Een paar jaar geleden betekende de komst van CRISPR-technologie een grote doorbraak in de wetenschap. CRISPR is afgeleid van een onderdeel van het bacteriële immuunsysteem en is in staat dubbelstrengig DNA nauwkeurig te knippen, waardoor wetenschappers specifieke genen in planten, dieren en mensen kunnen modificeren. Deze precisie maakt CRISPR tot een toonaangevend hulpmiddel voor de ontwikkeling van behandelingen voor genetische en verworven ziekten.
Het werk toont het splitsingsproces van verschillende enkelstrengige DNA-sequenties door verschillende bacteriële homologen in de nieuwe Ssn-enzymfamilie. Fotocredit: Ella Maru Studio
Onlangs hebben professor Frédéric Veyrier en zijn team van het Franse Nationale Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek (INRS) een nieuw genetisch hulpmiddel ontwikkeld op basis van de Ssn-enzymfamilie. In tegenstelling tot CRISPR richt en knipt deze tool slechts enkele DNA-strengen, waardoor genbewerking naar een nieuw niveau van specificiteit wordt gebracht. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. Deze grote doorbraak onthult een belangrijk genetisch mechanisme dat een revolutie teweeg zou kunnen brengen in talloze biotechnologische toepassingen.
Enkelstrengs DNA komt minder vaak voor dan dubbelstrengs DNA. Het wordt vaak aangetroffen in bepaalde virussen en speelt een sleutelrol bij bepaalde biologische processen, zoals celreplicatie of reparatie. Enkelstrengs DNA wordt ook in veel technologieën gebruikt (sequencing, genbewerking, moleculaire diagnostiek, nanotechnologie).
Tot op heden zijn er geen endonucleasen (enzymen die DNA knippen) beschreven die zich specifiek richten op enkelstrengige DNA-sequenties, wat een obstakel vormt voor de ontwikkeling van technologieën die op dergelijk DNA zijn gebaseerd.
Nu heeft het team van professor Veyrier voor het eerst in het laboratorium een familie van enzymen ontdekt die in staat zijn specifieke sequenties in enkelstrengs DNA te knippen: de Ssn-endonucleasefamilie.
Om dit doel te bereiken identificeerde het onderzoeksteam van het INRS Armand-Frappilsant Biotechnology Research Center eerst een nieuwe familie van endonucleasen genaamd Ssn in de GIY-YIG-superfamilie. Meer specifiek richtten de onderzoekers zich op een enzym in de bacterie Neisseria meningitidis, ook wel meningokokken genoemd. Het enzym waarop deze studie zich richt, is van cruciaal belang voor de uitwisseling en verandering van genetisch materiaal dat de evolutie van organismen beïnvloedt.
"Tijdens ons onderzoek ontdekten we dat het een specifieke sequentie herkent die meerdere keren voorkomt in bacteriële genomen en een sleutelrol speelt in de natuurlijke transformatie van bacteriën. Deze interactie heeft rechtstreeks invloed op de dynamiek van bacteriële genomen", legt professor Veyrier uit, een expert in genomische bacteriologie en evolutie.
Naast deze fundamentele ontdekking hebben INRS-onderzoekers duizenden andere soortgelijke enzymen ontdekt. "We hebben laten zien dat ze in staat zijn hun eigen enkelstrengige DNA-sequentie te herkennen en specifiek te splitsen. Duizenden enzymen hebben deze eigenschap dus, en elk heeft zijn eigen specificiteit", voegde Alex Rivera-Millot toe, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van professor Veyrier en co-eerste auteur van de studie.
Deze resultaten vertegenwoordigen een nieuw instrument voor DNA-herkenning en -uitwisseling en zijn van groot belang. Ze maken de weg vrij voor veel nieuwe toepassingen in de biologie en geneeskunde. Enerzijds zou het begrijpen van dit mechanisme kunnen leiden tot een betere controle van relevante bacteriën en de daarmee samenhangende infecties.
Aan de andere kant heeft de ontdekking van enkelstrengige DNA-specifieke enzymen het mogelijk gemaakt om preciezere en efficiëntere genetische manipulatie-instrumenten te ontwikkelen. Dit zou de methoden voor genbewerking, DNA-testen en moleculaire diagnostiek kunnen verbeteren. Deze enzymen kunnen ook worden gebruikt voor DNA-detectie en -manipulatie in een verscheidenheid aan medische en industriële toepassingen, zoals de detectie van pathogenen of genetische manipulatie voor medische en therapeutische doeleinden.
Al deze mogelijkheden zijn veelbelovend voor het oplossen van veel gezondheidsproblemen. Momenteel zijn er patentaanvragen ingediend voor de resultaten van dit onderzoek.
Samengesteld vanaf /scitechdaily.com