Undersökning av hur virusresistens skapas i immunsystemet CRISPR-Cas

Tidsperiod:

1 januari 2017 – 31 december 2020

Projektledare:

Magnus Lundgren

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

2 900 000 SEK

Vi råkar alla ut för virus, som orsakar alltifrån förkylningar till allvarligare sjukdomar. Virus drabbar de flesta organismer på jorden, även mikroskopiska organismer som bakterier. I en enda droppe havsvatten finns det miljontals virus, men de flesta angriper bara de bakterier som också finns i vattnet. Alla organismer har utvecklat försvar mot virus, och immunsystemen kan delas upp i två större grupper. Den ena innehåller så kallade ospecifika försvar, de är snabba men virus som inte känns igen kan ostört orsaka infektion. Den andra gruppen är de adaptiva försvaren, som kan lära sig känna igen och angripa nya virus. När vi vaccineras så är det ett sätt att träna det adaptiva skyddet så att vi känner igen viruset innan vi drabbas av dem. Vårt eget adaptiva immunsystem (som bara finns hos ryggradsdjur) är komplext och involverar flera sorters celler och tillverkning av nya antikroppar. Det var därför en överraskning när det 2007 upptäcktes att många mikroorganismer också har ett adaptivt immunsystem, kallat CRISPR-Cas, och som dessutom i många avseende är enklare och elegantare än vårt eget.Bakteriernas virusförsvar utgörs, till skillnad från vårt eget adaptiva immunsystem, av bara några få gener, gemensamt kallade cas-gener, och en bit ovanligt DNA. Detta DNA kallas CRISPR (en förkortning för Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) och utgör en liten bit av cellens arvsmassa. CRISPR är ett molekylärt kartotek som innehåller korta bitar virus-DNA. Cellen kan använda RNA-kopior av CRISPR för att styra Cas-proteiner så de kan hitta och förstöra DNA eller RNA från virus, och på så sätt rädda cellen. Genom att lägga till en bit DNA från ett nytt virus i kartoteket kan cellen bli immun mot det nya viruset.Den grundforskning som bedrivits på CRISPR-Cas har också haft en bred påverkan inom forskning, medicin och bioteknik genom att nya genetiska verktyg har utvecklats baserat på systemet. Tack vare CRISPR–Cas utvecklas nu till exempel läkemedel som kan bota eller lindra ärftliga sjukdomar, myggor som inte kan sprida malaria och grisar som kan användas för organdonation.De projekt som föreslås här är inriktade att förstår hur cellen skapar ny immunitet. Vi kan mycket lite om hur cellen sparar nya bitar av virus-DNA i CRISPR, trots att det är en viktig process. Vi vet att två Cas-proteiner, Cas1 och Cas2, är inblandade men även ett antal av cellens andra gener förväntas spela viktiga roller. I projektet kommer vi att leta efter dessa gener och studera vad de gör, vilket ger oss en bättre förståelse för hur immunsystemet fungerar och hur det kan användas. Vi avser även att utveckla ett nytt genetiskt verktyg för att kunna se precis när en cell skapar ny immunitet. Verktyget är baserat på att placera en gen för ett självlysande protein bredvid CRISPR, men genen kan inte läsas på rätt sätt förrän ny immunitet skapas, men när det sker blir cellen självlysande. Med hjälp av verktyget kan vi se precis när, hur ofta och under vilka förutsättningar som immunitet skapas vilket ger oss helt nya förutsättningar att studera processen.Forskningsprojektet kommer att ge oss en bättre bild av hur detta eleganta immunsystem fungerar och det komplexa samspelet mellan virus och mikroorganismer, som hela tiden påverkar våra ekosystem och evolutionen av liv på jorden. En full förståelse för systemet kan också göra det möjligt att flytta hela systemet till nya organismer, även djur och växter, som behöver skyddas från virus och andra genetiska parasiter.