De afgelopen vijf jaar, CRISPR-Cas9-technologie heeft een revolutie teweeggebracht op het gebied van genbewerking vanwege het gemak en de lage kosten. Maar hoewel deze technologie het beoogde stuk DNA-sequentie op betrouwbare wijze vindt en doorsnijdt, het repareren van die snede zoals gewenst is een beetje een wisselvallig proces geweest. Foutpercentages tot 50 procent zijn een bijzonder probleem wanneer het doel is om typefouten in het DNA te corrigeren die genetische ziekten veroorzaken.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van Krishanu Saha, een professor in biomedische technologie aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, heeft de fix minder foutgevoelig gemaakt en zijn aanpak vandaag gepubliceerd (23 november, 2017) in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Vergeleken met de standaard CRISPR-technologie, de nieuwe methode vergroot de kans om de DNA-sequentie precies zoals gewenst te herschrijven met een factor 10. De onderzoekers bereikten deze veel grotere precisie door gebruik te maken van een moleculaire lijm, een RNA-aptameer genoemd, om een ​​complete CRISPR-reparatieset samen te stellen en af ​​te leveren op de plaats van de DNA-snede.

"De kit biedt niet alleen de moleculaire schaar, maar ook de juiste sjabloon voor de celmachinerie om de DNA-knip mee te fixeren, " zegt Saha. "Omdat het RNA-aptameer sterk en zeer stabiel is, alles wat we nodig hebben is in één klap op de juiste plek in de cel komen."

In standaard CRISPR-technologie, het van een bacterie afgeleide Cas9-eiwit (de schaar) en een gids-RNA-molecuul (om de beoogde DNA-sequentie te lokaliseren) worden aan de cel afgeleverd. Toen de schaar het DNA-molecuul opensneed, de cel herstelt de kloof met nabijgelegen DNA-sjablonen, maar meer getrouw herschrijven resulteert uit het bevestigen van de gewenste sjablonen aan het Cas9/RNA-pakket met de moleculaire lijm.

De nieuwe methode heeft verschillende andere voordelen ten opzichte van de huidige technologie. Eerst, de kant-en-klare kit bevat alleen niet-virale reagentia, wat het fabricageproces vereenvoudigt en de veiligheidszorgen voor klinische toepassingen van genetische chirurgie in de toekomst vermindert. Tweede, het bevestigen van een RNA-aptameer aan de kit is veel gemakkelijker dan het wijzigen van het Cas9-eiwit en biedt meer flexibiliteit.

"We kunnen andere biomoleculen aan deze kit toevoegen, net zoals je een extra LEGO-blok in een reeds bestaande structuur zou klikken, " zegt Jared Carlson-Stevermer, een afgestudeerde student in Saha's lab en de eerste auteur van het artikel.

Een voorbeeld van zo'n LEGO-blok zijn fluorescerende tags waarmee onderzoekers gemakkelijk alle nauwkeurig bewerkte DNA-sequenties in een populatie cellen kunnen identificeren.

"Door deze tags eruit te vissen, we kunnen een nauwkeurigheidspercentage van 98 procent bereiken, "zegt Saha.

Andere soorten LEGO-blokken kunnen helpen om de reparatieset in het juiste soort weefsel te activeren:het oog voor de behandeling van netvliesaandoeningen, of de spiercellen van patiënten met spierdystrofie. In de huidige studie, de onderzoekers corrigeerden een specifieke mutatie in stamcellijnen afkomstig van een patiënt met de ziekte van Pompe met een sterk verbeterde betrouwbaarheid. De ziekte van Pompe is een zeldzame erfelijke aandoening die wordt veroorzaakt door de opeenhoping van complexe suikermoleculen in organen en spierweefsel.

"Er is geen tekort aan kandidaten voor dit soort genetische chirurgie, aangezien tienduizenden ziekten het gevolg zijn van kleine sequentiefouten die met deze technologie kunnen worden verholpen, " zegt Saha. "Ons volgende doel is om de methode te testen in diermodellen en te werken aan het schrijven van langere stukken DNA."