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 prokaryotisch DNA die korte herhalingen van basenvolgorden bevatten. Deze maken deel uit van een bacterieel afweersysteem dat, samen met CRISPR‑geassocieerde (Cas) eiwitten, de basis vormt voor de CRISPR‑Cas9 genoom‑bewerkings‑technologie. Het richt zich in wezen op het genetisch materiaal van een virus om de verspreiding te stoppen.

CRISPR‑moleculen kunnen samen met het Cas9‑eiwit (Cas betekent CRISPR Associated Protein) de CRISPR‑Cas9‑technologie vormen. Deze technologie wordt gebruikt voor het bewerken van genen in levende cellen en organismen door CRISPR‑sequenties te modificeren.

Een belangrijk voordeel van de techniek is dat ze zeer nauwkeurig het DNA‑gebied kan targeten dat bewerkt wordt, iets wat eerdere technieken niet konden. De uitvinders van CRISPR‑Cas9 ontvingen de Nobelprijs voor Scheikunde in 2020.

Maar Cas9 is niet de enige manier om CRISPR te gebruiken. Er bestaat ook Cas13, dat kan worden ingezet voor het bewerken van RNA. En het onderwerp van dit artikel, Cas12a.

Cas12a vs Cas9

Dit zal Cas12a zo veel mogelijk uitleggen op een manier die begrijpelijk is voor een niet‑biochemicus, waardoor sommige details enigszins worden vereenvoudigd, en we eerst kunnen kijken wat CRISPR‑Cas12a is.

CRISPR‑Cas12a is een ander systeem dan Cas9 in een paar opzichten:

• Levert alternatieve knippunten ten opzichte van wat Cas9 kan doen.
  • Niet‑technische vertaling: Problemen die moeilijk op te lossen zijn met Cas9, kunnen werkbaar zijn met Cas12a
• Het knipt DNA op een manier die een “plakkerig” stuk DNA achterlaat in plaats van de “blote” snede van Cas9, en kan meerdere keren knippen.
  • Niet‑technische vertaling: Dit resulteert in een hogere kans dat genbewerking plaatsvindt.
• Er is geen transactiverende crRNA (tracrRNA) nodig voor Cas12a, in tegenstelling tot Cas9. Door de kleinere omvang zou het multiplex-genoom‑bewerking vergemakkelijken.
  • Niet‑technische vertaling: meer dan één gen kan tegelijk worden gemodificeerd met Cas12a

Bron: Wikipedia

Unieke eigenschappen van Cas12a2

Met CRISPR‑Cas12a dachten onderzoekers dat ze een nieuwe, iets andere versie hadden van de inmiddels beter begrepen CRISPR‑Cas9. Het had veel interessante toepassingen dankzij deze variaties, maar het bleef hetzelfde basismechanisme.

En toen kwam Cas12a2.

Het laatste cijfer, “2” aan het einde, duidt op een variant van Cas12a die zeer verschillende eigenschappen leek te hebben. In feite werkt het heel anders dan “normale” Cas12a, net zoals Cas12a verschilt van Cas9.

De CRISPR‑Cas‑systemen zijn ontworpen om vreemde genen aan te vallen en bacteriën te beschermen tegen virussen. Onderzoekers hebben deze capaciteit herbestemd voor genbewerking. Wat Cas12a2 doet, is heel anders. Wanneer het virale RNA detecteert, begint het ALLE nucleïnezuren in de cel aan te vallen. Meestal zal het de getroffen cel doden, waardoor de rest van de bacteriekolonie wordt beschermd en de replicatie van het virus wordt geblokkeerd.

Dit geheel nieuwe mechanisme leverde de ontdekkers een plaats op in het prestigieuze tijdschrift Nature begin januari 2023 in twee verschillende artikelen (iets dat vrijwel een carrière‑doorbraak is voor elke bioloog).

Toepassingen van Cas12a2

De reden achter het enthousiasme van de Nature‑reviewers is vrij simpel. Het Cas12a2‑mechanisme maakt het mogelijk een tool te creëren die “programmeert om cellen te doden”.

De eerste toepassing zou een veel efficiëntere bewerking kunnen zijn met de andere CRISPR‑methode. Het combineren van Cas12a2 met andere CRISPR‑Cas‑systemen zou de efficiëntie van CRISPR‑genbewerking kunnen verhogen via tegen‑selectie.

Het zou ook zeer efficiënt kunnen zijn bij het detecteren van viraal RNA. Dus, een tweede toepassing is dat Cas12a2 kan worden omgevormd tot een quasi‑perfecte test om virussen te detecteren. Het gepubliceerde artikel toont al een proof‑of‑concept van dit idee.

Cas12a2‑gebaseerde tests zouden de zeer hoge gevoeligheid van een PCR‑test combineren met het gemak en de goedkoopheid van een thuistest. Alles zonder complexe apparatuur.

Het beste is dat het kan worden afgestemd om praktisch elk RNA‑virus te detecteren, een familie die virussen bevat zoals COVID‑19, de griep, Ebola en Zika, evenals elke mutatie die de eerste testbatches zou kunnen ontwijken.

Alles wat nodig zou zijn om een nieuwe test te ontwerpen, is de genomische sequentie van het virus kennen en aangepaste crRNA‑sequenties ontwerpen. Iets dat in slechts enkele weken kan worden gedaan, zoals de pandemie ons heeft laten zien.

Dus, met het huidige begrip van Cas12a2 lijkt testen een eenvoudige toepassing.

De derde mogelijke toepassing zou kunnen liggen in het gebruik van CRISPR‑Cas12a2 bij kankerbehandeling. Een theoretisch voorbeeld zou kunnen zijn om Cas12a2 te programmeren om te reageren op genetische sequenties die specifiek zijn voor kankercellen, waardoor de kankercel “zelfmoord” pleegt. Deze toepassing ligt echter waarschijnlijk verder in de toekomst dan de andere vanwege de complexiteit van de genetica van kankercellen.

Investeringsoverzicht

CRISPR‑technologie staat nog in de kinderschoenen, met volledig nieuwe mechanismen die nog ontdekt moeten worden. Het kostte de onderzoeker die aan Cas12a2 werkt 7 jaar om voldoende resultaten te behalen om het te begrijpen. CRISPR‑Cas12a2 is net gepubliceerd en heeft nog een lange weg te gaan voordat het commercieel beschikbaar is. Ik zou niet verbaasd zijn als andere varianten van CRISPR‑Cas‑systemen nog verborgen liggen in de voorlopige resultaten van andere onderzoeksteams wereldwijd.

Cas12a2 zal een gebied zijn om aandachtig te bestuderen in de context van testtechnologie, en kan op de lange termijn een bedreiging vormen voor antigeentest en PCR‑test.

Het kan ook worden gecombineerd met andere CRISPR‑technieken om ze 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 om de geneeskunde te veranderen. Ook in testtoepassingen, iets dat niemand had voorzien tot januari 2023.

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