CRISPR-capaciteiten breiden uit met nieuwe antivirale activiteit

CRISPR’s potentieel uitbreiden – Wat is CRISPR en waarom het belangrijk is

Sinds de ontdekking heeft CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), dat de 2020 Nobelprijs voor Scheikunde won, de geneeskunde en biotechnologie gerevolutioneerd.

Bron: Nobel Prize

Dit komt doordat CRISPR de eerste methode voor genbewerking is die zeer nauwkeurige targeting van een specifieke genetische sequentie mogelijk maakt, waardoor genetische fouten kunnen worden gecorrigeerd in vitro of in vivo zonder het risico op ongewenste mutaties.

Dit is belangrijk omdat ongecontroleerde geninvoeging in verband is gebracht met grote problemen, met name kankerrisico’s, waardoor het therapeutisch gebruik moeilijk en controversieel is.

CRISPR kan op verschillende manieren worden gebruikt om een reeds aanwezig gen te onderbreken, een specifieke sequentie te verwijderen, of de juiste genetische sequentie te bewerken/invoegen.

Bron: CRISPR Therapeutics

Dit leidde tot een medische doorbraak met de FDA-goedkeuring voor de eerste CRISPR-gebaseerde therapie in 2023, ontwikkeld door CRISPR Therapeutics (CRSP ) voor genetische bloedziekten (volg de link voor een speciaal rapport over CRISPR Therapeutics).

Echter, door mensen gecontroleerde precieze genbewerking is niet waarvoor CRISPR in de natuur wordt gebruikt. Het is in de eerste plaats een antiviraal hulpmiddel dat bacteriën gebruiken om aanvallen van virussen te overleven.

En nu blijkt dat CRISPR nog veelzijdiger is dan eerder werd begrepen, omdat het de cellulaire stofwisseling kan wijzigen, waardoor virale replicatie wordt geblokkeerd. Dit was een ontdekking van vijf onderzoekers aan de Rockefeller University en het Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Ze publiceerden hun resultaten in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Science¹, onder de titel “Cat1 vormt filamentnetwerken om NAD+ af te breken tijdens de type III CRISPR-Cas antivirale respons”.

CRISPR’s natuurlijke oorsprong in bacteriën

De meeste bacteriën staan onder constante dreiging van virussen die gespecialiseerd zijn in het aanvallen van hen, bacteriëfagen genoemd (letterlijk “bacteriën-eters”).

Daarom is deze fagën momenteel onderzocht vanwege hun potentieel om “levende antibiotica” te vormen die de meeste groeiende antibioticaresistenties zouden omzeilen.

Elke CRISPR-genetische sequentie die in een individuele bacteriële CRISPR wordt gevonden, is afgeleid van een DNA-fragment van een bacteriëfage die de prokaryoot of een van zijn voorouders eerder had geïnfecteerd.

Deze sequenties worden gebruikt om DNA van soortgelijke bacteriëfagen tijdens latere infecties te detecteren en te vernietigen, waardoor een soort “verworven immuniteit” tegen fagën ontstaat. CRISPR wordt aangetroffen in ongeveer 50% van de geanalyseerde bacteriële genomen.

Gezien hoe wijdverspreid CRISPR-systemen zijn en hoe belangrijk ze zijn tegen virale infecties of bacteriën, is het misschien niet zo verrassend dat ze andere aanvullende antivirale eigenschappen hebben.

CRISPR kan virussen blokkeren door celfunctie te stoppen

CRISPR als collectief immuunsysteem van bacteriën

Andere activiteiten dan “genetisch schaar” voor CRISPR-systemen worden steeds beter begrepen, met name dankzij de inspanningen van het Rockefeller Laboratorium voor Bacteriologie onder leiding van Prof. Luciano Marraffini.

Bron: Amacad

Ze richtten zich vooral op een klasse moleculen in CRISPR-Cas10-systemen, genaamd CARF-effectors, die eiwitten zijn die geactiveerd worden bij faginfectie van een bacterie.

CARF-effectors hebben verschillende benaderingen om hetzelfde doel te bereiken: de cellulaire activiteit stoppen. Omdat DNA-replicatie en eiwitproductie stoppen in de geïnfecteerde cellen, stopt ook de virusproductie.

“Het gezamenlijke werk van onze laboratoria onthult hoe effectief—en anders—deze CARF-effectors zijn. Het scala aan hun moleculaire activiteiten is behoorlijk verbazingwekkend.”

Prof. Luciano Marraffini – Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Dit effect beschermt indirect alle andere bacteriën in de omgeving en is uiteindelijk vrij vergelijkbaar in zijn principes met lymfocyten NK (Natural Killer) van zoogdieren die geïnfecteerde cellen (en kankercellen) doden om de virusverspreiding te stoppen.

Cat1-eiwit: De sleutel tot CRISPR’s nieuwe truc

Net als bij veel recente biotechnologische ontdekkingen kwamen geavanceerde AI-tools de onderzoekers helpen een speld in een hooiberg te vinden. In dit geval was het een tool genaamd Foldseek, een zoekprogramma gebaseerd op Google’s (GOOGL ) AlphaFold-tool om de 3D-configuratie van eiwitten te voorspellen.

In plaats van eiwitsequenties te vergelijken, vergelijkt Foldseek hun 3D-structuur, waardoor de kans groter wordt om eiwitten te vinden die functioneel vergelijkbaar zijn, zelfs bij een andere aminozuurvolgorde. Foldseek verkort rekentijden met vier tot vijf orders van grootte vergeleken met eerdere methoden.

Bron: ResearchGate

Met Foldseek vonden de onderzoekers een eiwit dat waarschijnlijk een CARF-effector is en dat ze Cat1 noemden, wat bleek een zeer precies activatiesysteem te hebben.

Dit eiwit wordt gealarmeerd door de aanwezigheid van een virus via secundaire boodschappermoleculen genaamd cyclisch tetra-adenylaat, of cA4. Vervolgens zorgt het ervoor dat Cat1 een essentieel metaboliet in de cel, NAD+, afbreekt.

“Zodra een voldoende hoeveelheid NAD+ is afgebroken, komt de cel in een groeistoptoestand.

Met de cellulaire functie gepauzeerd, kan de fag niet langer zich voortplanten en zich verspreiden naar de rest van de bacteriële populatie.”

Christian Baca – TPCB promovendus.

Wat de structuur van Cat1 onthult

Zoals vaak het geval is, hoe meer wetenschappelijke ontdekkingen worden gedaan, hoe meer nieuwe vragen ontstaan.

Bij het bestuderen van de werkelijke structuur van Cat1 ontdekten de onderzoekers dat het een vreemde vorm heeft.

Dubbele kopieën van Cat1 worden aan elkaar gelijmd door het cA4‑signaalmolecuul, waardoor lange filamenten ontstaan bij virale infectie, en de NAD+-metabolieten gevangen worden in kleverige moleculaire zakjes. Het vormt zelfs complexere structuren op cellulair niveau.

“De filamenten interageren met elkaar om trigonaal spiraalbundels te vormen, en deze bundels kunnen vervolgens uitbreiden tot pentagonale spiraalbundels,”

Puja Majumder – Postdoctoraal onderzoeksscholier in het Patel Lab

Bron: Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Kunnen deze antivirale trucs ook bij mensen werken?

Het zeer complexe en brede scala aan antivirale capaciteiten van CRISPR-systemen in bacteriën roept een vraag op: Zou dit ook bij mensen kunnen werken?

Dit is uiteraard een idee dat al wordt besproken, vooral omdat virussen nog veel moeilijker te bestrijden zijn dan bacteriën, waarvoor antibiotica (nog steeds grotendeels) effectief zijn.

Een dergelijke mogelijkheid zou genbewerking kunnen zijn om chronische virale infecties zoals HIV, SARS‑CoV‑2 en hepatitisvirussen te behandelen. Virussen zoals pokken en aappokken zouden ook op deze manier behandeld kunnen worden.

Dit hogere begrip van CRISPR-systemen kan ook helpen om functionaliteiten toe te voegen of bijwerkingen van bestaande CRISPR‑gebaseerde gentherapie te verminderen, waardoor ze een nog beter therapeutisch hulpmiddel worden.

Investeren in CRISPR-technologieën

CRISPR Therapeutics

Wat CRISPR Therapeutics onderscheidt, is het sterrenteam van oprichters, waaronder Dr. Emmanuelle Charpentier, wiens baanbrekende onderzoek de sleutelmechanismen van de CRISPR‑Cas9‑technologie onthulde.

Het legde de basis voor het gebruik van CRISPR‑Cas9 als een veelzijdig en nauwkeurig genbewerkingsinstrument. Talrijke prijzen hebben haar werk erkend, waaronder de 2020 Nobelprijs voor Geneeskunde en de Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics ontwikkelt een efficiënt en veelzijdig CRISPR/Cas9-genbewerkingsplatform voor therapieën om hemoglobinopathieën, kanker, diabetes en andere ziekten te behandelen.

De eerste therapie die ze ontwikkelden was gericht op de bloedziekten β‑thalassemie en sikkelcelziekte.

Ze zijn nu goedgekeurd onder de handelsnaam Casgevy voor beide toepassingen. Het eerste allogene CAR‑T‑programma van het bedrijf, gericht op B‑celmaligniteiten, bevindt zich ook in klinische onderzoeken.

Hoewel sikkelcelziekte een ziekte is met een relatief kleine markt, kunnen ze, zodra de technologie volwassen is, zich richten op andere ziektevectoren.

Als het eerste bedrijf met een goedgekeurde CRISPR-therapie, bevindt CRISPR Therapeutics zich in een goede positie om als eerste positieve cashflow uit de technologie te genereren en de toepassingen verder uit te breiden.

En dit indrukwekkende trackrecord zal het bedrijf waarschijnlijk tot een voorkeurspartner maken voor elke andere farmaceutische onderneming die wil bijblijven op het gebied van CRISPR-therapieën.

Laatste CRISPR Therapeutics (CRSP) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Studie Verwezen:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 vormt filamentnetwerken om NAD+ af te breken tijdens de type III CRISPR‑Cas antivirale respons. Science 10 apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}