Amerikaans lab test half miljoen CRISPR-gidsen voor bacterie E. coli

Waarom een gids-RNA soms faalt

CRISPR-Cas9 geldt als het belangrijkste gereedschap van de moderne biotechnologie. Met dit systeem kunnen wetenschappers DNA op een precieze plek knippen en aanpassen, iets wat de basis vormt voor nieuwe medicijnen, gewassen en industriële microben. Het eiwit Cas9 doet het knippen, maar weet niet zelf waar het moet toeslaan. Daarvoor is een gids-RNA nodig: een kort molecuul dat de bijpassende DNA-sequentie opzoekt en Cas9 daarheen stuurt. In theorie kan bijna elk stukje DNA naast een zogeheten PAM-sequentie als doelwit dienen, maar in de praktijk werkt niet elk ontworpen gids-RNA goed. Tot nu toe was onduidelijk hoe vaak dat misgaat en waarom. Voor bedrijven en laboratoria die bacteriën genetisch aanpassen om bijvoorbeeld chemicaliën, medicijnen of materialen te produceren, is dat een kostbaar probleem: een gids-RNA dat niet werkt, betekent vertraging en dure herhaalexperimenten.

Bijna 500.000 tests, een van de grootste datasets ooit

Het team van ORNL, onder leiding van onderzoeker Bill Alexander, testte vrijwel alle mogelijke gids-RNA's die passen op het genoom van E. coli, een bacterie die veel wordt gebruikt in de industriële synthetische biologie. In totaal ging het om bijna 500.000 combinaties, wat volgens de onderzoekers een van de grootste experimenteel geteste CRISPR-datasets ooit oplevert. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nucleic Acids Research. Opvallend was niet alleen dat meer dan 93 procent van de gids-RNA's functioneerde, maar ook dat de onderzoekers konden verklaren waarom de overige gevallen faalden. Ze ontdekten specifieke patronen rond de PAM-sequentie en de zogeheten protospacer die de effectiviteit voorspellen. Op basis daarvan ontwikkelden ze een eenvoudige methode om falende gidsen alsnog bruikbaar te maken, zodat onderzoekers minder vaak met een mislukt experiment blijven zitten.

Gratis atlas voor onderzoekers wereldwijd

De verzamelde kennis is direct beschikbaar gemaakt via de gRNA Atlas, een gratis interactieve tool waarmee wetenschappers over de hele wereld potentiële Cas9-doelwitten in het genoom van E. coli kunnen opzoeken en beoordelen voordat ze een experiment starten. Dat scheelt tijd en geld: in plaats van gokken welk gids-RNA werkt, kunnen onderzoekers vooraf een goed onderbouwde keuze maken. Voor de biomanufacturing-sector, waarin bacteriën worden ingezet als levende fabriekjes voor bijvoorbeeld biobrandstoffen, enzymen of geneesmiddelen, is dat een welkome versnelling. Volgens de onderzoekers versterkt het werk ook de Amerikaanse positie in de internationale race om biotechnologie, een veld waarin ook Europa en Azië fors investeren. Vervolgonderzoek moet uitwijzen of dezelfde aanpak werkt voor andere veelgebruikte gastheerorganismen, zoals gist, wat de betrouwbaarheid van CRISPR-toepassingen in de bredere biotech-industrie verder zou kunnen vergroten.