De megeafaag (rood) spuit zijn eigen genoom in een bacterie plus CasΦ om concurrente fagen (blauw) de pas af te snijden. Het bacteriegenoom is paars (afb: Basem Al-Shayeb en Patrick Pausch)

Een van de problemen die bestaan bij de CRISPR-methode om een genoom te bewerken is het bewerkingsgereed-schap in de celkern te krijgen. Dan is het handig als dat gereedschap niet al te groot is. Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Californië in Berkeley hebben in een bacteriofaag (een virus dat het op bacteriën heeft voorzien) een uiterst compact Cas-eiwit gevonden dat nauwkeurig (maar waar hebben we dat meer gehoord?) de dubbele streng van het DNA doorknipt: CasΦ.
Als we het in dit blog hebben over genscharen dan hebben we het meestal over Cas9. Meestal komen die voor in bacteriën, maar CasΦ is afkomstig van bacteriofagen en is ongeveer half zo groot als Cas9. Die geringere omvang maakt het niet alleen makkelijker het CRISPR-gereedschap in de celkern te krijgen, maar laat ook ruimte over voor extra lading in het (kreupel gemaakte) virus dat vaak gebruikt wordt om dat materiaal af te leveren.
“Adenovirussen zijn de perfecte Trojaanse paarden om genoombewerkers af te leveren”, zegt Patrick Pausch van de universiteit van Californië in Berkeley. “Je kunt die virussen gemakkelijk programmeren om naar vrijwel elk deel in het lichaam te gaan, maar je kunt er maar een vrij klein Cas9-molecuul in kwijt. Als je een ander compacter Cas-molecuul zou hebben dan geeft je dat extra ruimte voor andere zaken zoals eiwitten die je koppelt aan Cas, reparatie’mallen’ voor DNA of andere zaken die het proces kunnen sturen.”
Die megafagen (erg grote bacteriofagen), de Φ is de aanduiding voor bacteriofagen, zouden bacteriën aanzetten om rivaliserende virussen aan te vallen (met hun CRISPR-systeem) in plaats van deze megafagen. Medeonderzoeker en promovendus Basem al-Shayeb zegt dat hij vooral in dit Cas-eiwit was geïnteresseerd omdat het werd gevonden in virale genomen en alleen daar. “We dachten dat dat anders moest zijn en we kwamen inderdaad een hoop interessante zaken aan de weet.”

Gestroomlijnd

CasΦ bleek strak gestroomlijnd. Het eiwit combineerde verschillende functies in een molecuul zodat het maar de helft van Cas9 is. Het eiwit is selectief in de stukken DNA die het ‘aansnijdt’, net als Cas9, en net zo (on)nauwkeurig. Het eiwit werkt in dieren-, planten- en bacteriecellen. “Dit eiwit is erg goed in wat het doet, alleen de helft kleiner dan Cas9”, zegt labhoofd Jennifer Doudna.

CasΦ werd vorig jaar voor het eerst ontdekt door Al-Shayeb in het lab van Jill Banfield. Die grote fagen zijn overal te vinden: in poeltjes, drassige bosgronden tot mestkelders. Jillfield: “Wij lezen de genooms uit van vele bacteriën, archaea en virussen in verschillende omgevingen en proberen dan te ontdekken hoe die organismen functioneren ook in combinatie met hun omgeving. CRISPR/Cas-systemen bij fagen vormen een bijzonder interessant facet van de relatie tussen virussen en hun gastheren.”

De onderzoekers slaagden er in het CasΦ-gen te isoleren. Ze wisten dat het een Cas-eiwit was, maar hadden geen idee of dat dienst deed als afweer tegen vreemd DNA. Uit hun onderzoek bleek echter dat het eiwit, net zoals Cas9, knipt in vreemd DNA; zowel in bacterieel, menselijk als plant-DNA.
Dat CasΦ beide DNA-strengen doorknipt schijnt een groot pluspunt te zijn. Alle andere bekende Cas-eiwitten houden het bij voorkeur op het doorknippen van een streng. Volgens Pausch is er, net als bij het in 2012 in zwang gekomen Cas9 het geval is/was, bij CasΦ nog veel ruimte voor verbetering.

Bron: Science Daily