Grafik © colourbox.de
BeitragBeitrag
So genau wie Crispr/Cas9 hat bisher keine Genschere funktioniert.
Crispr / Cas9
Mit "Copy and Paste" im Erbgut redigieren
Crispr / Cas9 schaltet Gene aus, verändert oder ersetzt sie durch andere. Jedes Genom kann mit dieser Genschere überarbeitet werden, auch die menschliche Keimbahn.
Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna haben als erste gezeigt, dass man die von Bakterien zur Phagenabwehr entwickelte Genschere Crispr / Cas9 dazu benutzen kann, jede beliebige DNA-Sequenz anzusteuern und zu zerschneiden. Programmiert und dirigiert wird die Genschere über eine Führungs-RNA. Die Genschere gehört zum bakteriellen Immunsystem. Bakterien und Archebakterien wehren sich damit gegen Bakteriophagen. Das sind Viren, die sich auf Bakterien spezialisiert haben. Falls die Bakterien ihre erste Begegnung mit einem Bakteriophagen überleben, bauen sie ein kurzes Stück seiner DNA in ihr Erbgut ein, quasi als molekulares Erinnerungsfoto an den unterlegenen Feind.

Die Stelle im Erbgut, wo sie diese Trophäen hinterlegen, heißt Crispr-Locus für "clustered regulatory interspaced short palindromic repeats". Jeder dort hinterlegte DNA-Schnipsel ist zum Abschuss freigegeben, falls sich der dazugehörige Phage noch einmal zeigt. Das Bakterium sucht deshalb ständig nach den im Crispr-Locus hinterlegten Bedrohungen. Dazu werden die aneinandergereihten DNA-Schnipsel in eine Ribonukleinsäure übersetzt, die dann in viele kleine Fragmente zerschnitten wird. Emmanuelle Charpentier beschrieb bereits 2011 die beiden Komponenten des Crispr / Cas9 Systems im Bakterium Streptococcus pyogenes und zeigte, dass das System wie ein Präzisionsskalpell arbeitet.

Wie findet die Genschere die richtige Stelle?
Auf der Suche nach der komplementären DNA gleitet der Komplex aus Cas9 und der Führungs-RNA wie ein Schlitten über den DNA-Doppelstrang und stoppt immer dann, wenn er auf ein kurzes Sequenz-Motiv mit dem Namen PAM trifft. Bei jedem Halt wird geprüft, ob die mitgeführte Führungssequenz mit der Sequenzumgebung des PAM-Motivs identisch ist. Trifft das zu, wird die DNA an der Stelle zerschnitten. Passt die Sequenz nicht zu der mitgeführten Sequenz, sucht die Genschere weiter, bis sie fündig wird. Editiert und redigiert wird das Genom bei der Reparatur der offenen Doppelstrang-Enden nach dem Zerschneiden der DNA. Mit der Crispr-Technologie kann das Erbgut auch an mehreren Stellen gleichzeitig überarbeitet werden. Allerdings kann es zu Off-Target-Effekten kommen: Dann wird die DNA nicht an der vorgesehenen Stelle geschnitten, sondern an ähnlichen Stellen.

Durch das schnelle Redigieren und Editieren der DNA lässt sich leichter und genauer als je zuvor erfassen, wie sich die einzelnen genetischen Veränderungen auf die Entstehung von Krankheiten oder die Entwicklung eines Organismus auswirken. Bei Mäusen ist die Crispr-Technologie bereits verwendet worden, um Mutationen zu korrigieren, die eine Lebererkrankung oder eine muskuläre Dystrophie auslösen. Benutzt hat man die Genschere auch bei Ratten, Taufliegen, Zebrafischen, Fröschen, Affen, Pilzen, menschlichen Stammzellen und bei vielen Pflanzen.

Die beiden Wissenschaftlerinnen sind für ihre Entdeckung inzwischen mit vielen Preisen ausgezeichnet worden. Charpentier und Doudna haben seit 2012 zusammen weit mehr als zwei Dutzend Auszeichnungen erhalten, viele davon gemeinsam. Etwa den angesehenen Breakthrough Prize in Life Science, bei dem jeder Preisträger drei Millionen Dollar erhält und den Paul Ehrlich- und Ludwig-Darmstaedter-Preis. Emmanuelle Charpentier hat auch den Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft bekommen, den wichtigsten Preis zur Forschungsförderung in Deutschland. Die Wissenschaftszeitschrift Science erklärte die Genschere Crispr / Cas9 zum Durchbruch des Jahres 2015.

Die Genschere Crispr/Cas9 weckt große Hoffnungen, Erbkrankheiten zu heilen, Krankheitserreger zu bekämpfen und bessere Pflanzen zu züchten. Weil sich mit Crispr/Cas9 jedes Erbgut überarbeiten lässt, kann auch die menschliche Keimbahn redigiert werden, was die Veränderungen erblich machen würde.

Mediathek
Teure Gentherapie
Auch in Deutschland werden Gentherapien inzwischen erfolgreich eingesetzt. Allerdings sind sie extrem teuer, und oft lohnt sich die Produktion für die Anzahl der Patienten nicht.
Mediathek
VideoDas Erbgut heilen
Die Geschichte der Gentherapie kann auf spektakuläre Erfolge zurückblicken - und auf Fehlschläge. (Beitrag vom 26. Oktober 2017)
Menschliche Embryonen
Gen herausgeschnitten
Ein internationales Forscherteam hat erstmals auch in den USA an menschlichen Embryonen die "Gen-Schere" CRISPR/Cas angewendet und damit die Keimbahn verändert.
Einsatz von Gentechnik
Schöne neue Landwirtschaft
Mit Hilfe der Gentechnik-Methode Crispr / Cas will der deutsche Chemieriese Bayer zukünftig den Saatgutmarkt aufmischen.
nano spezial vom 6. Januar 2017
Der perfekte Mensch
Ingolf Baur auf Spurensuche in den USA: Wann wird es das erste geneditierte Baby geben? Crispr / Cas9 macht menschliche Gene zu Rohstoffen.