Onafhankelijk van elkaar vonden twee onderzoeksgroepen een thermostabiele variant van CRISPR-Cas9. En ze mikken elk op een andere toepassing.

‘Ik denk dat we kunnen zeggen dat we gelijktijdig hebben gepubliceerd’, zegt de Wageningse hoogleraar John van der Oost. In november presenteerde hij in Nature Com­­munications zijn ThermoCas9, een hittebestendige variant van het Cas9-knipenzym. Elf dagen nadat zijn Californische vakgenoot Jennifer Doudna in hetzelfde blad stond met haar vrijwel identieke GeoCas9.

In een onderzoeksveld dat zo hot is als CRISPR-Cas kun je zulke doublures verwachten. ‘Soms kan dat heel vervelend zijn’, geeft Van der Oost toe. ‘Maar Doudna’s insteek is testen op humane cellen, terwijl wij meer werken aan biotechnologische toepassingen. Aan de editor van Nature Communications hebben we trouwens ook uitgelegd dat dit een voorbeeld is van onderzoeken die elkaar versterken. Ik zie het helemaal niet als probleem, maar als synergie.’

Compost

Terwijl Doudna GeoCas9 opdiepte uit een database met eerder opgehelderde bacteriegenomen, komt ThermoCas9 uit een composthoop in de buurt van Ede. ‘In samenwerking met melkzuurfabrikant Corbion zochten we thermofiele bacteriën die plantaardig afval afbreken’, vertelt Van der Oost. ‘In zo’n composthoop kan de temperatuur oplopen tot 70 à 80 °C. Die bacteriën moeten dus thermostabiel zijn. Dat maakt ze interessant voor de biotechnologie: in een grote bioreactor kan de temperatuur ook hoog oplopen.’

‘Uit de compost hebben we organismen geselecteerd die groeien op cellulose’, vervolgt Van der Oost. ‘Eerst zijn we toen gaan kijken of ze zich leenden voor genetische modificatie, want om ze te kunnen gebruiken als productie-organismes moet je ze aanpassen. Twee stammen bleken in­teressant genoeg om het DNA in kaart te brengen. Bij een daarvan, Geobacillus thermodenitrificans T12, vonden we een Cas9­-gen.’

Dat was een onverwachte, maar nuttige vondst, aldus Van der Oost. ‘We willen thermofiele organismes zo efficiënt mogelijk aanpassen. Het CRISPR-systeem dat nu in laboratoria wordt ingezet, werkt met SpyCas9 uit een melkzuurbacterie, Strep­to­coccus pyogenes. Dat houdt ermee op bij 43 of 44 °C, terwijl onze thermofielen het beste groeien bij 50 tot 60 °C. Cas9 uit Geobacillus bleek een bereik van 25 tot 65 °C te hebben.’

Ook GeoCas9 komt uit een Geobacillus-soort, namelijk G. stearothermophilus. Daarmee is dit voorlopig het enige thermofiele bacteriegeslacht waarvan bekend is dat het Cas9-eiwitten aanmaakt. In andere soorten vind je wel CRISPR-afweer­systemen, maar dan met Cas-varianten die zich minder goed lenen voor labora­torium­doeleinden.

‘Ik zie het niet als probleem, maar als synergie’

Doudna’s motivatie was echter anders, heeft Van der Oost begrepen. ‘Haar uitkomsten geven de burger moed: de reikwijdte van ThermoCas9 gaat verder dan het ‘engineeren’ van thermofiele organismes. In bepaalde humane samples, zoals bloedplasma, wordt SpyCas9 snel geïnactiveerd door proteases. ThermoCas9 blijft veel actiever. Eigenlijk is het dus een goed idee stabiel Cas9 te gebruiken om bloedcellen in plasma te editen. Zelf zijn we er inmiddels ook mee bezig, samen met het Hubrechtlab.’

Octrooi

Qua specificaties zit er veel overlap tussen ThermoCas9 en GeoCas9. Hun temperatuurbereik is ruwweg hetzelfde en allebei zijn ze duidelijk kleiner dan SpyCas9, dat uit 1.368 aminozuren bestaat; GeoCas9 heeft er 1.087, ThermoCas9 1.082. Dat is handig wanneer je de genetische code wilt inbouwen in een virus als drager, waarin de ruimte gewoonlijk zeer beperkt is.

Of een van de twee het gaat winnen, is nog niet te voorspellen, aldus Van der Oost. ‘Uiteraard hebben we octrooi aangevraagd, in 2015 al. De aanvragen zijn nog niet openbaar, maar ik hoop dat we Doudna wat dát betreft te snel af zijn geweest.’