Delftse test maakt detectie van genetisch materiaal met het blote oog zichtbaar
Onderzoekers van de TU Delft hebben een test ontwikkeld waarmee ze specifieke
stukjes genetisch materiaal kunnen opsporen, waarna de uitslag met het blote
oog af te lezen is. Met de test kunnen onder meer virussen, zoals het
coronavirus, en antibioticaresistente bacteriën snel en goedkoop worden
gedetecteerd. De resultaten zijn gepubliceerd in Biophysical Journal.
De nieuwe Delftse methode is deels gebaseerd op eiwitten uit het
CRISPR-Cas-systeem, het moleculaire schaartje dat bekendheid verwierf als
revolutionaire genbewerkingsmethode. Vorig jaar, in 2020, ontvingen de
ontwikkelaars van de gene editing tool de Nobelprijs voor Scheikunde.
In plaats van het Cas9-eiwit, dat voor genbewerking meestal als werkpaard
dient, gebruiken de Delftse onderzoekers twee andere Cas-eiwitten: Cas12a en
Cas13a. "Deze eiwitten zijn een paar jaar geleden ontdekt en hebben een
bijzondere eigenschap", vertelt onderzoeker Kasper Spoelstra. "Op het moment
dat ze een stukje genetisch materiaal (DNA of RNA) vinden waar ze naar op zoek
zijn, knippen ze namelijk ál het aanwezige DNA of RNA aan stukken."
Druppeltjes
Om de activiteit van de overijverige CRISPR-eiwitten met het blote oog uit te
lezen, maakt de test gebruik van een natuurkundig fenomeen dat Liquid-Liquid
Phase Separation (LLPS) heet. "Je kunt LLPS vergelijken met wat er gebeurt als
je olie en water mengt en goed schudt", zegt Spoelstra. De olie vormt dan
vloeibare druppeltjes die gescheiden blijven van het water. "Voor onze methode
maken we gebruik van positief geladen moleculen. Als je dit soort moleculen
toevoegt aan een monster waarin lange strengen DNA of RNA zitten, treedt er een
fasescheiding op. Dat komt doordat DNA en RNA van nature negatief geladen zijn.
De positief geladen moleculen en het DNA of RNA zoeken elkaar dus op."
De 'druppeltjes' die daardoor ontstaan verstrooien licht anders dan water,
waardoor het monster troebel wordt. De crux is hierbij dat alléén heel lang DNA
en RNA druppeltjes vormt met de positief geladen moleculen. Korte stukjes DNA
en RNA blijven gewoon in de oplossing. "Als de Cas-eiwitten het genetisch
materiaal waar ze naar op zoek zijn vinden en al het aanwezige DNA of RNA kapot
knippen, ontstaan in die oplossing geen druppeltjes", legt Spoelstra uit. "Het
gevolg is dat de vloeistof helder blijft. Een troebel monster betekent dus dat
de Cas-eiwitten niets gevonden hebben, en dat de test negatief is. Blijft de
vloeistof helder? Dan is de test positief. De uitslag is na ongeveer een uur
bekend.
Hoofdprijs
De ontwikkeling van de nieuwe methode begon in 2017 bij het iGEM-team van de TU
Delft. iGEM is een jaarlijkse wedstrijd voor synthetische biologie, waarin
studententeams van over de hele wereld oplossingen bedenken voor actuele
vraagstukken. Daarbij strijden ze om verschillende prijzen. Het Delftse team
van 2017 stelde een methode voor om antibioticaresistente genen in melkvee te
detecteren, gebaseerd op dezelfde principes als waar deze nieuwe test op
berust. Het Delftse team won er de hoofdprijs van de internationale competitie
voor, plus nog acht andere prijzen. Spoelstra werkte het iGEM-idee als student
en PhD-onderzoeker verder uit onder begeleiding van Louis Reese, en in
samenwerking met nog andere TU Delft-onderzoekers.
De methode heeft zijn experimentele vuurdoop al gehad: het lukte om er stukjes
test-DNA mee te detecteren. "Het is ook een methode waarvoor maar weinig
chemicaliën nodig zijn, wat het goedkoop en duurzaam maakt", aldus Spoelstra.
"Verder zijn er geen grote, hightech apparaten voor nodig, dus je zou de test
heel eenvoudig buiten het lab kunnen uitvoeren. Alleen moet je natuurlijk wel
vooraf weten waar je naar op zoek gaat." De test kan heel breed worden ingezet:
naast het coronavirus en antibioticaresistentie zou je er bijvoorbeeld ook
verschillende varianten van de ziekte van Lyme mee kunnen detecteren. Of
tropische ziekten, zoals malaria of dengue. De TU Delft heeft een patent op de
methode aangevraagd en
gekregen<https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/060382561/publication/WO2019078722A1?q=pn%3DWO2019078722A1>.
***
Paper
'CRISPR-based DNA and RNA detection with liquid-liquid phase separation', W.K.
Spoelstra, J.M Jacques, R. Gonzalez-Linares, F.L.Nobrega, A.C.Haagsma, M.
Dogterom, D.H. Meijer, T.Idema, S.J.J. Brouns, L. Reese, Biophysical Journal
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0006349521001508
Contact
Kasper Spoelstra
W.K.Spoelstra@xxxxxxxxxx<mailto:W.K.Spoelstra@xxxxxxxxxx>
06 - 37 19 52 30
Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 - 42 71 72 27
