Is dit de opvolger van CRISPR? Nieuwe DNA-techniek is vier keer kleiner

Op 25 april 1953 publiceerden James Watson en Francis Crick hun beroemde artikel over de dubbele helixstructuur van DNA, amper anderhalve pagina lang. Ruim zeventig jaar later is die ontdekking uitgegroeid tot een vakgebied vol gereedschappen waarmee wetenschappers DNA niet alleen lezen, maar ook herschrijven.

De bekendste daarvan is CRISPR-Cas9. Toch duikt er sinds kort een nieuw systeem op dat daar mogelijk naast kan komen te staan. TIGR-Tas werd in februari 2025 beschreven in Science, nadat onderzoekers het identificeerden in bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren. Het systeem werkt op een fundamenteel andere manier, al bevindt het zich nog in een vroeg stadium. Op deze Wereld DNA-dag staan we stil bij deze nieuwe techniek.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Wat CRISPR doet

Om TIGR-Tas te begrijpen, helpt het om kort stil te staan bij CRISPR-Cas9. In essentie functioneert het als een moleculaire schaar. Een eiwit wordt door een RNA-gids naar een specifieke plek in het DNA geleid en kan daar een knip maken. Zo’n knip kan worden gebruikt om een gen uit te schakelen, te repareren of te vervangen.

CRISPR werkt doorgaans met één gids die zich richt op één streng van het DNA. TIGR-Tas wijkt daarvan af. Het gebruikt twee gids-RNA’s tegelijk, die elk één van de twee DNA-strengen herkennen.

Twee gidsen, één doel

TIGR-Tas bestaat uit twee onderdelen: een TIGR-array (een geordende reeks DNA-fragmenten) en een Tas-eiwit. Deze array vormt de opslagplaats voor de blauwdrukken van kleine gids-RNA’s, zogeheten tigRNAs. Deze gidsen worden in paren geproduceerd, waarbij elke gids complementair is aan één streng van de doelsequentie.

Experimenteel werk suggereert dat efficiënte DNA-knipactiviteit afhankelijk is van herkenning van beide strengen. Dat betekent dat een enkele gedeeltelijke match waarschijnlijk niet voldoende is om activiteit te veroorzaken, wat in theorie de specificiteit zou kunnen verhogen.

Of dat in de praktijk ook leidt tot minder zogeheten off-targeteffecten dan bij CRISPR-Cas9, moet nog systematisch worden onderzocht.

Een tweede belangrijk verschil is dat TIGR-Tas, voor zover nu bekend, geen PAM-sequentie vereist. Dat is een korte DNA-code die bij CRISPR nodig is om binding en knip mogelijk te maken. Daardoor zou het systeem in principe op meer plekken in het genoom kunnen aangrijpen.

Gevonden via een computationele zoektocht

De ontdekking ontstond niet in het laboratorium, maar via grootschalige data-analyse. Onderzoekers van het Broad Institute gebruikten het RNA-bindende domein van Cas9 als uitgangspunt om te zoeken naar verwante eiwitten.

Met behulp van zoekalgoritmen en AI-gebaseerde eiwitmodellen identificeerden ze uiteindelijk meer dan 20.000 kandidaat-Tas-eiwitten. Die bleken vooral voor te komen in bacteriofagen en bepaalde parasitaire bacteriën.

De grote troef: Formaat en aflevering

Misschien wel de meest veelbelovende eigenschap van TIGR-Tas is de bescheiden omvang van het eiwit. De Tas-eiwitten zijn aanzienlijk compacter dan de traditionele Cas9-varianten; in sommige gevallen zijn ze zelfs vier keer kleiner. Dit lijkt een technisch detail, maar in de medische praktijk is dit een cruciale factor.

Om genetische gereedschappen bij een patiënt af te leveren, maken wetenschappers vaak gebruik van zogeheten virale vectoren, zoals het AAV-virus. Je kunt deze vectoren zien als microscopisch kleine bestelbusjes die het ‘gereedschap’ naar de juiste cel moeten brengen. Deze busjes hebben echter een zeer beperkte laadruimte. Waar CRISPR-Cas9 door zijn omvang die ruimte bijna volledig in beslag neemt, laat het compacte TIGR-Tas veel meer ruimte over voor extra therapeutische toevoegingen.

Onderzoekers hebben inmiddels aangetoond dat een specifieke variant van het systeem, TasR, daadwerkelijk in staat is om DNA in menselijke cellen te bewerken. Hoewel dit hoopgevend is, moet nog wel worden uitgezocht hoe efficiënt en betrouwbaar dit proces verloopt in vergelijking met de huidige gouden standaard, CRISPR-Cas9.

Voorlopig vooral een ontdekking om te volgen

Hoewel TIGR-Tas eigenschappen heeft die het potentieel interessant maken, zoals het gebruik van twee gidsen en het ontbreken van een PAM-beperking, bevindt het onderzoek zich nog in een vroeg stadium. Klinische toepassingen zijn op dit moment nog speculatief.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook CRISPR kan nu veel preciezer genen repareren en dat brengt behandelingen een stap dichterbij en Hoe DNA-reparatie het zicht van de Groenlandse haai goed houdt. Of lees dit artikel: De wondere wereld van DNA uitgelegd

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: