Een nieuwe zoek-en-vervangmachine voor dna

Genmodificatie Het nog wat lompe dna-schaartje crispr-cas9 heeft een upgrade gekregen. Het kan nu gericht fouten in genen wegknippen én vervangen.

Foto Bill Oxford

Met een nieuwe zeer precieze dna-bewerkingstechniek is het in principe mogelijk om 89 procent van ruim 75.000 bekende mutaties te repareren die verantwoordelijk zijn voor erfelijke ziekten bij de mens. Dat schrijven onderzoekers onder leiding van biochemicus David Liu van het Broad Institute in Cambridge, Massachusetts maandag in Nature. ‘Prime editing’ noemen de onderzoekers hun nieuwe techniek. Die is gebaseerd op de crispr-cas9-techniek.

Crispr-cas9 was tot nu toe het meest precieze dna-bewerkingsgereedschap. Dit moleculaire schaartje kan precies op een aangegeven plaats in het genoom de dubbele dna-streng doorknippen. De cel repareert vervolgens die breuk, waardoor de dna-code op die plek verandert. Heel precies gaat dat niet, soms komen er stukken bij of gaat er te veel af. Om voor medische toepassing bruikbaar te zijn moeten alleen de cellen met de gewenste verandering geselecteerd worden.

Lees ook: Rus wil ook crispr-baby’s maken: ‘Ik ben gek genoeg

De Amerikanen verfijnden het systeem met een zogeheten reverse transcriptase-enzym, dat een stukje meegeleverde code (gids-RNA) kan omzetten naar dna dat vervolgens precies wordt ingebouwd.

„Met onze nieuwe techniek kunnen we het systeem dubbel programmeren”, legt eerste auteur Andrew Anzalone uit. „Dat wil zeggen, de precieze plek waar in het dna we de verandering willen, en welke soort aanpassing we daar willen.”

Taaislijmziekte

Die informatie kan worden vastgelegd in het prime editing-gids-RNA (pegRNA). Samen met een aangepast cas9-enzym (dat niet meer rücksichtslos de dna-streng doorknipt) en daaraan gekoppeld het reverse transcriptase-enzym, vormt dit een moleculaire machine die uiteenlopende veranderingen in het dna kan aanbrengen.

Lees ook:We weten nog niet waar crispr knipt

De onderzoekers konden hiermee al 175 verschillende veranderingen in het dna van menselijke cellen aanbrengen. Zo verwijderden ze een verkeerde éénlettermutatie uit een gen dat verantwoordelijk is voor sikkelcelanemie. Ook kon de belangrijkste genetische fout die taaislijmziekte veroorzaakt worden weggepoetst door op de juiste plaats in een gen een drieletterstukje dna erbij te plakken.

„Waar je crispr-cas kunt omschrijven als een dna-schaar, zou je onze techniek kunnen vergelijken met de zoek-en-vervangfunctie van een tekstverwerkingsprogramma”, zegt David Liu. „Deze techniek werkt voor eenletterveranderingen, maar ook met grote stukken dna. Tot mijn verbazing is het gelukt om gericht een stuk van 80 letters te vervangen door een stuk van 44 letters.”

Gratis

Liu en zijn team hebben de technologie gratis aan AddGene geleverd, een non-profitorganisatie die wereldwijd moleculair-biologische producten aan onderzoekers levert. „We staan nog aan het begin”, zegt Liu, „maar mijn hoop is dat deze technologie zal bijdragen aan de genezing van mensen die lijden aan een erfelijke ziekte.”

Zo ver is het nog niet. Want ook deze genetische zoek-en-vervangmachine brengt niet in álle cellen de gewenste veranderingen aan - de efficiëntie is 78 procent. En er zal nog een techniek moeten komen om de moleculaire machine in cellen te krijgen.

Volgens Liu maakt de nieuwe DNA-bewerkingsmachine ook minder fouten in vergelijking met de gewone crispr-cas, waarbij soms op verkeerde plaats in het DNA wordt geknipt (zogeheten off target mutations). „Dat komt omdat ons construct drie keer aan het DNA moet binden om zijn werk te doen”, zegt Liu, „Dat werkt kennelijk als interne controle dat de verandering op de bedoelde plek komt.”