Was kann die Genschere CRISPR/Cas9?

DNA Darstellung.
DNA Darstellung.

Die Genschere CRISPR/Cas9 ist ein neues Werkzeug zur Bearbeitung des Genoms.

Sie ist schneller, billiger und präziser als bisher bekannte Techniken der DNA-Bearbeitung. CRISPR/Cas9 bietet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Sie ist derzeit die einfachste, vielseitigste und präziseste Methode der Genmanipulation und sorgt damit für viel Aufsehen in der Welt der Wissenschaft.

Was ist CRISPR/Cas9?
CRISPR/Cas9 ist eine neuartige Technologie, die es Genetikern und medizinischen Forschern ermöglicht, Teile des Genoms zu bearbeiten, indem Teile der DNA-Sequenz entfernt, hinzugefügt oder verändert werden.

Wie funktioniert die Genschere?
Das CRISPR-Cas9-System besteht aus zwei Schlüsselmolekülen, die eine Veränderung in die DNA einführen.
1. Ein Enzym, als Cas9 bezeichnet, fungiert als ein Paar molekularer Scheren, welche die beiden DNA-Stränge an einer bestimmten Stelle im Genom durchtrennen können. Somit können DNA-Stücke hinzugefügt oder entfernt werden.
2. Die Guide RNA (gRNA) besteht aus einem kleinen Stück vorgefertigter RNA-Sequenz (ca. 20 Basen lang), die sich in einem längeren RNA-Gerüst befindet. Dieser Teil bindet an die DNA und die vordefinierte Sequenz führt Cas9 an die richtige Position des Genoms. So wird sichergestellt, dass das Cas9-Enzym an der richtigen Stelle im Genom zum Einsatz kommt.

Die Guide RNA wurde entwickelt, um eine bestimmte Sequenz in der DNA zu finden und zu binden. Die Guide RNA hat RNA-Basen, die zu denen der Ziel-DNA-Sequenz im Genom komplementär sind. Dies bedeutet, dass sich die Guide-RNA nur an die Zielsequenz und nicht an andere Regionen des Genoms bindet. Das Cas9 folgt der Guide RNA und macht einen Schnitt über beide Stränge der DNA. Wissenschaftler können die neue Genschere nutzen, um gezielte Veränderungen im Genom einer Zelle vorzunehmen.

Wie wurde die neue Genschere entwickelt?
Einige Bakterien besitzen ein ähnliches System zur Genmanipulation wie das CRISPR/Cas9-System. Mit CRISPR schneiden die Bakterien Teile der Virus-DNA aus und behalten ein wenig davon, um sie beim nächsten Angriff gegen das Virus zu erkennen und zu verteidigen. Wissenschaftler haben dieses System so angepasst, dass es in anderen Zellen von Tieren, einschließlich Mäusen und Menschen, verwendet werden kann.

Welche anderen Techniken gibt es, um Gene zu verändern?
Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler unzählige Untersuchungen der Auswirkungen von Veränderungen in der DNA durchgeführt. Durch die Erzeugung einer Veränderung in einem Gen, entweder in einer Zelllinie oder in einem ganzen Organismus, ist es möglich, die Wirkung dieser Veränderung zu untersuchen, um zu verstehen, was die Funktion dieses Gens ist.

Lange Zeit benutzten Genetiker Chemikalien oder Strahlung, um Mutationen auszulösen. Sie hatten damit jedoch keine Möglichkeit zu kontrollieren, wo im Genom die Mutation stattfinden würde. Seit einigen Jahren nutzen Wissenschaftler das Gen-Targeting, um Veränderungen an bestimmten Stellen im Genom einzuführen, indem sie entweder ganze Gene oder einzelne Basen entfernen oder hinzufügen. Traditionelles Gen-Targeting war für die Erforschung von Genen und Genetik sehr wertvoll. Es nimmt jedoch viel Zeit in Anspruch, bis eine Mutation entsteht und ist ziemlich teuer. Das CRISPR/Cas9-System zeichnet sich derzeit als das schnellste, billigste und zuverlässigste System für die Bearbeitung von Genen aus.

Was sind die Anwendungen und Implikationen?
Die Genschere CRISPR/Cas9 besitzt großes Potenzial als Werkzeug zur Behandlung einer Reihe von Krankheiten, die eine genetische Komponente haben, einschließlich Krebs, Hepatitis B und hohe Cholesterinspiegel. Viele der vorgeschlagenen Anwendungen beinhalten die Bearbeitung der Genome von somatischen, nicht-reproduzierenden, Zellen. Es besteht jedoch viel Interesse und Diskussion über das Potenzial, mit der Genschere auch reproduktive Zellen zu bearbeiten. Da alle Veränderungen, die in Stammzellen vorgenommen werden, von Generation zu Generation weitergegeben werden, hat dies wichtige ethische Implikationen.

Im Gegensatz dazu ist der Einsatz der Genschere CRISPR/Cas9 und anderen Genverarbeitungstechnologien in somatischen Zellen unumstritten. Tatsächlich wurde sie bereits bei einer kleinen Zahl von außergewöhnlichen und/oder lebensbedrohlichen Fällen zur Behandlung von Krankheiten des Menschen eingesetzt.

Es dürfte noch viele Jahre dauern, bis CRISPR/Cas9 routinemäßig beim Menschen eingesetzt wird.
Ein Großteil der Forschung konzentriert sich nach wie vor auf die Verwendung in Tiermodellen oder isolierten menschlichen Zellen, mit dem Ziel, die Technologie schließlich zur routinemäßigen Behandlung von Krankheiten beim Menschen einzusetzen.