Nieuwe stap crispr-cas: foute cellen tot zelfmoord drijven. Straks in tumoren?
NIEUWS
Nieuwe stap crispr-cas: foute cellen tot zelfmoord drijven. Straks in tumoren?
Een obscure bacterie blijkt zichzelf aan stukken te knippen als hij een virusinfectie oploopt, ontdekten Wageningse wetenschappers.
Bizar, diepzinnig en mogelijk met verstrekkende consequenties. ‘De natuur is soms prachtig.’
Zó kunnen wetenschappelijke ontdekkingen dus beginnen, zegt moleculair bioloog Raymond Staals (Wageningen Universiteit). Met een promovendus die met een reageerbuisje gezuiverd eiwit langs je werkkamer komt en zegt: ‘Wil je iets grappigs zien?’
Dat wilde Staals wel. En dus druppelde Jurre Steens, zoals de promovendus heet, ter plekke wat vloeistof bij het doorzichtige spul in de reageerbuis. ‘En wat gebeurde er? Binnen een paar seconden werd de inhoud troebel’, zegt Staals, alsof hij een goede mop vertelt. ‘In ons vak zijn we gewend aan processen die traag verlopen, en meestal alleen te zien zijn door de microscoop. Dit zag je gewoon met het blote oog.’
Over de auteur
Het voorval, haast twee jaar geleden nu, bleek de opmaat voor een opvallend artikel, dat vrijdag verscheen in vakblad Science. Een totaal nieuwe, uitermate agressieve vorm van microbiële zelfverdediging, ontrafelen Steens, Staals en veertien collega’s daarin. Een afweersysteem dat, als je het onder de knie weet te krijgen, de weg kan wijzen naar nieuwe diagnostische tests en misschien zelfs naar een manier om tumoren van binnenuit op te blazen. ‘Maar dat zeg ik liever niet hardop’, zegt Staals na wat aandringen hardop.
Allemaal dankzij een bodemmicrobe genaamd Haliangium ochraceum, letterlijk ‘okergeel zeesloepje’. Een worstvormige microbe, die in en rond zee leeft, en zich het best voelt in een extreem zoute, warme omgeving. Maar als het okergele zeesloepje wordt aangevallen door gespecialiseerde virussen genaamd bacteriofagen, gebeurt het. Binnen in de microbe beginnen dan allerlei moleculaire raderen te draaien. Totdat er een eiwit opduikt dat in Staals’ lab de onheilszwangere bijnaam ‘the destroyer of worlds’ heeft gekregen, en de cel uiteenvalt. Dát chemische tumult is wat het reageerbuisje zo troebel maakte.
Chemisch zweepje
De verdediging van de microbe is een vorm van ‘crispr-cas’, ontdekten Steens en Staals toen ze het binnenwerk van H. ochraceum inbouwden in de werkpaardbacterie E. coli, om het nader te bestuderen. Een systeem waarmee microbiologen Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier in 2020 de Nobelprijs wonnen en dat wetenschappers op grote schaal gebruiken om cellen heel precies genetisch te manipuleren. Het principe: crispr-cas-systemen knippen dna doormidden, precies op de plek die je ze opdraagt.
H. ochraceum heeft zo’n systeem ook, maar dan voor RNA, de eenvoudigere, meer vluchtige vorm van erfelijk materiaal. Als een virus zich aan het okergele zeesloepje vastzuigt en zijn erfelijk materiaal erin injecteert, is er kans dat die de aanvaller aan zijn RNA herkent. ‘En dan gebeurt er opeens van alles’, zegt Staals. Prompt maakt H. ochraceum dan een hele reeks eiwitten en signaalstoffen aan. Een daarvan knipt het virus-RNA in stukken. Twee andere eiwitten rijgen kopieën van zichzelf aaneen tot lange slierten, samengeplakt door hulpmoleculen – het proces dat de doorzichtige oplossing in het reageerbuisje zo plotseling troebel maakte. ‘Die filamenten zijn echt heel vreemd. Zoiets heb ik nog nooit gezien’, zegt Staals.
De slierten dienen weer als chemisch zweepje om een ander enzym doormidden te slaan. En daar zul je hem dan hebben, de Vernietiger van Werelden. Een losgeslagen knipeiwit, dat in het wilde weg zo’n beetje alles stuk knipt wat hij tegenkomt. Net zolang totdat de besmette microbe uit elkaar valt.
Raar systeem
Versteld, stond men in Wageningen daarvan. ‘Wat een raar systeem’, zegt Staals. ‘Kennelijk maken die cellen zichzelf dood om hun broertjes of zusjes te beschermen tegen virussen. De natuur is soms prachtig.’
Diepzinnig is het ook. Het systeem van zelfvernietiging lijkt immers sterk op de moleculaire kettingreactie die bij cellen zoals die van de mens leidt tot ‘geprogrammeerde celdood’, apoptose. Ook daarbij laten cellen zichzelf bij al te veel stress afsterven. ‘Het zou best kunnen dat we hier een vroege voorloper zien van apoptose’, vermoedt Staals.
Aan de TU Delft vindt hoogleraar microbiologie Stan Brouns, niet betrokken bij het onderzoek, die gedachte ‘helemaal niet zo gek’. Boeiend hoe de Wageningse microbes een virusinfectie te lijf gaan, ‘met een soort tweetrapsraket’, zegt hij na lezing van het onderzoek. ‘De eerste knipt maar één eiwit en de tweede knipt een heleboel. Die tussenstap lijkt een veiligheidsmechanisme, en is anderzijds een soort signaalversterking.’
Pijlsnelle virustest
In Wageningen is men zich bewust van de mogelijkheden die dat biedt. Je kunt zo’n systeempje in theorie ombouwen tot pijlsnelle virustest, of tot ‘biosensor’, om bepaalde biologische moleculen te detecteren. Of denk aan de, nog futuristische, toepassing tegen kanker. Misschien is het mogelijk om ook hier op de een of andere manier de Vernietiger van Werelden tot leven te wekken. Waarna de kanker zichzelf opruimt, is het idee.
Eerst verder puzzelen, zegt Staals. Zo moet de groep nog checken of het afweermechanisme echt wel hetzelfde werkt in de originele microbe als in E. coli. En voor praktijktoepassingen zijn er nog hobbels. Zo werkt de afweer op kamertemperatuur, terwijl voor diverse toepassingen een hogere temperatuur vereist is.
Niettemin heeft Staals en zijn groep de publicatie ‘in de kroeg gevierd’, vertelt hij. Zo’n heel nieuw afweersysteem, het is toch niet niks. In een vakgebied waar net de Nobelprijs is gevallen, weet je nooit wat er nog volgt.
Reacties
Een reactie posten