De DNA-bewerkingstechniek CRISPR, die de biologie op zijn kop zette, heeft een enorme verbetering gekregen. Met een nieuwe variant, prime-editing, zouden mutaties die ziektes veroorzaken nog beter te corrigeren zijn.
Deze benadering, bedacht door geneticus Andrew Anzalone van het Broad-instituut in Massachusetts, maakt het mogelijk om korte DNA-reeksen toe te voegen of te verwijderen, en om een letter in het DNA te veranderen. En dat ook nog eens met minder bijwerkingen.
Zoek-en-vervang
De techniek komt dichter bij de ideale vorm van genoombewerking. Die zou net zo moeten werken als de ‘zoek-en-vervang-functie’ in een tekstverwerker. Sinds de uitvinding van CRISPR in 2012 wordt deze techniek steeds vaker ingezet omdat hij het ‘zoekgedeelte’ van de functie goedkoper en makkelijker maakt.
‘Depressie zit niet alleen in het hoofd, maar in het hele lichaam’
Psychiatrisch epidemioloog Brenda Penninx onderzoekt het verband tussen mentale en lichamelijke gezondheid.
CRISPR maakt daarbij gebruik van Cas9. Dit eiwit koppelt zich aan een stukje ‘gids-RNA’ – een sterk op DNA lijkend molecuul – en zoekt een overeenkomende DNA-sequentie in het genoom van een cel. Omdat elk denkbaar stukje RNA makkelijk is te maken, kan Cas9 elke gewenste DNA-sequentie vinden.
Het vervanggedeelte van de zoek-en-vervang-functie is echter een stuk problematischer. Cas9 wordt doorgaans alleen gebruikt om mutaties introduceren die een gen onbruikbaar maken, door in het DNA van een cel te knippen. Als er tegelijkertijd een extra stuk DNA moet worden toegevoegd, komt dit maar bij een van de tien cellen terecht in het gedeelte waarin geknipt is.
Daarom proberen veel biologen CRISPR te verbeteren. Anzalone en zijn collega’s hebben dat nu gedaan door het Cas9-eiwit aan te passen en te fuseren met een ander eiwit. Hierdoor werkt het op een andere manier.
Nieuw eiwit
Om te begrijpen waar de verbetering hem in zit, is de dubbele-streng-structuur van het DNA van belang. Soms kan een cel een fout in de ene streng namelijk repareren door te kijken naar de andere streng. Cas9 knipt echter in beide strengen, waardoor de cel vaak fouten maakt tijdens een reparatie. Hierdoor ontstaan er mutaties die een gen onbruikbaar maken.
Bij het hybride eiwit van Anzalone wordt een extra segment toegevoegd aan het gids-RNA. Hierdoor komt er een extra streng DNA aan het deel waarin geknipt wordt. Het eiwit knipt dan in de andere streng, waarna de cel de toegevoegde streng als blauwdruk gebruikt om het DNA te repareren.
Volledig programmeerbaar
In feite heeft Anzalone CRISPR hiermee volledig programmeerbaar gemaakt. De sequentie van het gids-RNA bepaalt zowel waar er een bewerking wordt gedaan als welke bewerking daar wordt uitgevoerd.
Het team heeft met de nieuwe methode al mutaties in menselijke cellen gerepareerd. ‘Wat we zagen was heel bijzonder,’ zegt teamleider David Liu. Er zijn minder bewerkingen op verkeerde plekken doordat het bewerken nu gaat in drie stappen in plaats van een, zegt hij.
De beperking van deze techniek is dat er alleen kleine sequenties mee te veranderen zijn. De grootste toevoeging was een sequentie van 44 DNA-letters, de grootste verwijdering was 80 DNA-letters.