Een onderzoeksgroep van de Universiteit van Uppsala heeft ontdekt hoe CRISPR-Cas9, ook wel 'moleculaire schaar' genoemd, in het genoom kan zoeken naar een specifieke DNA-sequentie. Cas9 heeft al veel toepassingen in de biotechnologie en zal naar verwachting ook een revolutie teweegbrengen in de geneeskunde. De nieuwe onderzoeksresultaten laten zien hoe Cas9 kan worden verbeterd om de moleculaire schaar sneller en betrouwbaarder te maken. Het onderzoek wordt gepubliceerd in Wetenschap .

In minder dan een decennium, CRISPR-Cas9 heeft een revolutie teweeggebracht in biologisch onderzoek. Cas9 maakt het mogelijk, voor specifieke doeleinden, om in wezen elke DNA-sequentie te corrigeren of te wijzigen ('bewerken'). De hoop is dat met de genetische schaar ook genetische ziekten kunnen worden genezen en voorkomen.

Het spannende aan Cas9 is dat het molecuul kan worden geprogrammeerd met een stukje kunstmatige genetische code, die vervolgens kan worden gemaakt om de overeenkomstige sequentie in het genoom te zoeken. Een onderzoeksgroep van de Universiteit van Uppsala heeft nu ontdekt hoe Cas9 de juiste volgorde vindt.

'De meeste eiwitten die DNA-code zoeken, kunnen één specifieke sequentie herkennen door alleen de buitenkant van de dubbele DNA-helix te voelen. Cas9 kan zoeken naar een willekeurige code, maar om te bepalen of het op de juiste plaats zit, moet het molecuul de dubbele DNA-helix openen en de sequentie vergelijken met de geprogrammeerde code. Het ongelooflijke is dat het nog steeds het hele genoom kan doorzoeken zonder energie te gebruiken, ' zegt Johan Elf, wie de studie leidt.

De onderzoekers hebben twee nieuwe methoden ontwikkeld om te meten hoe lang Cas9 erover doet om zijn doelsequentie te vinden. De eerste methode toonde aan dat het tot zes uur duurt voordat Cas9 een bacterie doorzoekt, d.w.z. door vier miljoen basenparen. Dit enigszins onwaarschijnlijke resultaat was ook verifieerbaar door middel van de tweede, onafhankelijke techniek. De gevonden tijd komt ook overeen met het aantal milliseconden dat Cas9 beschikbaar heeft voor het testen van elke positie, die de onderzoekers konden meten door gelabelde Cas9-moleculen in realtime te volgen.

'De resultaten laten zien dat de prijs die Cas9 betaalt voor zijn flexibiliteit tijd is. Om het doel sneller te vinden, er zijn meer Cas9-moleculen nodig die naar dezelfde DNA-sequentie zoeken, ' zegt Johan Elf.

De zeer hoge concentraties Cas9 die nodig zijn om binnen een redelijke tijd de juiste sequentie te vinden, kunnen ernstige problemen opleveren voor de cellen die wetenschappers proberen af ​​te wisselen. Maar aangezien de aard van het zoekproces nu wordt begrepen, er is een belangrijke aanwijzing gevonden hoe het systeem kan worden verbeterd. Door een deel van Cas9's flexibiliteit op te offeren, het zou mogelijk zijn om genetische scharen te ontwerpen die nog steeds voldoende veelzijdig zijn om verschillende genen te bewerken, maar tegelijkertijd snel genoeg om medisch bruikbaar te zijn.

'De resultaten hebben ons aanwijzingen gegeven over hoe we tot zo'n oplossing kunnen komen, ' zegt Elf. 'De sleutel ligt in wat bekend staat als de "PAM-sequenties", die bepalen waar en hoe vaak Cas9 de dubbele DNA-helix opent. Moleculaire scharen die de helix niet zo vaak hoeven te openen om hun doelwit te vinden, zijn niet alleen sneller, maar zouden ook het risico op bijwerkingen verminderen."