Wetenschappers ontdekken de geheimen van SPARDA, een natuurlijk voorkomend bacterieel afweermechanisme dat een revolutie teweeg zou kunnen brengen in genetisch onderzoek en diagnostiek. Hoewel CRISPR het landschap van genbewerking heeft gedomineerd, vertegenwoordigt SPARDA een van de vele onontdekte systemen in de natuur met onbenut potentieel. Een nieuwe studie onthult hoe dit ‘kamikaze’-systeem op moleculair niveau werkt en deuren opent voor veelzijdiger biotech-instrumenten.
Bacteriële immuunsystemen: meer dan CRISPR
CRISPR is niet het enige spel in de stad. Bacteriën hebben een breed scala aan verdedigingssystemen ontwikkeld om zichzelf te beschermen tegen virussen (fagen) en vreemd DNA, zoals plasmiden. SPARDA (afkorting van prokaryotisch Argonaute, DNase geassocieerd) is zo’n systeem, bekend om zijn drastische aanpak: het vernietigen van geïnfecteerde cellen en het binnendringende genetische materiaal om verdere verspreiding te voorkomen. Vóór dit recente onderzoek werd SPARDA slechts in grote lijnen begrepen.
Hoe SPARDA werkt: moleculaire zelfopoffering
Onderzoekers gebruikten AI-eiwitanalyse (met name DeepMind’s AlphaFold) om de structuur van SPARDA-eiwitten in kaart te brengen. Het systeem is gebaseerd op Argonaute-eiwitten, genoemd naar hun gelijkenis met octopustentakels vanwege hun vorm. Deze eiwitten, die overal in het leven voorkomen, bevatten een cruciaal ‘activerend gebied’ dat de bèta-relay wordt genoemd.
Wanneer SPARDA een bedreiging detecteert, verandert het bèta-relais van vorm, waardoor het eiwit wordt geactiveerd. Geactiveerde eiwitten verzamelen zich vervolgens in spiraalvormige ketens die zonder onderscheid al het nabijgelegen DNA versnipperen, waardoor de gastheercel effectief wordt gedood maar de infectie wordt gestopt. Dit is een laatste wanhopige verdediging die alleen wordt ingezet als een infectie zeker is.
SPARDA versus CRISPR: een universele adapter
Het belangrijkste voordeel van SPARDA ligt in de flexibiliteit. Bestaande op CRISPR gebaseerde diagnostiek vereist specifieke DNA-sequenties (PAM-sequenties) om te kunnen functioneren, zoals een stekker een bijpassende socket nodig heeft. SPARDA heeft deze PAM-reeksen echter niet nodig.
Dit betekent dat SPARDA zou kunnen fungeren als een ‘universele adapter’ voor DNA-diagnostiek, waardoor tests nauwkeuriger en veelzijdiger worden. In plaats van beperkt te zijn tot doelwitten met specifieke flankerende sequenties, zou SPARDA zo kunnen worden ontworpen dat het met grotere betrouwbaarheid reageert op elk genetisch materiaal van belang, zoals griepvirussen of SARS-CoV-2.
Toekomstige implicaties
Het zeer nauwkeurige herkenningssysteem van SPARDA maakt het ideaal voor diagnostiek. Door de bèta-relais te veranderen, zouden wetenschappers hulpmiddelen kunnen creëren die alleen op specifieke genetische sequenties reageren, en zo een efficiënter en aanpasbaar alternatief bieden voor de huidige CRISPR-methoden. De ontdekking onderstreept het enorme potentieel dat verborgen ligt in bacteriële immuunsystemen, die wachten om te worden ontsloten voor toepassingen in de biotechnologie.
Dit onderzoek herinnert ons eraan dat de gereedschapskist van de natuur veel rijker is dan eerder werd gedacht. Het vermogen om deze onontgonnen systemen te benutten zou kunnen leiden tot doorbraken op het gebied van diagnostiek, genbewerking en nog veel meer.
