Wat is CRISPR-Cas12a2? & Waarom is het belangrijk?

Een korte geschiedenis van CRISPR

CRISPR staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, dit zijn segmenten van prokaryoot DNA die korte herhalingen van basensequenties bevatten. Deze maken deel uit van een bacterieel afweersysteem dat samen met CRISPR-geassocieerde (Cas) eiwitten de basis vormt voor de CRISPR-Cas9 genoombewerkingstechnologie. Het richt zich hoofdzakelijk op het genetische materiaal van het virus om de verspreiding ervan te stoppen.

CRISPR-moleculen kunnen samen met het Cas9-eiwit (Cas mean CRISPR Associated Protein) worden gebruikt om de CRISPR-Cas9-technologie te vormen. Deze technologie wordt ingezet voor egenen in levende cellen en organismen bestuderen met behulp van modificerende CRISPR-sequenties.

Een belangrijk voordeel van de techniek is dat je heel nauwkeurig het DNA-gebied kunt targeten dat wordt bewerkt, iets wat eerdere technieken niet konden. De uitvinders van CRISPR-Cas9 hebben de Nobelprijs voor de Scheikunde 2020 verdiend.

Maar Cas-9 is niet de enige mogelijke manier om CRISPR te gebruiken. Er is ook Cas13, dat kan worden gebruikt voor het bewerken van RNA. En die over dit artikel, Cas12a

Cas12a versus Cas9

Dit zal Cas12a zoveel mogelijk uitleggen op een manier die begrijpelijk is voor een niet-biochemicus, zodat sommige details enigszins vereenvoudigd zullen worden en we eerst kunnen kijken naar wat CRISPR-Cas12a is.

CRISPR-Cas12a is in een aantal opzichten een ander systeem dan Cas9:

• Zorg voor alternatieve snijlocaties voor wat Cas9 kan doen.
  • Niet-technische vertaling: moeilijk op te lossen problemen met Cas9 zouden met Cas12a werkbaar kunnen zijn
• Het snijdt DNA op een manier die een “plakkerig” stuk DNA achterlaat in plaats van de “botte” snede van Cas9, en kan meerdere keren worden geknipt.
  • Niet-technische vertaling: Het resulteert in een grotere kans op genbewerking.
• Er is geen behoefte aan een transactiverend crRNA (tracrRNA) voor Cas12a, in tegenstelling tot Cas9. Vanwege het kleinere formaat zou het eenvoudiger zijn om multiplex-genoombewerkingen uit te voeren.
  • Niet-technische vertaling: met CAs12a kan meer dan één gen tegelijk worden gemodificeerd

Bron: Wikipedia

Cas12a2 Unieke eigenschappen

Met CRISPR-Cas12a dachten onderzoekers dat ze een nieuwe, iets andere versie hadden van het nu beter begrepen CRISPR-Cas9. Het werd door deze variaties veel interessant gebruikt, maar het was nog steeds hetzelfde basismechanisme.

En toen kwam Cas12a2.

Het laatste cijfer, “2” aan het einde, verwijst naar een variant van Cas12a die heel andere eigenschappen bleek te hebben. In feite gedraagt ​​het zich heel anders dan de “normale” Cas12a dan Cas12a van Cas9.

De CRISPR-Cas-systemen zijn ontworpen om vreemde genen aan te vallen en bacteriën tegen virussen te beschermen. Onderzoekers hebben deze capaciteit opnieuw ingezet voor het bewerken van genen. Wat Cas12a2 doet is heel anders. Wanneer het viraal RNA detecteert, begint het om ALLE nucleïnezuren in de cel aan te vallen. Meestal zal het de getroffen cel doden, de rest van de bacteriekolonie beschermen en de replicatie van het virus blokkeren.

Dit geheel nieuwe mechanisme kreeg zijn ontdekkers begin januari 2023 een plekje in de prestigieuze publicatie Nature in 2 verschillende kranten (iets dat vrijwel carrière maakt voor elke bioloog).

Cas12a2-toepassingen

De reden achter het enthousiasme van natuurrecensenten is vrij eenvoudig. Het cas12a2-mechanisme maakt de creatie mogelijk van een hulpmiddel om ‘cellen programmeerbaar te doden’.

De eerste toepassing zou een veel efficiëntere bewerking kunnen zijn met behulp van de andere CRISPR-methode. Het combineren van Cas12a2 met andere CRISPR-Cas-systemen zou de efficiëntie van het bewerken van CRISPR-genen kunnen vergroten door middel van tegenselectie.

Het zou ook zeer efficiënt kunnen zijn bij het detecteren van virus-RNA. Dus, een De tweede toepassing is dat CAs12a2 kan worden omgezet in een quasi-perfecte test om virussen te detecterenS. Het gepubliceerde artikel demonstreert al een proof-of-concept van dit idee.

Op CAs12a2 gebaseerde tests zou de zeer hoge gevoeligheid van een PCR-test combineren met het gemak en de goedkope prijs van een thuistest. En dat allemaal zonder dat er complexe machines nodig zijn.

Het beste deel is dat het kan worden afgestemd om vrijwel alle RNA-virussen te detecteren, een familie die virussen bevat zoals COVID-19, de griep, Ebola en Zika, evenals elke mutatie die de eerste reeks tests zou omzeilen.

Het enige dat nodig zou zijn om een ​​nieuwe test te ontwerpen, zou het kennen van het genoom van het virus zijn en het ontwerpen van aangepaste crRNA-sequenties. Iets dat binnen een paar weken kan worden gedaan, zoals de pandemie ons heeft laten zien.

Dus op het huidige niveau van kennis van Cas12a2 lijkt testen een eenvoudige toepassing.

De derde mogelijke toepassing zou het gebruik van CRISPR-Cas12a2 bij de behandeling van kanker kunnen zijn. Een theoretisch voorbeeld zou kunnen zijn om Cas12a2 te programmeren om te reageren op genetische sequenties die specifiek zijn voor de kankercel, waardoor de kankercel tot ‘zelfmoord’ wordt gedwongen. Deze toepassing zou echter verder in de toekomst kunnen liggen dan de andere vanwege de complexiteit van de genetica van kankercellen.

Investerings afhaalmaaltijden

CRISPR-technologie staat nog in de kinderschoenen en er moeten geheel nieuwe mechanismen worden ontdekt. Het kostte de onderzoeker die aan Cas12a2 werkte zeven jaar voordat hij goede resultaten kreeg om het te begrijpen. CRISPR-Cas7a12 is zojuist gepubliceerd en is nog lang niet gecommercialiseerd. Het zou mij niet verbazen als andere varianten van CRISPR-Cas-systemen nog steeds verborgen zijn in de voorlopige resultaten van andere onderzoeksteams wereldwijd.

Cas12a2 zal een ruimte zijn om aandachtig te bestuderen in de context van testtechnologie, en zal op de lange termijn mogelijk een bedreiging vormen voor antigeentests en PCR-tests.

Het kan ook worden gecombineerd met andere CRISPR-technieken om deze efficiënter te maken of technische obstakels op te lossen. Over het geheel genomen lijkt Cas12a2 een goede reden om optimistischer te zijn over CRISPR-technologie in het algemeen en het potentieel ervan om de geneeskunde te veranderen. Ook bij het testen, iets wat niemand tot januari 2023 zelfs maar voor ogen had.

Editas Geneeskunde (EDIT) is een van de bedrijven die momenteel actief is werken aan deze technologie.