Er zijn verschillende Cas-eiwitten (‘genmessen’). Hier het Cas13-eiwit aan het werk geleid door gids-RNA (rood) (afb: zlab)
Met behulp van het ki-algoritme FLSHclust en diverse databanken met DNA-sequenties hebben onderzoekers bijna 200 nog onontdekte, zeldzame CRISPR-systemen gevonden bij micro-organismen, die mogelijk perspectiefrijk zijn in het bewerken van DNA of ook RNA.
“We zijn verbaasd over de diversiteit van CRISPR-systemen”, zegt biochemicus Feng Zangh van het MIT in Cambridge (VS). “Met deze analyse slaan we ook meteen twee vliegen in een klap: het bestuderen van biologie en het vinden van nuttige dingen.”
Bacteriën en archaea, beide eencellige micro-organismen, gebruiken het CRISPR-systeem als afweer tegen bacterievirussen (bacteriofagen). Die CRISPR-systemen maken gebruik van twee componenten: gids-RNA dat bindt aan bepaalde RNA- of DNA-sequenties en een enzym, een van de Cas-eiwitten, dat op die plek het DNA of RNA bewerkt. Dat vermogen wordt sedert enkele jaren door onderzoekers gebruikt om fouten/mutaties in, vooral, het genoom te repareren of dat genoom te veranderen.
De tot nu toe ontdekte CRISPR-systemen zijn onderverdeeld in zes categorieën. Die hebben verschillende eigenschappen en gebruiken ook verschillende Cas-eiwitten. Zo is Cas9, afkomstig van een streptokokkensoort, momenteel bijzonder populair in de genoombewerking en bij de, meest nog niet klinisch toegepaste, gentherapieën. Dat Cas9-systeem wordt gerangschikt als type II, maar andere CRISPR-systemen zouden beter kunnen werken bij het zo nauwkeurig mogelijk bewerken van DNAs en RNAs, want hoe mooi die systemen ook zijn, helemaal foutloos werken ze niet.
De onderzoekers gebruikten (dus) kunstmatige intelligentie (FLSHclust) om in openbare databanken van DNA-sequenties op zoek te gaan naar nog onontdekte CRISPRs. FLSHclust vond zo’n 130 000 genen die iets met CRISPR-systemen uit te staan hadden, 188 daarvan waren nog niet eerder ontdekt.
Verschillende daarvan probeerden ze in het lab uit. Daaruit bleek, onder meer, dat CRISPR-systemen er verschillende strategieën op na houdt. Sommige ontwinden de DNA-helix, andere knippen de DNA-strengen door om genen te verwijderen of toe te voegen. Ze vonden ook anti-CRISPR-fragmenten die mogelijk bedoeld zijn als ‘weerwerk’ van bacteriofagen tegen het bacteriële afweersysteem (dat CRISPR is).
Volledig onbekend
Ze vonden ook genen die codeerden voor een tot nu toe volledig onbekend CRISPR-systeem dat zich richt op RNA. Dat gaf de onderzoekers aanleiding het aantal typen CRISPR-systemen uit te breiden met een zevende categorie. Die categorie moet welhaast uiterst zeldzaam zijn. De vraag is of daarmee de zoektocht naar nog niet ontdekte CRISPR-types hiermee ten einde is of dat er nog wat te ontdekken valt.
Een andere vraag is natuurlijk of zo’n zeldzaam voorkomend bacterieel afweersysteem niet zo zeldzaam is doordat dat de micro-organismen weinig bescherming biedt. De zoektocht werd belemmerd doordat hoogstwaarschijnlijk lang niet alle micro-organismen genetisch ‘in kaart’ gebracht zijn. Ook zouden de databanken DNA-sequenties bevatten die niet toegeschreven zijn aan een bepaald organisme.
Nu komt eigenlijk het echte werk nog: uitzoeken hoe die tot voor kort onontdekte CRISPR-systemen werken en wat wij mensen daarvan nuttig kunnen gebruiken. “Het is nu nog te vroeg om te zeggen welke nuttig voor genoombewerking zijn”, zegt medeonderzoeker Han Altae-Tran, “maar sommige eigenschappen kunnen bruikbaar zijn. Zo gebruikt type VII maar een paar genen die makkelijk in een virusvector (‘postbode’ om CRISPR-meteriaal in cel af te leveren; as) passen. Weer andere systemen gebruiken lange gids-RNAs, waarmee niet eerder gehaalde nauwkeurigheden mee zijn te bereiken.”
Bron: Nature