Aangepast CRISPR-enzym Cas13a maakt hiv-test honderd keer gevoeliger

De meeste mensen kennen CRISPR als het gereedschap waarmee wetenschappers DNA kunnen knippen en plakken. Minder bekend is Cas13a, een variant van dat systeem die geen DNA maar RNA herkent — het genetische materiaal van virussen zoals hiv, griep en het coronavirus. Onderzoekers van Rice University in de Verenigde Staten hebben een stabiele versie van Cas13a verder ontwikkeld tot een variant die extreem gevoelig is. Ze publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Cell Chemical Biology.

Waarom stabiel niet automatisch gevoelig betekent

In een RT-qPCR-test of een snelle gids-RNA-gestuurde assay moet een enzym twee dingen tegelijk kunnen: bestand zijn tegen hitte en andere ruwe omstandigheden, en toch de allerkleinste hoeveelheid virusmateriaal opsporen. De onderzoeksgroep van bioloog Yang Gao beschikte al over een hittebestendige versie van Cas13a, maar die miste gevoeligheid. Volgens eerste auteur Seye Oladeji moest een test idealiter al één RNA-streng per microliter — ongeveer een druppel bloed — kunnen detecteren. De bestaande variant kwam daar niet aan.

De vorm van het enzym blootleggen

Om het enzym te verbeteren, moest het team eerst precies weten hoe het in elkaar zit. Cas13a is lastig te bestuderen omdat het enzym voortdurend beweegt zodra het aan RNA bindt. Oladeji ontwikkelde een methode om het enzym en zijn RNA-doelwit tijdens het meten op hun plaats te houden, zodat de structuur via cryo-elektronenmicroscopie zichtbaar werd. Met die bouwtekening in de hand identificeerde het team twee gebieden in het enzym die de gevoeligheid zouden kunnen verhogen. Toen de onderzoekers beide gebieden tegelijk aanpasten, werd het enzym te alert: het gaf ook een signaal af wanneer er helemaal geen virus-RNA aanwezig was. Door slechts één van de twee gebieden te veranderen, steeg de gevoeligheid honderdvoudig zonder dat de stabiliteit eronder leed.

Van hiv naar een hele familie virussen

In een test met synthetisch, niet-infectieus hiv-RNA presteerde het aangepaste enzym honderd keer beter dan de oorspronkelijke stabiele variant. Het grote voordeel van een CRISPR-systeem is de flexibiliteit: het enzym werkt samen met een gids die simpel te herprogrammeren is naar een andere virussequentie. Daardoor zou dezelfde Cas13a-variant ook ingezet kunnen worden tegen onder meer het coronavirus, griep, ebola, zika en hepatitis C. Volgens Gao is het enzym geschikt voor bestaande testmethoden zoals RT-qPCR en snelle lateral flow-tests, waardoor de stap naar praktische toepassing relatief klein kan zijn. Voordat de techniek in commerciële testkits verschijnt, is nog verder onderzoek nodig naar productie op grote schaal en validatie met echte patiëntmonsters.