'CRISPR-Cas is perfect om erfelijke aandoeningen te genezen'

Op de CRISPRcon(ferentie), dit jaar in Nederland, komen kenners van over de hele wereld bij elkaar om twee dagen lang te discussiëren en te leren over de mogelijkheden en gevolgen van CRISPR-Cas. CRISPR-Cas is een gereedschap afkomstig uit bacteriën, dat op gerichte plekken in het DNA een knip kan zetten. Op de plek van de knip kunnen onderzoekers de genetische code in (menselijke) cellen veranderen. De toepassingen zijn soms controversieel. NEMO Kennislink sprak met Prarthana Mohanraju van Wageningen University & Research over haar zoektocht naar nieuwe CRISPR-Cassystemen, want de hype is bij Cas nummer negen niet stil blijven staan.

Wanneer hoorde je voor het eerst van CRISPR-Cas?

“Dat was in een college van John van der Oost en Stan Brouns tijdens mijn master in 2012. Ik vond het een heel elegant systeem, maar toen nog erg fundamenteel. We begrepen toen lang niet alles- en nog steeds zijn er aspecten die we niet begrijpen.”

Hoe ben je in Wageningen terechtgekomen?

“Mijn ouders waren verbaasd dat ik al op school wist dat ik biotechnologie wilde studeren. In India, waar ik geboren ben, komt biotechnologie nu langzaam op gang. Ik ging voor mijn master op zoek naar de beste labs. Ik wil complexe systemen in de cel begrijpen, maar ook meteen de vervolgvraag stellen: wat kun je ermee? Wageningen heeft die combinatie. In 2015 startte ik mijn promotie bij John van der Oost, hoogleraar microbiologie. Mijn thesis is momenteel zo goed als af.

Is het systeem complexer dan je dacht?

Ja. Toen ik hoorde over CRISPR-Cas, wisten we bijvoorbeeld nog niet van het bestaan van anti-CRISPR-eiwitten. CRISPR-Cas is het verdedigingsmechanisme van een bacterie tegen virussen. Als een virus de bacterie infecteert, injecteert het virus genetisch materiaal. De bacterie verweert zich tegen het virus door dit met CRISPR-Cas kapot te knippen. Virussen hebben op hun beurt weer een verdedigingsmechanisme bedacht, zij blokkeren het bacterieverdedigingsmechanisme: een anti-CRISPR. Het is een wapenwedloop tussen de bacterie en het virus.”

Kunnen we anti-CRISPR ook gebruiken voor onderzoek?

“Het bestaan ervan is pas een paar jaar geleden ontdekt. Daar wordt wel aan gewerkt, want het heeft de potentie om als aan-uitschakelaar te dienen voor CRISPR-Cas. Zo kun je veel beter sturen wanneer en waar je DNA wilt knippen.”

Op de conferentie vertelde je dat jullie een nieuw eiwit vonden dat DNA knipt, ThermoCas9. Thermo betekent warmte, het knipt bij warmte. Hoe vind je zo’n nieuw Cas-eiwit?

“Dat is soms puur toeval. Mijn collega Tijn Daas doorzocht voor een ander onderzoek een composthoop in Ede. Hij was op zoek naar thermofiele (hittebestendige) micro-organismen. De composthoop was de place-to-be, want daar broeit het lekker. Terug in het lab bleek het geslaagd, hij had zo’n organisme te pakken. De DNA-code was bekend en door die af te lezen kan ik zien of het organisme zo’n CRISPR-verdedigingssysteem heeft. Dat leek zo te zijn! Vervolgens onderzocht ik met collega’s Loannis Mougiakos en Elleke Bosma wat dit knipeiwit allemaal nodig heeft om te functioneren. Het verbaast je niet dat het werkt bij hoge temperaturen, maar het optimum lag bij wel 55 graden.”

Wat is het voordeel ten opzichte van bestaande Cas-eiwitten?

“Het werkt het meest efficiënt bij hoge temperaturen. Breng je de temperatuur naar beneden dan werkt het heel moeizaam, maar wordt het wel preciezer. Het lijkt dus nog nauwkeuriger DNA te kunnen bewerken. Een ander voordeel is dat het een kleiner eiwit is, je kunt het daardoor makkelijker in de juiste cel brengen. Ten derde komt ThermoCas9 uit een bodembacterie, die geen ziekteverwekker is bij mensen. De meest bekende Cas9 wel, waardoor er misschien een afweerreactie op gang komt als je het gebruikt in een therapie.”

Heeft ThermoCas9 ook nieuwe toepassingen?

“Hittebestendige bacterieën zijn handig voor de bioraffinaderij, omdat ze functioneren bij hoge temperaturen. Bij het maken van biobrandstof gaat normaal veel energie verloren aan het verhogen en verlagen van de temperatuur. Je moet de biomassa verhitten tot zestig of zeventig graden zodat enzymen de biomassa afbreken, dan weer laten afkoelen tot 37 graden om gemodificeerde bacteriën hun werk te laten doen, om het vervolgens weer te verhitten om er gas uit te krijgen. Als de bacterie op die zeventig graden werkt hoef je maar een keer te verhitten. Tot nu toe waren er geen goede middelen om een thermofiele bacterie aan te passen, maar met ThermoCas9 is dat een heel stuk simpeler.”

Heb je nog andere varianten onderzocht?

“Ja, ik wilde heel graag weten hoe Cas12a werkt. Het eiwit werd in 2015 voor het eerst beschreven. Het werkte anders dan het welbekende Cas9. We wisten dat Cas12a alleen een gids nodig heeft om te functioneren, terwijl Cas9 daarnaast nog een helper-gids nodig heeft. We hadden geen idee hoe Cas12a aan die gids kwam. Er kwam geld vrij om dat te onderzoeken, het was heel spannend.”

Waarom was het zo spannend?

“We wisten er nog maar weinig van. Tijdens het onderzoek bleek Cas12a zelfs heel anders te werken dan we dachten! Het kan zijn eigen gidsen maken. Waar Cas9 een gids en een helper nodig om de juiste knipplaats in het DNA te zoeken, en voor elke knip die je wilt uitvoeren moet je dit opnieuw maken. Cas12a kan simpelweg zijn gidsen van een grote ketting met alle gidsen afknippen. Zo kun je verschillende DNA-knips in één onderzoeksstap uitvoeren. Cas12a pikt zelf elke keer een andere gids uit. Dit bespaart veel tijd als je meerdere genen wilt verwijderen voor onderzoek.”