Het bewerken van afzonderlijke 'letters' van DNA beheersen wetenschappers al. Veel moeilijker is het om in één keer een groot stuk van een gen te vervangen — vooral zonder een dubbelstrengsbreuk in het DNA.
Een nieuw artikel in het tijdschrift Nature beschrijft prime assembly (рrime assembly) — een methode die de mogelijkheden van prime-editing verruimt en het mogelijk maakt om DNA-fragmenten van enkele duizenden nucleotiden in te bouwen op bepaalde plaatsen in het genoom.
Het systeem creëert op beide DNA-strengen korte enkelstrengs 3′-‘staarten’. Deze worden zo gekozen dat ze overeenkomen met de uiteinden van het donorfragment. Daarna bouwen en verbinden de cellulaire mechanismen het molecuul zelf verder af.
In principe lijkt dit op Gibson-assemblage — een manier om DNA-fragmenten in een reageerbuis aan elkaar te verbinden. Alleen vindt een dergelijke assemblage hier rechtstreeks in een levende cel plaats.
In een van de experimenten werkten de onderzoekers met het gen TINF2, waarvan mutaties verband houden met ernstige stoornissen in het onderhoud van telomeren. Zij vervingen een stuk van 106 nucleotiden en behielden daarbij de aminozuursequentie van het eiwit. In K562-cellen bereikte de bewerkingsefficiëntie 33,1%.
De auteurs toonden ook de integratie aan van donorsequenties tot 12,1 kilobasen en de mogelijkheid van grote herschikkingen van het bestaande genoom tot op megabasisschaal.
Bijzonder belangrijk is dat prime assembly niet alleen werkte in laboratoriumcellijnen, maar ook in primaire humane CD34+ hematopoëtische cellen en T-lymfocyten, waaronder niet-delende cellen. De efficiëntie is daar voorlopig aanzienlijk lager, maar het feit alleen al dat een dergelijke bewerking mogelijk is, verruimt het potentiële toepassingsgebied van de methode.
Ook het idee van een therapie die niet afhankelijk is van een specifieke mutatie is interessant. In plaats van voor elke mutatie een afzonderlijk instrument te maken, kan men proberen een heel problematisch stuk van een gen in één keer te vervangen of te hercoderen.
Dat wil zeggen dat het principe kan veranderen: één mutatie → één correctie per gengebied → één universele constructie.
Voorlopig blijft prime assembly een experimentele technologie. Zij moet nog efficiënter worden gemaakt in therapeutisch belangrijke cellen en de opgave van de toediening van de componenten rechtstreeks in het organisme moet nog worden opgelost.
Maar het concept zelf toont een belangrijke verschuiving in de genetische engineering: het bewerken van het genoom gaat geleidelijk over van het knippen in DNA naar het programmeerbaar samenstellen ervan binnen de cel.
