Illustratie Shutterstock Met CRISPR-Cas kun je genen gericht veranderen. Die revolutionaire knip-en-plak-mogelijkheid is in korte tijd ingeburgerd. Aangebrachte veranderingen volgen de wetten van Mendel: ze worden maar aan een deel van de nakomelingen meegegeven. Maar het kan ook anders. Met gene drives krijgen alle nakomelingen het veranderde DNA. Promovenda Carina Nieuwenweg ontwikkelde een methode om op die manier gist naar haar hand te zetten.
De gene drive-technologie is een nog recente ontwikkeling. In de kern is het volgens Nieuwenweg een specifieke toepassing van CRISPR-Cas, waarbij de aangebrachte genetische verandering zich door een hele populatie verspreidt. ‘Het mechanisme omzeilt daarmee de klassieke erfelijkheidswetten van Mendel. Gene drives worden daarom wel zelfzuchtig genoemd; verspreiding is niet per se gekoppeld aan een effect op de levensvatbaarheid.’
Bakkersgist
Voor gene drives is seksuele voortplanting nodig. Nieuwenweg gebruikte voor haar, mede door TNO gefinancierde studie, bakkersgist. Aanvankelijk om de werking van de nieuwe technologie te bestuderen. Gaandeweg veranderde die focus, toen ze zich realiseerde dat je gene drives goed kunt gebruiken als instrument. ‘Als een stuk gereedschap om snel meerdere genetische modificaties aan te brengen; dus niet één verandering, maar meerdere tegelijkertijd.’
‘Bij normale overerving van twee giststammen met gewenste mutaties a en b in het DNA, worden slechts aan een kwart van de nakomelingen beide eigenschappen meegegeven’, legt ze uit. ‘Welke dat zijn, moet je gaan testen en dat is veel werk. Met gene drive krijgen álle nakomelingen de gewenste eigenschappen. Werken met gene drives gaat daarom exponentieel sneller. Zeker als het aantal te veranderen genen toeneemt.’
Versnellen
‘Als je gist een bepaalde verbinding wilt laten aanmaken die het normaal niet produceert, moet je veel genen en stofwisselingswegen aanpassen’, licht ze toe. ‘Vaak weet je van tevoren niet welke combinaties van mutaties werken. Normaal breng je die veranderingen na elkaar aan. Met vier veranderingen is dat op de klassieke manier met flink doorwerken nog wel te doen. Maar als je tien genen moet veranderen niet. Gene drives zijn dan een uitkomst.’
Mijn doel is om bestaande niet-duurzame productiemethoden van stofjes te vervangen door productie door micro-organismen
Carina Nieuwenweg, leerstoelgroep Microbiologie
Nieuwenweg ontwikkelde giststammen en de werkwijze om op deze manier van gist snel kleine fabriekjes te maken. Voor dat ontwikkelde ‘platform’ ziet ze een mooie toekomst. ‘Mijn doel is om bestaande niet-duurzame productiemethoden van stofjes te vervangen door productie door micro-organismen. Dat wordt nu nog geremd, doordat het veel tijd, geld en energie kost om giststammen die dat kunnen te maken. Met gene drive kunnen we dat versnellen.’
Plus Ultra III
Voor die methode is inmiddels patent aangevraagd. De volgende stap is een eigen bedrijf. ‘Maar voordat je met een proof-of-concept de markt op kunt, is er nog veel ontwikkeling nodig. Voor dat tussenstuk ben ik met de afdeling Systems & Synthetic Biology in de race voor een beurs. Het gaat om een tweejarige periode van door ontwikkelen naar een spin-out. En daarna misschien naar Plus Ultra III. Dat zou gaaf zijn.’
