Zoek-en-vervangfunctie CRISPR/Cas9 krijgt upgrade

CRISPR/Cas9 is een veelbelovende nieuwe techniek om in DNA te knippen en plakken, maar hij werkt nog lang niet perfect. Onderzoekers hebben de zoek-en-vervangfunctie van CRIPSR/Cas9 nu een upgrade gegeven. Daardoor krijgen CRISPR/Cas9-cellen een zeven keer hogere overlevingskans, schrijven onderzoekers in vakblad Nature Biotechnology.

DNA bestaat uit vier verschillende basen, die we aanduiden met de letters A, T, C en G. De specifieke volgorde van die letters bepaalt of genen aan of uit staan en of een cel bepaalde eiwitten aanmaakt. Die processen spelen bij veel ziekten een rol. Om dat beter te begrijpen en behandelingen mogelijk te maken, is het dus belangrijk de DNA-code aan te kunnen passen.

Word

Met de techniek CRISPR/Cas9 kunnen onderzoekers dat doen. Je zou CRISPR/Cas9 kunnen zien als een soort tekstverwerker. Net als bijvoorbeeld Word kun je er letters (in dit geval de A-, T-, C- en G-basen) mee kopiëren, plakken en verwijderen.  En zoals het een goede tekstverwerker betaamt, is ook de ‘zoek-en-vervangfunctie’ (Ctrl-H of Ctrl-R) beschikbaar. Die functie werkte tot nu toe alleen nog niet helemaal naar behoren. Het zoeken werkt wel goed, maar het vervangen ging nog vaak mis.

Knippen en plakken met DNA. Beeld: Irvine/NIST

DNA veranderen met CRISPR/Cas9 werkt ongeveer als volgt: een onderzoeker kent een stukje DNA uit de cel dat hij wil vervangen – bijvoorbeeld een gen dat een bepaalde ziekte veroorzaakt. Stap 1 is het zoeken van dit gen om het uit het DNA te knippen. De onderzoeker maakt daarvoor een stukje gids-RNA (een soort enkelstrengs DNA) dat met het beoogde gen matcht. Het gids-RNA leidt het CRISPR/Cas9-complex naar het juiste stukje DNA. Cas9 knipt dit stukje DNA vervolgens door. Stap 2 is een vervangend stukje DNA inbouwen. De onderzoeker heeft daarom een stukje ‘donor-DNA’ aan CRISPR/Cas9 meegegeven.

CRISPR/Cas9 versus de cel zelf

Helaas kan dat donor-DNA niet altijd zijn taak vervullen. Knippen en plakken van DNA is namelijk geen vreemd fenomeen voor de cel. Soms vormt zich bijvoorbeeld een foutje bij het vermenigvuldigen van DNA voor de celdeling. Cellen hebben dus een eigen machinerie om DNA te knippen en weer te herstellen.

De cel kan de twee uiteinden van de doorgeknipte streng ‘gewoon’ weer aan elkaar plakken, maar daarbij slaat hij vaak een letter over of voegt er per ongeluk eentje toe. Een tweede strategie van de cel is dus om te zoeken naar een stukje DNA waarvan de uiteinden dezelfde lettervolgorde hebben als de uiteinden van de geknipte streng. Zo’n stukje DNA vult breuken mooi op. De cel heeft daarom een heleboel reserve-DNA-stukjes beschikbaar. Als CRISPR/Cas9 zijn schaar in het DNA heeft gezet, kan de cel dus naast het donor-DNA ook uit miljoenen tot miljarden celeigen DNA-stukjes kiezen. Dat gaat natuurlijk geregeld fout, als de cel net het verkeerde stukje kiest.

Gistceleiwitten

Daarom keken wetenschappers van het Joint Institute of Metrology and Biology af bij het systeem van gistceleiwitten. In die gistcellen halen eiwitten een stukje DNA op, brengen het naar de knipplaats en stimuleren gebruik van dit stukje DNA. Dit pasten de wetenschappers nu ook toe bij CRISPR/Cas9. Daardoor hangt het donor-DNA niet meer alleen maar aan CRISPR/Cas9 vast in de hoop dat de cel het gebruikt. Het nieuwe systeem zorgt ervoor dat de cel het donor-DNA sowieso inzet.

LEESTIP De samenleving van genen. Itai Yanai en Martin Lercher Bestel in onze webshop

Op die manier werkt de zoek-en-vervangfunctie wel vijf keer beter dan voorheen. Doordat er minder fouten zijn, neemt de overlevingskans van een cel waarin wetenschappers met CRISPR/Cas9 aan de slag zijn gegaan ook enorm toe: met wel zeven keer.

Barcodes

De wetenschappers gaven hun nieuwe CRISPR/Cas9-versie nog een leuke nieuwe eigenschap. In het oude systeem bevatte CRISPR/Cas9 al een soort barcode. Daaraan kunnen onderzoekers aflezen in welke cellen CRISPR/Cas9 veranderingen in het DNA heeft gemaakt. Tot nu toe gaven onderzoekers die barcodes aan kleine circulaire stukjes DNA mee, zogeheten plasmiden. Die kopiëren mee als de cel zich deelt, maar omdat ze een eigen replicatiemechanisme hebben, kunnen ze ook los vermenigvuldigen. Daarbij kunnen dus gemakkelijk teveel kopieën ontstaan.

Nu besloten de onderzoekers om de barcode te integreren in het gewone DNA, waardoor er altijd slechts één kopie blijft bestaan. Ook bestaan er goede technieken om de barcodes dan vervolgens te herkennen. Zo kunnen onderzoekers snel zien welke cellen zijn bewerkt met CRISPR/Cas9. Dat kunnen ze dan koppelen aan andere eigenschappen van de cel, om de functie van zo’n DNA-bewerking te bestuderen.

Op die manier functioneert CRISPR/Cas9 niet alleen als een verbeterde tekstverwerker, maar kunnen onderzoekers er ook beter de betekenis van de tekst mee begrijpen.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Aafke Kok

Aafke Kok studeert Brain & Cognitive Sciences aan de Universiteit van Amsterdam en is stagiair bij New Scientist.



Plaats een reactie