[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Met het geheugen van een bacterie de ontwikkeling van een tumor volgen

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Thu, 20 Feb 2020 08:13:34 +0000

[cid:image002.jpg@01D5E7CE.0616BB90]Met het geheugen van een bacterie de
ontwikkeling van een tumor volgen

Onderzoekers van de TU Delft hebben ontdekt hoe bepaalde eiwitten het geheugen
van een bacterie up-to-date houden. Voor een bacterie is dat essentieel, want
zijn geheugen beschermt hem tegen aanvallen van bacteriofagen, zijn natuurlijke
vijand. Maar ook voor mensen is het bacteriële geheugen interessant. Het
systeem kan namelijk worden omgebouwd tot 'DNA-recorder': een soort biologisch
logboek dat bijhoudt wat er in een cel gebeurt, en waarin je bijvoorbeeld kunt
teruglezen hoe een tumor zich in de loop der tijd heeft ontwikkeld. De eerste
versies van zo'n DNA-recorder zijn al gebouwd, maar zijn inefficiënt en werken
niet in menselijke cellen. De nieuwe fundamentele kennis over bacteriële
geheugenvorming die het Delftse onderzoek heeft opgeleverd, kan worden gebruikt
om de volgende generatie DNA-recorders te ontwikkelen. De bevindingen zijn in
Nature gepubliceerd<https://www.nature.com/articles/s41586-020-2018-1>.

Ondanks het feit dat onderzoekers van over de hele wereld CRISPR-Cas9 gebruiken
voor gene editing, zijn er nog veel open vragen over de precieze werking van
CRISPR-systemen en de daarbij betrokken eiwitten. Dat komt doordat CRISRP-Cas9
niet een door de mens ontwikkeld moleculair gereedschap is, maar een biologisch
afweermechanisme dat bacteriën beschermt tegen hun aartsvijanden:
bacteriofagen, de virussen van bacteriën.

Geheugen
Op het moment dat bacteriofagen in de natuur een bacterie tegenkomen, klampen
ze zich eraan vast en injecteren ze hun DNA in de cel. Daarna begint een race
tegen de klok. Als een bacterie het vijandige DNA niet op tijd herkent en
onschadelijk maakt, kaapt de bacteriofaag de cel en gebruikt hij de bacterie om
zichzelf te kopiëren, net zo vaak totdat de bacterie uiteen spat. De nieuwe,
vrijgekomen bacteriofagen gaan vervolgens op zoek gaan naar een volgend
slachtoffer.

Om vijandig DNA op tijd te herkennen, vertrouwt een bacterie op zijn geheugen.
Bepaalde Cas-eiwitten hebben als taak om stukjes van het vijandige DNA op te
slaan in het genoom van de bacterie. "Dit gebeurt op een plek die de
'CRISPR-array' wordt genoemd", vertelt groepsleider Chirlmin Joo van de TU
Delft. De CRISPR-array is een soort logboek waarin beschreven staat welke
vijand de bacterie heeft aangevallen, in de vorm van stukjes vijandig DNA
gescheiden door een terugkerende reeks nucleotiden. Op het moment dat een
bacterie een DNA-fragment van een bacteriofaag in zijn geheugen heeft staan,
stelt dat hem in staat om bacteriofagen-DNA bij de volgende aanval snel te
herkennen en onschadelijk te maken.

Omzeilen
"Het probleem voor een bacterie is dat bacteriofagen continu evolueren, en op
die manier het immuunsysteem van een bacterie omzeilen", zegt Joo. "Het is voor
een bacterie dus zaak dat hij zijn geheugen blijft verversen." Bij dit proces
zijn twee samenwerkende eiwitten betrokken: Cas1 en Cas2. Dit eiwitcomplex
knipt stukjes van het bacteriofagen-DNA in de juiste maat, zodat de genetische
informatie in het geheugen van de bacterie, de CRISPR-array, kan worden
opgeslagen.

De Delftse onderzoekers hebben nu ontdekt hoe de eiwitten dat doen, en er
blijkt meer voor nodig te zijn dan alleen de twee Cas-eiwitten. De onderzoekers
hebben onder meer ontdekt dat bij dit proces een enzym komt kijken dat ook bij
een ander cellulair processen een belangrijke rol speelt: DNA-polymerase III,
dat bekend is vanwege zijn rol bij DNA-replicatie, het kopiëren van DNA.
"DNA-polymerase heeft een soort backspace-functie voor als het bij het kopiëren
van DNA een foutje maakt", legt Joo uit. "Wij hebben ontdekt dat het die
functie ook gebruikt om fragmenten vijandig DNA op maat te snijden, zodat het
kan worden opgenomen in de CRISPR-array."

Naast de ontdekking dat DNA-polymerase een sleutelrol speelt bij de
geheugenvorming in bacteriën, hebben de onderzoekers ook achterhaald waar een
stukje vijandig DNA aan moet voldoen zodat de Cas-eiwitten ermee uit de voeten
kunnen, en op welke manier de eiwitten het DNA bewerken en inbouwen in het
geheugen.

Biologisch logboek
Deze nieuwe fundamentele kennis over de geheugenvorming in bacteriën is
belangrijk voor de verdere ontwikkeling van een nieuwe techniek die 'DNA
recording' heet. "De afgelopen jaren hebben meerdere onderzoeksgroepen laten
zien dat het mogelijk is om op basis van deze systemen een soort biologisch
logboek te bouwen", vertelt onderzoeksleider Sungchul Kim.

Het idee is dat je met een dergelijk systeem informatie over processen die in
de cel plaatsvinden kunt opslaan in het DNA van die cel. En omdat Cas1 en Cas2
informatie in chronologische volgorde opslaan, kun je, als je na verloop wat
cellen uit de tumor haalt, precies teruglezen hoe de tumor zich heeft
ontwikkeld. Artsen kunnen deze waardevolle diagnostische gegevens vervolgens
gebruiken om een op maat gemaakt behandelplan te schrijven.

Op dit moment staat DNA recording nog in de kinderschoenen. "Er zijn al wel
eenvoudige systemen ontwikkeld, maar die zijn niet efficiënt en kunnen
bijvoorbeeld niet meerdere processen tegelijkertijd volgen", aldus Kim. Het is
bovendien nog niet gelukt om dit soort recorders in menselijke cellen aan de
praat te krijgen. "Maar doordat we nu weten hoe Cas1 en Cas2 werken, hebben we
de informatie die we nodig hebben om te begrijpen waar het mis ging", vervolgt
Kim. "Dat stelt ons in staat om efficiëntere DNA-recorders te ontwerpen die ook
in menselijke cellen werken."

***

Meer informatie:

Paper Nature<https://www.nature.com/articles/s41586-020-2018-1>
Wetenschappelijke animatie van de
bevindingen<https://www.youtube.com/watch?v=wYvXkTPZIA4>

Contact:

Dr. Chirlmin Joo
C.Joo@xxxxxxxxxx<mailto:C.Joo@xxxxxxxxxx>
Tel: 015 27 83220

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
Tel: 06 42 71 72 27

U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
http://platformwetenschapscommunicatie.nl/
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Met het geheugen van een bacterie de ontwikkeling van een tumor volgen

Other related posts: