Tranposasen voegen hele genen in (afb: David Liu et al./Science)
De van bacteriën geleende CRISPR-methode kan veel, maar het was nog steeds erg lastig om hele genen te vervangen. Dat had(?)/heeft vooral vooral te maken om die relatief grote DNA-sequenties in de kern van cellen af te leveren. Nu zou dat wel met de enzymen transposasen zijn gelukt die ‘samenspannen’ met springende genen. Dat zou meer mogelijk maken bij het bewerken van genmutaties (je hoeft de mutatie er niet uit te knippen, maar vervangt het hele gemuteerde gen). Ook op het gebied van fundamenteel onderzoek biedt dat vordelen.
Een van de meest gebruikte methoden voor genbewerking is gebaseerd op lamgemaakte virussen die stukjes genetisch materiaal in het genoom van een cel inbrengen. Die virussen willen nog wel eens cellen overslaan of andere rare dingen doen.
De CRISPR-methode biedt meer controle dan virusdragers, maar vereist doorgaans het knippen van DNA – wat de kans op ongewenste mutaties en onvolledige reparatie vergroot – of het ontwerpen van aangepaste sjablonen voor elke mutatie, waardoor de schaalbaarheid beperkt is. Wat ik(=as) altijd begrepen heb is dat de virussen als ‘lastdragers’ te klein zijn om hele, grote genen te vervoeren plus het CRISPR-gereedschap (de genschaar, meestal een Cas-eiwit en het gids-RNA).
Het nieuwe systeem omzeilt zou beide mankementen door genen van volledige lengte in één stap op specifieke plaatsen in te brengen, zonder DNA te knippen of maatwerkontwerpen nodig te hebben. De methode, ontwikkeld door David Liu van het Broadinstituut de Harvarduniversiteit en collega’s, maakt gebruik van een bacterieel enzymcomplex genaamd CRISPR-geassocieerde transposase (CAST).
Transposasen zijn enzymen die de springende genen (transposons) te verplaatsen. Dat zijn ‘zelfzuchtige ‘ stukjes DNA die door het genoom heen springen. Waarom dat is is mij(=as) onduidelijk.
Onderzoekers hadden al CAST-systemen aangepast om grote stukken genetisch materiaal in bacteriële cellen te voegen, maar in menselijke en andere zoogdiercellen kampten alle eerder gerapporteerde versies van CAST met een lage efficiëntie.
Om deze barrières te overwinnen, maakten Liu en medeonderzoeker Samuel Sternberg gebruik van gerichte evolutie, een techniek die de kracht van Darwinsche selectie in het laboratorium toepast. Ze plaatsten de belangrijkste genen die coderen voor de componenten van een CAST-systeem in een bacteriofaag, een virus dat bacteriën infecteert. Hun opstelling zorgde ervoor dat virussen met de meest effectieve versies van CAST – die DNA snel en nauwkeurig in het genoom integreerden – het beste zouden groeien.
EvoCAST
Uiteindelijk na honderden virusgeneraties hadden ze succes. In vijf eiwitten had de ‘labevolutie’ voor 21 kleine veranderingen gezorgd die het CAST-systeem beter bruikbaar maakten. Het resultaat noemden ze heel toepasselijk evoCAST, een verbetering met een factor 400 ten opzichte van de oorspronkelijke transposasen.
Overigens werden ook op andere fronten successen gemeld. Zo beschreef in april een groep onder leiding van Jonathan Gootenberg en Omar Abudayyeh van de Harvard een systeem gebaseerd op een type mobiel genetisch element dat voorkomt in het genoom van vogels.
Ook hebben onderzoekers van het bedrijf Metagenomi in Californië een transposasesysteem ontwikkeld, dat eenvoudiger zou zijn dan van Liu en Sternberg.
Toch zijn met deze ontwikkelingen niet alle hobbels galdgestreken, waarbij onbedoelde invoegingen vrijwel altijd om de hoek komen kijken.
Bron: Nature