20. november 2020

Anti-CRISPR'er baner vejen for fremtidige bioteknologiske landvindinger

Mikrobiologi

Anti-CRISPR-gener koder for proteiner, der hæmmer bakteriecellers forsvarsmekanismer mod virusangreb. En ny undersøgelse viser, at de vil kunne tjene som markører i opdagelsen af nye anti-forsvarssystemer med bioteknologisk potentiale.

Ligesom mennesket er bakterier konstant truet af vira. For at beskytte sig selv, har de udviklet et arsenal af antivirale forsvarsmekanismer, herunder CRISPR-Cas. CRISPR-Cas er et immunsystem, som ved hjælp af små molekylære ’sakse’ genkender og klipper virus-DNA i stykker. De senere år er disse højtspecialiserede ’gen-sakse’ blevet populære redskaber til genredigering, og deres revolutionerende opdagelse blev hædret med Nobelprisen i kemi i år.

I et internationalt samarbejde har forskere ved Biologisk Institut, Københavns Universitet, belyst den komplekse evolutionære kamp mellem CRISPR-Cas-systemet og de vira, de bekæmper. Resultaterne er for nylig blevet offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift, Nature Communications.

- "Vi opdagede 11 nye anti-CRISPR-proteinfamilier, som kan overvinde bakteriernes CRISPR-Cas immunforsvar ”, siger Rafael Pinilla-Redondo, der som nyudsprunget ph.d.-kandidat fra Københavns Universitet har et delt førsteforfatterskab på artiklen.

-”Dette er det højeste antal anti-CRISPR'er, der er blevet beskrevet i et enkelt studie, og det øger antallet af kendte type I anti-CRISPR'er med 45%”, fortsætter Saadlee Shehreen, den anden førsteforfatter og ph.d.-kandidat ved University of Otago.

CRISPR-teknologien forudsiges at have vidtrækkende bioteknologiske, molekylære og medicinske anvendelsesmuligheder, men det er i øjeblikket begrænset, hvilke muligheder man har for at regulere den.  Anti-CRISPR'er er særligt interessante, da de kan fungere som afbrydere for CRISPR-baserede teknologier.

Nok så interessant fandt forskerne, at generne, der koder for anti-CRISPR’erne, ikke er tilfældigt spredt over virus-genomet. I stedet er de placeret i nøje afgrænsede områder sammen med hæmmere af andre bakterielle forsvarsfunktioner.

- ”Det var fascinerende at finde ud af, at forskellige antiforsvarsgener har tendens til at organisere sig i klynger i virus-genomet. Dette minder om lokaliseringen af forsvarssystemer i bakterielle genomer, et fænomen, der er kendt som “defense island” (forsvarsøer), tilføjer professor Søren J. Sørensen, leder af sektionen for mikrobiologi ved Biologisk Institut, Københavns Universitet og fortsætter: ”Disse klynger af anti-forsvarsmekanismer er ikke blevet beskrevet før, og vi foreslår at benævne disse regioner ”anti-defense islands” (anti-forsvarsøer) ”.

Fænomenet med ”forsvarsøer" har tidligere gjort det muligt at søge efter nye forsvarssystemer ved at benytte kendte forsvarssystemer som guide.  Resultaterne i dette studie indikerer, at det samme princip kan gøre sig gældende ved opdagelsen af nye ​​anti-forsvarsmekanismer. Og det er nu forhåbningen, at man kan finde ukendte hæmmende mekanismer, der kan udnyttes til udviklingen af nye bioteknologiske metoder.

Projektet er støttet af: Innovationsfonden og Danmarks Frie Forskningsfond