DOOR GERT VAN MAANEN - ANIMATIE: VISUAL SCIENCE AND SKOLTECH - 24-11-2023 - Genetica
Still uit een 3D-animatie waarbij het Crispr-Cas9-complex (groen) een stuk menselijk dubbelstrengs-dna (wit) op een vooraf bepaalde plaats openknipt. Animatie: Visual Science and Skoltech, www.visual-science.com/crispr
De gereedschapskist voor genredigeren met Crispr-Cas krijgt er in een klap bijna tweehonderd nieuwe potentiële systemen bij.
Dankzij een nieuw algoritme hebben Amerikaanse onderzoekers in genoom- en eiwitdatabanken maar liefst 188 zeldzame en voorheen onbekende Crispr-genmodules ontdekt, die een enorme uitbreiding betekenen voor de gereedschapskist aan rna-geleide systemen voor genredigeren. Het onderzoeksteam onder leiding van de Russisch-Amerikaanse genoom- en evolutiebioloog Eugene Koonin (National Center for Biotechnology Information) en de Chinees-Amerikaanse moleculair bioloog Feng Zhang (Broad Institute/Massachusetts Institute of Technology) publiceren de resultaten van hun zoektocht 24 november in Science. ‘Een waanzinnig belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van nieuwe systemen voor genredigeren. Dit gaat ons jaren aan werk opleveren om uit te spitten’, stelt de Wageningse microbioloog en Crispr-Cas-expert John van der Oost. Hij is niet direct betrokken bij dit onderzoek, maar heeft wel voorinzage in de publicatie gehad.
‘Zelf werk ik veel aan Crispr-Cas12A, een van de zes typen. Daar zijn nu al twaalf subtypen van bekend, maar daar voegen ze dus in een klap veertig subtypen aan toe. Door met het nieuwe algoritme als een soort stofkam door eiwitdatabanken te gaan, slagen ze erin een ongekende hoeveelheid nieuwe varianten op te sporen’, aldus Van der Oost. ‘Ik durf niet te voorspellen of we nu aan het plafond zitten. Dat hebben we vaker gedacht, maar voor deze jongens lijkt the sky the limit.’
CRYPTOGRAFIE
Voor hun speurtocht ontwikkelde biotechnoloog Han Altae-Tran, eerste auteur en PhD-student van Zhang, met zijn collega’s een flash cluster-algoritme (FLSHclust) dat gebruikmaakt van cryptografie. Hiermee doorzochten ze databanken met metagenoominformatie over 8,8 terabasenparen (1012), 8 miljard eiwitten en 10,2 miljoen Crispr-arrays. Zo identificeren ze 188 zeldzame Crispr-systemen, waarvan ze er vier ook al experimenteel karakteriseren. Hieronder bevindt zich een Crispr-systeem met een HNH-nuclease die zeer specifieke ingrepen in dubbelstrengs dna mogelijk maakt. Dezelfde nuclease zit ook in twee typen cascade-Crisprs – Cas8HNH en Cas5-HNH – die beide geschikt zijn voor genetische ingrepen in zowel enkelstrengs als dubbelstrengs dna in menselijke cellen. Vooral Cas8-HNH doet dit zeer specifiek. Daarnaast identificeert de onderzoeksgroep ook een Cas9 met een anti-Crispr-mechanisme.
‘Alles bij elkaar onthullen de resultaten van ons werk een ongekende organisatorische en functionele flexibiliteit en modulariteit van Crispr-systemen’, schrijven de onderzoekers. ‘Maar ze laten ook zien dat de meeste varianten zeldzaam zijn en alleen worden aangetroffen in relatief weinig gebruikte bacteriën en archaea.’ Volgens Van der Oost bevestigt dit werk wederom de uitzonderlijke verdiensten van Zhang en Koonin. ‘Ik heb ze al een keer genomineerd voor een Nobelprijs, maar dit laat opnieuw zien dat ze die onderscheiding zeker waardig zijn.’
Zie ook:
-‘Treasure trove’ of new CRISPR systems holds promise for genome editing (Nature, 23 november 2023)
-Search algorithm reveals nearly 200 new kinds of CRISPR systems (website Broad Institute, 23 november 2023)
-Crispr-Cas: nu al een onmisbare genetische gereedschapskist (Bionieuws, 24 februari 2018)