De Nederlandse onderzoekers hopen dat het systeem bij zal dragen aan de ontwikkeling van nieuwe toepassingen voor genetisch onderzoek en de biotechnologie.

Met genome-editing tool CRISPR-Cas kan genetisch materiaal razend nauwkeurig bewerkt worden. Zo kun je met variant CRISPR-Cas9 heel precies het DNA van cellen aanpassen. De ‘truc’, waarvoor onderzoekers vorig jaar de Nobelprijs voor de scheikunde in de wacht sleepten, werkt ook nog eens snel én bij alle microben, planten en dieren, inclusief mensen.

Onderzoekers van de Stan Brouns-groep aan de TU Delft hebben een CRISPR-Cas-systeem ontdekt dat niet werkt op DNA, maar op RNA. En dat, zo schrijft het team onlangs in vakblad Science, biedt weer andere, interessante mogelijkheden.

Lees ook:

• Vernieuwde CRISPR-techniek bewerkt meerdere genen tegelijkertijd
• Filmpje laat zien hoe CRISPR DNA bewerkt

Één groot eiwit

Eerste auteur Sam van Beljouw (TU Delft) vertelt: “Dit CRISPR-Cas systeem heeft een aantal unieke biologische eigenschappen die we nog niet eerder gezien hebben. Zo bestaat het uit één groot eiwit waarin de functie van meer dan vijf kleine CRISPR-Cas-eiwitten is samengevoegd. Dit eiwit knipt RNA van een in een bacterie binnendringend virus op twee voorgeprogrammeerde plekken, waardoor het RNA wordt vernietigd en het virus een eerste klap te verduren krijgt.”

CRISPR-expert Raymond Staals (Wageningen Universiteit), niet betrokken bij het onderzoek, legt KIJK uit waarom dat bijzonder is. “CRISPR-Cas-systemen worden ingedeeld in klasse 1 of klasse 2. Bij klasse 2-systemen is er maar één Cas-gen nodig. Dat gen codeert voor een eiwit dat het DNA op een specifieke plek kan knippen. Cas9 en Cas12 zijn hier voorbeelden van.”

Hybride

Staals vervolgt: “Klasse 1-systemen kenmerken zich door meerdere Cas-genen die ieder voor een ander eiwit codeert. Die eiwitten komen samen in een eiwitcomplex om eenzelfde functie uit te voeren.” Hoewel deze klasse 1-systemen volgens Staals “wat omslachtiger” zijn, benadrukt hij dat ze minstens zo interessant zijn als klasse 2-systemen. “Zo knippen type III eiwitcomplexen – een klasse 1 CRISPR-Cas-systeem – bijvoorbeeld vooral RNA in plaats van DNA.”

In het systeem dat de Delftse onderzoekers ontdekten is er sprake van één (groot) gen, dat codeert voor een enkel (groot) type III eiwit dat RNA kan knippen. “Een unieke hybride tussen beide klassen dus”, zegt Staals. “Een mooie vondst.”

Celdood

Het eiwit in kwestie lijkt volgens de onderzoekers veel op een eiwit dat betrokken is bij celdood in menselijke cellen. “Dit kan betekenen dat de bacterie (waarin het CRISPR-Cas-systeem ontdekt is, red.) zelfdoding in gang zet op het moment dat het knippen van virus RNA niet voldoende blijkt voor bescherming”, vertelt Van Beljouw.

Het virus heeft een levende bacterie nodig om zich te vermenigvuldigen en vervolgens andere, omliggende bacteriën te infecteren. Door de ‘zelfmoord’ van dit virusfabriekje (lees: geïnfecteerde bacterie) worden er geen nieuwe virusdeeltjes gemaakt. “De bacterie offert zich dan als het ware op voor het grotere geheel”, aldus Van Beljouw.

“We hebben lang gedacht dat CRISPR-Cas-systemen het virus kapot knippen zodra het een bacterie binnenkomt”, vertelt Staals. “Toch zien we de afgelopen jaren dat we deze theorie wellicht moeten aanpassen. Veel systemen blijken namelijk in staat om ook willekeurig ander DNA (of RNA) kapot te knippen. Zelfs dat van de bacterie zelf.” Staals noemt het een soort vangnet: als het CRISPR-Cas-systeem niet in staat is op tijd het virus DNA (or RNA) kapot te knippen, doodt de bacterie zichzelf om de populatie te redden.

Moleculaire precisieschaar

Overigens zagen de onderzoekers dit haast altruïstische fenomeen nog niet in hun experimentele opzet. Hoe de vork precies in de steel zit, moet vervolgonderzoek uitwijzen.

Ondanks de (vele) mysteries die nog rond het nieuwe CRISPR-Cas-systeem hangen, voorzien zowel groepshoofd Stan Brouns en zijn team als Staals de potentie van de bevindingen voor nuttige toepassingen. Brouns: “We verwachten dat dit nieuwe CRISPR-eiwit gebruikt kan worden als moleculaire precisieschaar om RNA te knippen. Ook zien we mogelijkheden om het CRISPR eiwit om te bouwen tot een soort schakelaar waarmee we bijvoorbeeld medicijnen kunnen activeren op momenten dat het echt nodig is.”

Bronnen: Science, TU Delft

Beeld: TU Delft

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!