Op vrijdag 7 april publiceren TU-onderzoekers samen met anderen in Science over zogenoemde CRISPR-systemen in bacteriën, en hoe deze weerstand bieden tegen virussen.

Review

De publicatie van de Delftenaren in Science, in samenwerking met het laboratorium van Peter Fineran van de Nieuw-Zeelandse University of Otago en Wageningen University & Research, betreft een review-artikel over hoe bacteriën hun ‘geheugen’ en weerstand tegen virussen kunnen aanpassen, via de zogenoemde CRISPR-Cas adaptieve immuunsystemen. ‘In het artikel belichten we de recente vorderingen in het begrip van de moleculaire mechanismen van dit soort bacteriële afweersystemen’, zegt onderzoeker Stan Brouns van de afdeling Bionanoscience van de TU Delft.

Moordmachines

Virussen kun je zien als nanoscopische moordmachines die de aartsvijand zijn van bacteriën. Een virus injecteert zijn DNA en probeert zo controle over de cel te krijgen. Ter verdediging komt de bacterie in actie zodra een virus zijn erfelijk materiaal injecteert. Eiwitten in de cel zoeken virus-DNA op, klampen zich eraan vast en geven dan een seintje aan een ander eiwit. Dat komt erbij en knipt het DNA van het virus aan stukken.  

Photo credits: Graham Beards/Wikimedia Commons

CRISPR

Deze eiwitten kunnen onderscheid maken tussen virus-DNA en het DNA van de bacterie zelf. Dat heeft te maken met CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). In de jaren tachtig ontdekten onderzoekers deze steeds terugkerende codes (‘repeats’) in het DNA. Pas in 2005 ontdekte men dat het DNA dat tussen de repeats zat, overeenkwam met het DNA van virussen.  

‘Soms overleeft een bacterie een aanval van een virus, bijvoorbeeld omdat het virus verzwakt is. De bacterie pakt in dat uitzonderlijke geval een stukje DNA van het virus af. Door zijn DNA open te ritsen op de plek van de repeats, bouwt de bacterie dat virale DNA vervolgens in zijn eigen erfelijke code in. Het effect is vergelijkbaar met de werking van een vaccin, want vanaf dat moment heeft de bacterie het virus in zijn ‘geheugen’ gegrift staan. Als hetzelfde type virus later nog eens langskomt, herkent de bacterie de aanvaller en kan hij er knippende eiwitten op af sturen.’

Ethiek

CRISPR-systemen betekenen inmiddels veel meer dan de hierboven beschreven biologische curiositeit. Sinds 2012 kunnen wetenschappers er namelijk ook DNA mee herschrijven, door een stuk DNA mee te sturen met het zogenoemde Cas9-eiwit. Dit CRISPR-Cas9 wordt inmiddels door duizenden onderzoekers over de hele wereld gebruikt om heel precies genen uit te schakelen of te overschrijven. Het medisch en biotechnologisch potentieel van deze technologie is dan ook enorm. 

‘Er zijn veel meer CRISPR-systemen dan alleen de variant die gebruikmaakt van het inmiddels beroemde Cas9-eiwit. CRISPR-Cas is dus niet één ding, maar een kist vol met allerlei soorten gereedschap.’ Dit is reden te meer voor Brouns en zijn collega’s om de biologie achter CRISPR-Cas-systemen volledig te willen doorgronden. 

Verder is overduidelijk dat de ethische vragen zich in dit vakgebied steeds nadrukkelijker opdringen. ‘Op een gegeven moment overschrijd je de grens van ziektes voorkomen, naar het inbouwen van eigenschappen die mensen wenselijk vinden. Daar moeten we goed over nadenken.’

Meer informatie

Het artikel ‘CRISPR-Cas: Adapting to change’ in Science: S.A. Jackson et al., Science 356, eaal5056 (2017): DOI: 10.1126/science.aal5056.  
‘Sleutelen aan het leven’, over het onderzoek van Stan Brouns over CRISPR-systemen. 
Brouns Lab    

Contact

Stan Brouns (onderzoeker TU Delft), s.j.j.brouns@tudelft.nl, + 31 (0)15 278 3920. 
Claire Hallewas (persvoorlichter TU Delft), c.r.hallewas@tudelft.nl, +31 (0)6 40953085.