29. juli 2020

Forskere kortlægger mekanismer i det største CRISPR-system

CRISPR

Det største og mest komplicerede CRISPR-system er blevet visualiseret af forskere fra Københavns Universitet i et nyt studie. Systemet har muligvis biomedicinsk og bioteknologisk potentiale, mener forskerne bag.

DNA.

Teknologien CRISPR kan bruges til at redigere i gener og revolutionerede forskningsverdenen, da metoden kom frem. Det er CRISPR-Cas9, som formentlig er det mest kendte CRISPR-system og populært bliver kaldt gensaksen.

Men det er blot ét ud af mange forskellige CRISPR-systemer. Nu har forskere fra Københavns Universitet (KU) kortlagt og analyseret den atomare struktur af et af de mest komplekse systemer set til dato.

“Vi har kortlagt det største og mest komplicerede CRISPR-Cas kompleks, der hidtil er set. Vi forstår nu, hvordan systemet fungerer på et molekylært niveau,” fortæller medforfatter Guillermo Montoya, professor ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research (NNF CPR), KU.

Forskerne har undersøgt et kompleks kaldet Cmr-β, som hører til subgruppen af såkaldte type III-B CRISPR-Cas-komplekser. De nye resultater er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Molecular Cell.

Kæmper mod bakteriofager

CRISPR er et system, som blandt andet findes i bakterier og er involveret i bakteriernes immunsystem. Det spiller en central rolle i den vedvarende kamp mod invaderende bakteriofager, en virus, der angriber bakterier.

I det nye studie har forskerne undersøgt Cmr’s rolle i immunsystemet og dykket ned i mekanismerne bag dets immunrespons mod bakteriofager, og hvordan det bliver reguleret.

“Vores resultater, som er lavet i samarbejde med She's gruppe på Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet, understreger de forskellige forsvarsstrategier, som type III komplekser har. Vi har også identificeret en unik subunit kaldet Cmr7, som ser ud til at styre kompleksets aktivitet, og vi mener, at det muligvis beskytter mod mulige virale anti-CRISPR-proteiner,” fortæller medforfatter Nicholas Heelund Sofos, postdoc ved NNF CPR.

Potentielle applikationer

Cmr-systemet, som forskerne har kortlagt i det nye studie, kan blandt andet fjerne enkeltstrenget RNA og DNA. Men det vil formentlig være meget svært at bruge til at redigere i gener ligesom CRISPR-Cas9.

Det er for stort og kompliceret. En forståelse for bakteriers immunforsvar kan dog i fremtiden vise sig at være vigtig og kunne bruges i kampen mod antibiotikaresistens.

“Dette kompleks spiller en vigtig rolle i kampen mellem bakterier og bakteriofager. Antibiotikaresistens kommer fra denne type kamp. Derfor kan vores resultater vise sig at være vigtig viden i forsøget på at bekæmpe antibiotikaresistens.”

“Komplekset kan også have terapeutisk potentiale. I fremtiden vil vi muligvis kunne bruge det til diagnostik eller et helbredsproblem, som vi endnu ikke har set. Nu er vores mål at lede efter en applikation til dette system,” siger Guillermo Montoya.

Forskerne har brugt den avancerede teknologi kryo-elektronmikroskopi – kaldet CryoEM - til at kortlægge systemet. Al forskningen og dataindsamlingen er udført på Københavns Universitet.

Studiet er blandt andet støttet af Novo Nordisk Fonden og Danmarks Frie Forskningsfond.

Læs hele studiet ”Structures of the Cmr-β Complex Reveal the Regulation of the Immunity Mechanism of Type III-B CRISPR-Cas” i Molecular Cell.

Kontakt

Professor Guillermo Montoya, +45 35330663, guillermo.montoya@cpr.ku.dk

Postdoc Nicholas Heelund Sofos, nicholas.sofos@cpr.ku.dk