Nu al veroorzaakt CRISPR een biologische revolutie, maar binnenkort zou deze technologie om DNA te bewerken nog krachtiger kunnen worden. Een nieuwe variant, gebaseerd op ‘springgenen’, zou het makkelijker kunnen maken om nieuwe stukken DNA in het genoom te voegen.
Als je digitale teksten wilt aanpassen, gebruik je de optie ‘zoek en vervang’. Met hetzelfde gemak zouden biologen graag genomen willen bewerken. Maar op dit moment is CRISPR vooral nog erg goed in ‘zoek en verwijder’.
Kunnen fagen helpen in de strijd tegen antibioticaresistentie?
Faagtherapie kan de toegenomen antibioticaresistentie het hoofd bieden. Deze kleine virussen kunnen specifieke bacteriën doden.
De huidige vorm van CRISPR gebruikt het eiwit cas9 dat samen met een stukje gids-RNA aan de cel wordt toegevoegd. Het eiwit doorzoekt het genoom totdat het het stuk DNA vindt dat in lettercode hetzelfde is als de volgorde van het stukje gids-RNA, waarna het eiwit het DNA op die plek doorknipt. Een deel van het DNA gaat verloren als de cel de geknipte einden weer aan elkaar plakt. Dat zorgt ervoor dat de genen waarin is geknipt onleesbaar worden.
Veel ziekten kunnen behandeld worden door met deze techniek genen uit te schakelen. Zo kunnen bijvoorbeeld cholesterolwaarden drastisch verlaagd worden op deze manier.
Liever repareren dan onleesbaar maken
In veel gevallen zou het echter beter zijn om foute genen te repareren in plaats van ze onleesbaar te maken. Dit is mogelijk door met het eiwit CRISPR/cas 9 en het gids-RNA ook een gecorrigeerd gen mee de cel in te sturen. Cellen stoppen soms de gecorrigeerde versie in het genoom als ze DNA repareren.
Dit werkt echter slechts in 20 procent van de gevallen; in veel celtypes werkt het zelfs helemaal niet.
Veel onderzoeksgroepen houden zich bezig met het verbeteren van de zoek- en vervangfunctie. Feng Zhang van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft nu een hele nieuwe aanpak ontwikkeld gebaseerd op transposons, ook wel bekend als springende genen.
Genetische parasieten
Deze ‘egoïstische’ genen doen niks anders dan zichzelf kopiëren en plakken van het ene deel van het genoom naar het andere. Dit doen ze met behulp van enzymen genaamd transposases. Deze genetische parasieten komen erg veel voor: meer dan de helft van ons genoom bestaat uit niet meer functionerende springgenen.
Onlangs werd ontdekt dat een aantal springgenen het CRISPR-systeem gekaapt heeft dat bacteriën gebruiken om zich te beschermen tegen virussen. Deze Tn-7-springgenen gebruiken het eiwit cas12k om specifieke DNA-volgordes op te sporen. Deze varianten knippen het DNA niet. In plaats daarvan plakken de transposase-enzymen de springgenen op deze plek.
Fengs team heeft nu laten zien dat het cas12k-eiwit en de Tn7-transposase gebruikt kunnen worden om stukken DNA van enkele duizenden letters lang op specifieke plekken in het genoom van de E. coli-bacterie te plakken. Dit werkte in zo’n 80 procent van de gevallen.
‘De techniek bevindt zich nog steeds in de experimentele fase’, zegt geneticus Helen O’Neill van University College Londen. ‘Maar het is erg veelbelovend.’
‘Over het geheel genomen zijn de resultaten van deze studie opmerkelijk’, beaamt Gaeten Burgio van de Nationale Universiteit van Australië, die CRISPR-systemen bestudeert. De onderzoekers moeten wel nog laten zien dat deze aanpak ook werkt in cellen van dieren en planten, waarschuwt hij.
Vind en voeg toe
Als dit CRISPR-systeem met springgenen werkt in complexe cellen, dan zou het biologen de functie ‘vind en voeg toe’ verschaffen. Dat is weliswaar nog niet de zoek- en vervangfunctie waarvan ze dromen, maar het zou een krachtige toevoeging zijn aan de huidige gereedschapskist. Die kan gebruikt worden voor allerlei verschillende toepassingen, van fundamenteel onderzoek tot de behandeling van ziekten.
Afgelopen week werd in Nature een artikel gepubliceerd in van een andere onderzoeksgroep die ook gebruikmaakt van springende genen om DNA te bewerken en verbeterde genen aan het genoom toe te voegen. Ook in dit onderzoek werd DNA ingebouwd in het genoom van E. coli. Net als bij het onderzoek van Feng moet nog blijken hoe effectief deze nieuwe methode is in plant- en diercellen.