CRISPR: Ein neues Werkzeug für die Genmanipulation

Kürzlich haben Wissenschaftler ein aufregendes neues Werkzeug gefunden, um DNA zu entwickeln. Das CRISPR System hat nichts mit dem Frischhalten des Gemüses im Kühlschrank zu tun. Es ist die Abkürzung für das neueste System, um genomische DNA in fast jedem Tier zu manipulieren. Forscher konnten Gene ausknocken oder eliminieren, die Genexpression unterdrücken und Gene hochregulieren, um die Expression mit der CRISPR-Technologie zu erhöhen.

Es ist eine sehr flexible Technik, mit der Forscher die Expression von Genen leicht verändern können, um ihre Funktion besser zu verstehen.

Was genau ist CRISPR?

CRISPR steht für Clustered Regular-Interspaced Short Palindromic Repeats - ein unglaublich langweiliger Name für eine aufregende Technologie. Warum der langweilige Name? Es ist, weil, als sie in den späten 1980er Jahren zum ersten Mal in Bakterien entdeckt wurden, niemand wusste, was die kurzen Abschnitte wiederholter DNA waren, die durch zufällige DNA-Sequenzen getrennt waren. Sie waren nur ein seltsames Merkmal in der genomischen DNA einiger Bakterien.

Es dauerte fast 20 Jahre, bis Jennifer Doudna von der University of California herausfand, dass diese Sequenzen mit Teilen bestimmter viraler DNA übereinstimmten, die die Bakterien infizierten. Wie sich herausstellte, waren die CRISPR-Sequenzen eine Art Immunsystem für die Bakterien.

Wie funktioniert CRISPR?

Doudna und ihre Mitarbeiterin, Emmanuelle Chapentier, haben schließlich herausgefunden, dass Bakterien, die diese kurzen DNA-Stücke hatten, die mit der Virus-DNA übereinstimmen, sie benutzen würden, um RNA herzustellen, die an die DNA des eindringenden Virus gebunden ist. ..

Dann interagierte ein zweites Stück RNA aus der Zufalls-DNA, die die CRISPR-Repeats trennte, mit einem Protein namens Cas9. Dieses Protein würde die Virus-DNA spalten und das Virus inaktivieren.

Die Forscher erkannten schnell, dass sie diese Fähigkeit von CRISPR ausnutzen können, um spezifische DNA-Sequenzen zu zerlegen, um Gene auszuschalten.

Während es andere Techniken gibt, wie Zinkfinger-Nukleasen und TALENS, die verwendet werden können, um spezifische Stellen in genomischer DNA zu zielen und zu schneiden, beruhen diese Ansätze auf sperrigen Proteinen, um die Wechselwirkungen auf spezifische Regionen in der DNA zu richten. Es ist schwierig, Modifikationen in großem Maßstab mit vielen Genen unter Verwendung dieser früheren Ansätze zu entwerfen und durchzuführen.

Was macht CRISPR so nützlich?

Das CRISPR-System beruht nur auf zwei kurzen RNA-Stücken: eine, die mit der Ziel-DNA-Region übereinstimmt, und eine zweite, die an ein Protein namens Cas9 bindet. In der Tat stellt sich jedoch heraus, dass diese beiden kurzen RNA-Stücke zu einem dualen Single-Guide -RNA-Molekül kombiniert werden können, das sowohl eine spezifische DNA-Sequenz als auch das Cas9-spaltende Protein angreift.Dies bedeutet, dass das Cas9-Protein und ein kurzes Stück RNA, das 85 Basen lang ist, alles ist, was benötigt wird, um eine DNA an fast jedem Ort im Genom zu schneiden. Es ist relativ einfach, DNA einzuführen, um eine Single-Guide-RNA zu produzieren, und das Cas9-Protein ist nahezu alle Zellen, die CRISPR allgemein anwendbar machen.

Das komfortable Targeting ist jedoch nicht der einzige Vorteil der CRISPR-Technologie gegenüber anderen TALENS- und Zinkfingern. Das CRISPR-System ist auch viel effizienter als diese alternativen Ansätze.

Zum Beispiel fand eine Gruppe in Harvard heraus, dass CRISPR ein Zielgen in 51% -79% der Fälle deletierte, während die TALENS-Effizienz weniger als 34% betrug. Aufgrund dieser hohen Effizienz konnte eine andere Gruppe die CRISPR-Technologie nutzen, um Gene in embryonalen Mäusen direkt auszuschalten, um transgene Mäuse in einer einzigen Generation zu produzieren. Der Standardansatz erfordert ein paar Generationen der Züchtung, um die Mutation in beiden Kopien eines Zielgens zu erhalten.

Was kann CRISPR sonst noch tun?

Zusätzlich zum Löschen eines Gens haben einige Gruppen auch erkannt, dass das System mit einigen Änderungen für andere Arten genetischer Manipulation verwendet werden kann. Zum Beispiel zeigte eine Gruppe von MIT Anfang 2013, dass CRISPR verwendet werden kann, um neue Gene in genomische DNA einzufügen. Kurz darauf verwendete eine Gruppe bei UCSF eine modifizierte Version des Systems, das CRISPRi genannt wurde, um die Expression von Zielgenen in Bakterien zu unterdrücken.

In jüngerer Zeit hat eine Gruppe an der Duke University eine Variante des Systems eingerichtet, um Gene zu aktivieren. Mehrere Gruppen arbeiten jetzt auch mit Variationen dieser Ansätze, um eine große Anzahl von Genen gleichzeitig zu screenen, um herauszufinden, welche an verschiedenen biologischen Reaktionen beteiligt sind.

Das glänzende neue Spielzeug der Gentechnik

Sicherlich gibt es eine große Begeisterung über dieses neue Werkzeug für die Gentechnologie und die Eile, es für eine Vielzahl von Anwendungen anzuwenden. Es gibt jedoch noch einige Herausforderungen, die überwunden werden müssen, und wie es häufig bei neuen Technologien der Fall ist, dauert es eine Weile, bis die Grenzen herausgearbeitet sind. Forscher in Harvard zum Beispiel haben herausgefunden, dass das CRISPR-Targeting möglicherweise nicht so präzise ist, wie ursprünglich angenommen. Off-target -Effekte des CRISPR-Komplexes können zu unbeabsichtigten Veränderungen bei der DNA-Veränderung führen.

Trotz der Herausforderungen hat CRISPR eindeutig ein enormes Potenzial gezeigt, um die Veränderung der genomischen DNA zu erleichtern, was Forschern helfen wird, schneller zu verstehen, wie die Zehntausende von Genen im menschlichen Genom funktionieren. Dies allein hat wichtige Auswirkungen auf die Verbesserung der Behandlung und Diagnose von Krankheiten. Darüber hinaus kann die Technologie selbst mit einer zusätzlichen Entwicklung für einen neuen Typ von Therapeutika nützlich sein. Es könnte einen neuen Ansatz für die Gentherapie bieten. Diese Fortschritte sind jedoch weit entfernt. Im Moment ist es einfach aufregend, die rasante Entwicklung dieses neuen Forschungswerkzeugs zu beobachten und über die Arten von Experimenten nachzudenken, die es ermöglichen könnte.

(Veröffentlicht: 30. September 2013)