Wageningse onderzoekers ontdekken hittebestendig eiwit in dampende composthoop

Persbericht

Wageningse onderzoekers ontdekken hittebestendig eiwit in dampende composthoop

Gepubliceerd op
23 november 2017

Een eiwit dat inzetbaar is voor de productie van bioplastics en bestand is tegen hitte. Dat was er niet. Totdat Wageningse onderzoekers van het Laboratorium voor Microbiologie zo’n eiwit ontdekten in een bacterie uit een walmende composthoop in Ede. Deze nieuwe, thermostabiele variant is van een eiwit dat belangrijke toepassingen heeft in de biotechnologie en mogelijk ook in de medische wereld.

De ontdekte eiwit-variant heet ThermoCas9. ‘Thermo’ vanwege de temperatuurbestendigheid en ‘Cas9’ naar het bacteriële SpCas9-eiwit dat recent de biotechnologie op zijn kop zette door ‘CRISPR-Cas genome editing’, waarbij stukken DNA heel specifiek kunnen worden veranderd. Het onderzoek werd uitgevoerd in het laboratorium van prof. John van der Oost en onderzoekers Ioannis Mougiakos, Prarthana Mohanraju en Elleke Bosma.

Cas9-eiwitten zijn onderdeel van het zogenaamde CRISPR-Cas-immuunsysteem dat aanwezig is in veel bacteriën. Dit systeem is vooral bekend geworden omdat het geïsoleerde Cas9-eiwit ervan gebruikt kan worden voor het aanpassen van het DNA in allerlei soorten cellen: bacteriën, planten, dierlijke en menselijke cellen. In bacteriën bijvoorbeeld worden Cas9-varianten al veel gebruikt om het DNA te veranderen om zo de stofwisseling van de bacterie aan te passen en ervoor te zorgen dat hij meer produceert van een biotechnologisch interessant product zoals bioplastics.

Genetische ziektes genezen

In menselijke cellen kan het doelgericht veranderen van het DNA door Cas9 in de toekomst mogelijk worden gebruikt om genetische ziekten te genezen. Hoewel van het momenteel gebruikte SpCas9-eiwit goed begrepen wordt hoe het werkt en het daardoor veel gebruikt wordt, zijn er veel toepassingen waarvoor het ongeschikt is doordat het bijvoorbeeld niet stabiel is onder sub-optimale omstandigheden, zoals een verhoogde temperatuur. Er was geen enkele Cas9-variant bekend die dan wel stabiel is, en in thermofiele bacteriën (bacteriën die groeien bij hoge temperaturen, boven de 50°C) was tot nu toe nooit een Cas9-variant gevonden.

Bioplastics

Dat veranderde toen de Wageningse onderzoekers een thermofiele bacterie isoleerden uit een dampende composthoop in Ede, en in deze bacterie een Cas9-variant ontdekten: ThermoCas9. De onderzoekers hebben het eiwit uit de bacterie geïsoleerd en de kenmerken ervan onderzocht. Zo ontdekten ze dat het eiwit blijft werken in een zeer breed temperatuurbereik: van 20 tot 70°C. Dit is in tegenstelling tot het bekende SpCas9 eiwit, dat slechts werkt tussen 25 en 44°C. Hierdoor kan ThermoCas9 worden gebruikt in bijvoorbeeld thermofiele bacteriën, die zich thuis voelen bij hoge temperaturen. Deze bacteriën hebben veel potentie voor de biotechnologie, zoals voor het goedkoper produceren van bioplastics op hoge temperatuur.

Stabiel in menselijk bloedplasma

Tot nu toe was het erg moeilijk om het DNA van deze thermofiele bacteriën aan te passen, waardoor ze niet voor dit soort productiedoeleinden geschikt konden worden gemaakt. De onderzoekers hebben nu het nieuw ontdekte ThermoCas9-eiwit succesvol gebruikt om het DNA van zo’n thermofiele bacterie aan te passen, waardoor er nieuwe biotechnologische mogelijkheden ontstaan. Het nieuwe, stabielere, eiwit kan mogelijk ook worden gebruikt onder andere condities waar een verhoogde eiwitstabiliteit cruciaal is, zoals in menselijk bloedplasma, wat nieuwe mogelijkheden geeft voor geneeskundige toepassingen. De ontdekking van dit nieuwe, thermostabiele, Cas9-eiwit uit een composthoop-bacterie is een doorbraak die veel nieuwe mogelijkheden en toepassingen in de biotechnologie en medische wetenschap oplevert.