dengan CRISPR) adalah enzim nuklease (enzim yang memotong asam nukleat). Sekuens CRISPR dan protein Cas adalah komponen sistem kekebalan yang berevolusi dan memungkinkan bakteri bertahan hidup dari infeksi oleh bakteriofag. Sekuens CRISPR tertanam dalam genom bakteri, sekuens di sekelilingnya berasal dari patogen bakteriofag yang sebelumnya menginfeksi bakteri tanpa membunuhnya. Sekuens virus pada dasarnya adalah sekuens spacer yang memisahkan urutan CRISPR. Ketika bakteriofag yang sama menyerang kembali bakteri dengan sistem CRISPR/Cas yang sesuai, sekuens CRISPR dan protein Cas bekerjasama menghancurkan DNA virus. Pertama, sekuens CRISPR ditranskripsikan menjadi RNA, dan sekuens spacer virus individu dibelah untuk membentuk produk yang disebut guide RNA (gRNA), yang mencakup beberapa sekuens RNA berulang yang berdekatan. Sebuah gRNA membentuk kompleks dengan satu atau lebih protein Cas dan, dalam beberapa kasus, dengan RNA lain yang disebut trans-activating CRISPR RNA atau tracrRNA. Kompleks yang dihasilkan mengikat secara khusus ke DNA bakteriofag yang menyerang, membelah dan menghancurkannya melalui aktivitas nuklease yang terkait dengan protein Cas.

Teknologi saat ini memungkinkan untuk adanya penemuan sistem CRISPR/Cas yang relatif sederhana pada Streptococcus pyogenes. Sistem ini hanya membutuhkan satu protein Cas yaitu Cas9 untuk membelah DNA. Jennifer Doudna dan Emmanuelle Charpentier telah menghasilkan sistem CRISPR/Cas9 yang efisien yang terdiri dari hanya satu protein (Cas9) dan satu RNA terkait, yang terdiri dari gRNA dan tracrRNA yang digabungkan menjadi single guide-RNA (sgRNA). Sekuens pemandu dapat diubah untuk menargetkan hampir semua urutan genom. Cas9 memiliki dua domain nuklease terpisah: satu domain membelah untai DNA yang dipasangkan dengan sgRNA, dan yang lainnya membelah untai DNA yang berlawanan. Menonaktifkan satu domain menciptakan enzim yang hanya membelah satu untai, membentuk pembelahan untai tunggal atau disebut nick. SgRNA diperlukan untuk berpasangan dengan sekuens target dalam DNA dan untuk mengaktifkan domain nuklease untuk pembelahan.
Plasmid yang mengekspresikan protein dan komponen RNA yang dibutuhkan untuk CRISPR/Cas9 dapat dimasukkan ke dalam sel dengan elektroporasi. Pada kebanyakan organisme, gen target biasanya menjadi non-aktif pada 10% hingga 50% sel. Jika peneliti ingin membuat perubahan genomik (mutasi) maka disa dilakukan rekombinasi menggunakan fragmen DNA (dengan situs pembelahan dan perubahan yang diinginkan) yang memasuki sel bersama plasmid CRISPR/Cas9. Rekombinasi ini seringkali tidak efisien, tetapi keberhasilan dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan sebuah nick daripada pembelahan untai ganda pada lokasi target. Aplikasi baru untuk CRISPR / Cas9 sedang dikembangkan dengan cepat. Potensi untuk pengobatan masih membutuhkan waktu beberapa tahun ke depan, tetapi perkembangan saat ini memberikab harapan untuk jalan menuju pengobatan masa depan penyakit genetik, penyakit HIV, dan banyak penyakit manusia lainnya.

Berkat penemuan CRISPR-Cas9, Emmanuelle Charpentier dan Jennifer Doudna dianugerahi penghargaan Nobel bidang Kimia pada tahun 2020.

Sumber : Lehninger principle of biochemistry seventh edition (2017)