Nieuw CRISPR-Cas systeem knipt virus RNA

Onderzoekers uit de groep van Stan Brouns (Technische Universiteit Delft) hebben een nieuw CRISPR-Cas systeem ontdekt dat RNA knipt. De studie wordt gepubliceerd op 26 augustus in Science en zal naar verwachting veel mogelijkheden gaan bieden voor het ontwikkelen van nieuwe toepassingen in het genetisch onderzoek en biotechnologie.

Immuunsysteem tegen virussen

Zoals het coronavirus mensen ziek kan maken, bestaan er ook veel virussen die het uitsluitend op bacteriën gemunt hebben. Daarom hebben de bacteriën in de loop van een paar miljard jaar evolutie allerlei vernuftige immuunsystemen ontwikkeld waarmee ze zich kunnen verdedigen tegen virusinfectie. CRISPR-Cas is zo’n immuunsysteem en heeft in 10 jaar tijd veel bekendheid verworven.

Brouns: “Al vanaf 2006 proberen we CRISPR-Cas systemen te begrijpen en steeds worden nieuwe varianten van CRISPR-Cas ontdekt die gebruikt kunnen worden voor belangrijke toepassingen. Zo kun je met CRISPR-Cas9 heel precies het DNA van cellen aanpassen. Dit heeft een ware revolutie ontketend in het onderzoek naar bijvoorbeeld genetische aandoeningen (Nobelprijs chemie 2020). Ook bij de detectie van het Coronavirus zijn CRISPR-Cas systemen een interessant alternatief gebleken voor de welbekende PCR test. Het CRISPR-Cas systeem dat we nu ontdekt hebben werkt niet op DNA, maar op RNA wat weer andere mogelijkheden biedt.”

Unieke eigenschappen

Promovendus Sam van Beljouw, die eerste auteur is op het artikel, geeft aan: “Dit CRISPR-Cas systeem heeft een aantal unieke biologische eigenschappen die we nog niet eerder gezien hebben. Zo bestaat het uit één groot eiwit waarin de functie van meer dan vijf kleine CRISPR-Cas eiwitten is samengevoegd. Dit eiwit knipt RNA van een binnendringend virus op twee voorgeprogrammeerde plekken, waardoor het RNA wordt vernietigd en het virus een eerste klap te verduren krijgt. Daarnaast lijkt het eiwit veel op een eiwit dat normaal betrokken is bij celdood in menselijke cellen. Dit kan mogelijk betekenen dat de bacterie zelfdoding in gang zet op het moment dat het knippen van het virus RNA niet voldoende blijkt voor bescherming.” 

Tweede klap: bacterie pleegt zelfmoord

Hoewel zelfmoord in een eencellige bacterie tegenstrijdig klinkt, kan dit toch een groot voordeel opleveren voor de bacterie. Van Beljouw: “Het virus heeft een levende bacterie nodig om zich te vermenigvuldigen en te verspreiden naar omliggende bacteriën. Als de geïnfecteerde bacterie zichzelf doodt, voorkomt het de aanmaak van nieuwe virusdeeltjes. Daarmee worden de broertjes en zusjes van de aangevallen bacterie beschermd tegen infectie. De bacterie offert zich als het ware op voor het grotere geheel.”
Hoewel er nog veel onderzoek nodig is om alle details te ontwaren voorziet Brouns dat hun bevindingen vertaalbaar zijn naar nuttige toepassingen. “We verwachten dat dit nieuwe CRISPR eiwit gebruikt kan worden als moleculaire precisieschaar om RNA te knippen. Ook zien we mogelijkheden om het CRISPR eiwit om te bouwen tot een soort schakelaar waarmee we bijvoorbeeld medicijnen kunnen activeren op momenten dat het echt nodig is”, aldus Brouns.

TU Delft

De onderzoeksgroep van Brouns maakt deel uit van de afdeling Bionanoscience van de TU Delft, waar 19 onderzoeksgroepen fundamenteel onderzoek doen naar de moleculaire basis van het leven. De afdeling Bionanoscience is onderdeel van de faculteit Technische Natuurwetenschappen en is gevestigd op Van de Maasweg 9, 2629 HZ in Delft.