Zonder het Cas4-eiwit selecteren bacteriën de verkeerde fragmenten uit bacteriofagen-DNA en werkt hun CRISPR-Cas-afweersysteem niet meer. In Cell Reports onthulden Stan Brouns en collega’s van de TU Delft zojuist de rol van dit tot nu toe onbegrepen eiwit dat in ongeveer de helft van alle bekende CRISPR-Casvarianten voorkomt.

Dat CRISPR-Cas is van origine een wapen tegen die fagen, virussen die hun eigen DNA de bacterie in pompen in de hoop dat die het afleest en nieuwe fagen produceert. Door dit inkomende DNA te herkennen en meteen kapot te knippen, kan de bacterie zich deze moeite besparen.

Het ziet er nu naar uit dat Cas4 daarbij zoekt naar zogeheten protospacer adjacent motifs (PAM’s), vaste sequenties van twee tot zes basenparen. Vervolgens werkt het samen met Cas1 en Cas2, waarvan al langer bekend is dat ze stukken uit het fagen-DNA knippen die vlak naast zo’n PAM zitten. Die stukken monteren ze vervolgens in CRISPR, een kunstmatige sequentie die het geheugen van het systeem vormt. De PAM plakken ze er echter niet bij.

Wanneer de volgende faag het probeert, komt Cas9 of een aanverwant ‘knipeiwit’ in actie. Het speurt naar sequenties die eerder in CRISPR zijn opgeslagen en waar bovendien een PAM-sequentie naast zit. Alleen daar zet het een knip. Het voorkomt dat andere exemplaren van de CRISPR-bibliotheek per abuis worden aangezien voor fagen-DNA en dan zélf worden verknipt.

Brouns en collega’s demonstreerden het door de genen voor Cas1, 2 en/of 4 over te zetten van Synechocystis sp.6803 naar E. coli. Met zijn drieën bouwen ze een werkend CRISPR-Cassysteem op. Laat je Cas1 of Cas2 weg, dan wordt geen CRISPR-geheugen gevormd. Laat je alleen Cas4 weg, dan ontstaat het wel maar werkt het niet: Cas1 en Cas2 gaan dan willekeurige stukken uit het fagen-DNA halen, zonder PAM-spacer er naast.

Hoe dit op moleculaire schaal precies functioneert, is onderwerp van verder onderzoek.

bron: TU Delft