Betere CRISPR base editors bouwen
VIB onderzoekers ontwikkelen ITER, een gevoelige, veelzijdige en high-throughput methode om genbewerking in plantencellen te testen en te kwantificeren
16 januari 2023
.png)
CRISPR-genbewerking is een krachtig biotechnologisch hulpmiddel waarmee wetenschappers specifieke DNA-sequenties kunnen wijzigen. Nieuw onderzoek verfijnt en verbetert voortdurend de CRISPR-technologie. Onderzoekers van het team van prof. Thomas Jacobs (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie), samen met BASF Innovation Center Gent en collega's van de VIB Screening Core en VIB Flow Core, rapporteren nu een belangrijke vooruitgang in CRISPR-basisbewerkingstechnologie. Hun werk werd gesteund door VLAIO en verschijnt in Genome Biology.
In 2012 ging een schokgolf door de wetenschappelijke wereld met de ontwikkeling van CRISPR-tools voor het bewerken van genen met behulp van het DNA-knippende eiwit Cas9. De vondst ontving in 2020 een Nobelprijs. CRISPR-technologie heeft nu toepassingen in alle biologische wetenschappen, van het verbeteren van de gewassen tot gebruik in de geneeskunde voor de behandeling van sikkelcelziekte, kanker, en andere ziekten.
De originele CRISPR-technologie van tien jaar geleden had wel enkele beperkingen. Het was bijvoorbeeld niet erg eenvoudig om de soorten DNA-veranderingen te beheersen die werden aangebracht. De ontwikkeling van ‘base editors’ in 2016 veranderde dat allemaal. CRISPR base editors zijn bijzonder krachtig omdat ze een specifieke DNA-base (een DNA 'letter') kunnen vervangen door een andere, waardoor zeer nauwkeurige wijzigingen in de DNA-sequentie mogelijk zijn.
Prof. Thomas Jacobs: “Toen we aan het project begonnen, waren er enkele problemen met de bestaande CRISPR base editors. De eerste was dat ze niet zo goed werkten. Slechts een kwart van onze targets is bewerkt. De tweede was dat er tegen die tijd een groot aantal verschillende CRISPR-onderdelen was. Het zou te veel tijd kosten om onze bestaande methoden te gebruiken om alle verschillende combinaties te testen en te evalueren om de beste te vinden. Dus hebben we ITER ontwikkeld.”
ITER, of Iterative Testing of Editing Reagents, is een gevoelige, veelzijdige en high-throughput methode om genbewerking in plantencellen te testen en te kwantificeren. Het is een manier om tegelijkertijd veel potentiële base editors in veel cellen te testen. Een volledig geautomatiseerde pijplijn voor beeldvorming en analyse stelt de onderzoekers in staat om snel de verschillende editors te testen en het volgende experiment te ontwerpen. Elke iteratie duurt slechts een paar weken, dus de optimalisatie verloopt snel.
Bij het eerste gebruik van ITER identificeerden de onderzoekers een variant van Cas12a (een alternatief DNA-snijdend eiwit) dat op efficiënte wijze base-editing uitvoert in tarwe- en maïscellen. De eerste Cas12a-basiseditors bewerkten slechts ongeveer één op de 200 cellen. Maar door snel meerdere testrondes uit te voeren met ITER, konden ze de efficiëntie van het editen verhogen tot ongeveer 40%.
Dr. Christophe Gaillochet, eerste auteur van de studie: “Vooral in planten is deze verbetering een grote stap voorwaarts, niet alleen omdat eerdere base editors met Cas12a niet goed presteerden, maar ook omdat het ons een veel betere tool geeft voor de veredeling van onze gewassen om ze weerbaarder te maken tegen uitdagende omgevingen die worden veroorzaakt door klimaatverandering.”
Het team gebruikt ITER nu om verschillende soorten tools voor genoombewerking in een verscheidenheid aan plantensoorten te optimaliseren.
Publication
Systematic optimization of Cas12a base editors in wheat and maize using the ITER platform. Gaillochet et al. Genome Biology, 2023.
