Hoe een CRISPR-eiwit voor veel virussen nieuwe tests zou kunnen opleveren

In een primeur voor de reeks genetische hulpmiddelen die bekend staat als CRISPRvan een recent ontdekt eiwit is aangetoond dat het werkt als een soort veelzijdig zelfvernietigingssysteem voor bacteriën, dat in staat is om enkelstrengs RNA, enkelstrengs DNA en dubbelstrengs DNA af te breken.

Met zijn vermogen om zich op zoveel soorten genetisch materiaal te richten, biedt de ontdekking potentieel voor de ontwikkeling van nieuwe, goedkope en zeer gevoelige thuisdiagnostische tests voor een breed scala aan infectieziekten, waaronder COVID-19, griep, Ebola en Zika, volgens de auteurs van een nieuwe studie in het tijdschrift Natuur.

Met behulp van een hoge-resolutie beeldvormingstechniek, cryo-EM genaamd, ontdekte het team dat wanneer dit eiwit, genaamd Cas12a2, zich bindt aan een specifieke sequentie van genetisch materiaal van een potentieel gevaarlijk virus, genaamd RNA-doelwit, een zijgedeelte van Cas12a2 omdraait om een actieve site, vergelijkbaar met een open veerbelast stiletto.

Dan begint de actieve site willekeurig door elk genetisch materiaal te snijden waarmee het in contact komt. De onderzoekers ontdekten dat met een enkele mutatie in het Cas12a2-eiwit, de actieve site alleen enkelstrengs DNA afbreekt, een kenmerk dat bijzonder nuttig is voor het ontwikkelen van nieuwe diagnostiek die geschikt is voor een breed scala aan virussen.

Een test op basis van deze technologie zou in theorie de beste eigenschappen van PCR-gebaseerde tests die het genetisch materiaal van een virus detecteren (hoge gevoeligheid, hoge nauwkeurigheid en vermogen om actieve infectie te detecteren) kunnen combineren met de beste eigenschappen van snelle diagnostische tests thuis ( goedkoop te produceren zonder de noodzaak van gespecialiseerde laboratoriumapparatuur). Het zou ook gemakkelijk kunnen worden aangepast aan elk nieuw RNA-virus.

« Als er morgen een nieuw virus verschijnt, hoef je alleen maar het genoom ervan te begrijpen, dan het gids-RNA in je test te veranderen, en je zou er een test tegen hebben », zegt David Taylor, universitair hoofddocent biowetenschappen. aan de Universiteit van Texas in Austin en corresponderende co-auteur van de nieuwe studie.

Een dergelijke diagnose zou nog steeds afzonderlijk werk vereisen en zou waarschijnlijk het verzamelen van speeksel of een neusmonster van een patiënt inhouden om te mengen met het gemodificeerde Cas12a2-eiwit van het team, het stukje gids-RNA dat fungeert als een mugshot om een ​​specifiek virus te identificeren, en een fluorescerende sonde. ontworpen om op te lichten wanneer het enkelstrengs DNA wordt doorgeknipt.

CRISPR is de naam van een set tools die van nature voorkomen in bacteriën, maar die wetenschappers hebben aangepast voor gebruik bij het bewerken van genen. Het is het eerste CRISPR-eiwit waarvan is aangetoond dat het zo’n breed scala aan genetisch materiaal afbreekt.

« Cas12a2 grijpt in feite beide uiteinden van de dubbele DNA-helix en buigt deze heel strak », zegt Jack Bravo, postdoctoraal onderzoeker aan de UT Austin en co-eerste auteur van het artikel. « En dus gaat de helix in het midden open, en dan kan die actieve site de stukjes DNA vernietigen die enkelstrengs worden. Dit is wat Cas12a2 anders maakt dan alle andere DNA-targetingsystemen.

De overeenkomstige co-auteur van het artikel is Ryan Jackson en co-eerste auteur Thomson Hallmark, beiden van de Utah State University. Andere co-auteurs zijn Bronson Naegle uit de staat Utah en Chase Beisel van het Helmholtz Center for Infection Research en de Universiteit van Würzburg in Duitsland.

Structurele gegevens werden verzameld met behulp van cryo-EM-faciliteiten in het Sauer Structural Biology Laboratory van de Universiteit van Texas in Austin.

Taylor, Bravo, Hallmark en Jackson zijn de uitvinders van een patentaanvraag voor modificaties van het Cas12a2-eiwit waardoor het alleen enkelstrengs DNA kan knippen en voor gebruik bij diagnose. Van ontdekking tot impactHet Technology Commercialization Office van UT Austin beheert intellectueel eigendom en zoekt naar industriële partners die kunnen helpen het potentieel van de technologie te realiseren.

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het National Institute of General Medical Sciences van de National Institutes of Health, het Duitse Federale Agentschap voor Disruptive Innovation, de Welch Foundation en de Robert J. Kleberg, Jr. en Helen C Foundation. Kleberg. David Taylor is een CPRIT Fellow die wordt ondersteund door het Cancer Prevention and Research Institute of Texas.

EEN aanvullend artikel in hetzelfde nummer van Natuur beschrijft de biologische functies van Cas12a2, terwijl het artikel beschreven in dit persbericht de mechanismen beschrijft waarmee het eiwit deze uitvoert.

Bron: De Universiteit van Texas in Austin