Illustratie Shutterstock CRISPR-Cas is het speeltje van genetici en moleculair biologen. Met het systeem zijn gericht veranderingen aan te brengen in DNA. Het complex van eiwit en RNA zoekt precies het opgedragen stukje DNA en maakt daar een knip. Ander DNA kan op die plek worden ingevoerd om het stuk te repareren. Promovendus Thomas Swartjes bedacht een elegante methode om die knip-eiwitten (nucleases) te verbeteren.
CRISPR-Cas is een verdedigingssyteem van bacteriën. Maar wat op één plek op het DNA werkt, hoeft dat elders nog niet te doen. Sommige toepassingen vergen in feite een op maat gemaakt schaartje. Door genetisch te knutselen kun je in het lab aan scharen slijpen. Swartjes bedacht een manier om de natuur het werk te laten doen, door evolutie te gebruiken om bestaande nucleases – een eiwit dat DNA-strengen knipt – door te ontwikkelen. Met bacteriële seks als instrument van die evolutie.
Bacteriële seks
Bacteriën hebben geen seks. Toch wordt het proces van conjugatie door genetici vergeleken met seks. ‘Conjugatie is het aan elkaar plakken van bacteriën, waarbij genetische materiaal wordt overgedragen’, zegt Swartjes. ‘De bacterie maakt uitstulpingen aan de buitenkant, die als een soort lasso werken. Ze vangen een andere bacterie en trekken die naar zich toe, waarna overdracht plaats vindt van een plasmide.’
Zo’n plasmide, een los stukje cirkelvormig DNA, kan zich via conjugatie door een populatie bacteriën verspreiden. Swartjes is gefascineerd door conjugatie. Horizontal Dancing for Bacteria is de titel van zijn proefschrift. ‘Horizontaal dansen als een eufemisme voor seks; een parallel voor horizontale genoverdracht tussen buren. Dit in tegenstelling tot verticale genoverdracht door deling. Ik had ook seks in de titel kunnen zetten, maar dat is een beetje plat.’
Uitdaging
Het idee van Swartjes is om door evolutie en conjugatie nucleases te ontwikkelen die telkens net ietsje beter zijn dan de voorganger. Daarvoor gebruikt hij bacteriecellen (E.coli) met twee plasmides: eentje met het gen voor knipeiwit Cas-9 en eentje met genen die conjugatie verhinderen. Swartjes: ‘De uitdaging voor het Cas-9 eiwit is om – door mutatie – het hinder-plasmide te knippen. Lukt dat, dan is de rem op conjugatie weg en wordt het Cas-9 gen overgezet.’
Ik heb geprobeerd de benodigde genen op het chromosoom van de bacterie te zetten. Maar dan werkt het opeens niet meer
Thomas Swartjes, promovendus Laboratorium voor Microbiologie
Door opeenvolgende conjugaties (seks) verspreidt het verbeterde Cas-9 zich zo door de bacteriecultuur. In elke nieuwe cel wacht een nieuwe uitdaging met intact rem-plasmide, dat overwonnen moet worden. Evolutie helpt daarbij en zorgt voor een steeds beter, sneller en efficiënter schaartje. Zonder dat er verder veel labwerk aan te pas komt. De natuur moet het werk doen.
Alleen Cas-9
Maar zover is het nog niet. Het principe van conjugatie en verspreiding van een plasmide door een populatie werkt, zegt Swartjes. ‘Maar ik wil een plasmide dat alleen het gen voor Cas-9 over zet, en niet ook alle genen die nodig zijn voor dat proces. Ik heb geprobeerd die benodigde genen op het chromosoom van de bacterie te zetten. Maar dan werkt het opeens niet meer.’
Het proefschrift eindigt op dat punt. Maar het onderzoek niet. ‘Zolang het nog hoopvol lijkt, kijken we of iemand ermee door kan’, zegt Swartjes. ‘Dat was van meet af aan de insteek. Het is een mooi en elegant systeem, maar als het teveel tegen gaat zitten, stoppen we ermee. Dat moment is nog niet gekomen.’
