Neues CRISPR-System: Drag-and-Drop mit DNA

Der CRISPR-Genschere wird eine glorreiche Zukunft in der Medizin vorhergesagt. Tatsächlich gibt es bereits heute einige Behandlungsmethoden und -ansätze, bei denen unterschiedliche Ausprägungen der Genschere eingesetzt werden. Forscher:innen haben dem CRISPR-Werkzeugkasten nun ein weiteres Werkzeug hinzugefügt: Mit PASTE können Virus-Enzyme ähnlich wie bei Drag-and-Drop auf Computern große DNA-Sequenzen in ein Genom übertragen. Der Ansatz könnte sich bei der Behandlung einer ganzen Reihe von genetischen Erkrankungen auszahlen.

CRISPR: Hoffnungsträger der Gentherapie

CRISPR stammt ursprünglich von Bakterien. Diese nutzten die Genschere als eine Art Verteidigungsmaßnahme gegen Viren. Wenn ein Bakterium eine virale Infektion überlebt, nutzt es CRISPR, um einen kleinen Teil der Virus-DNA „auszuschneiden“ und diesen dann als Erinnerung dafür zu benutzen, wie es sich in Zukunft gegen Infektionen mit diesem Virus wehren kann.

In den letzten Jahrzehnten haben Forscher:innen weltweit das CRISPR-System angepasst und es in ein mächtiges Werkzeug für Gen-Editing verwandelt. CRISPR besteht aus einem Enzym (für gewöhnlich Cas9), welches die DNA schneidet, sowie einer kurzen RNA-Sequenz die dem System zeigt, wo es schneiden soll. So können etwa problematische Gene, die Krankheiten verursachen, aus dem Genom herausgeschnitten und mit anderen Genen ersetzt werden. Allerdings werden bei dem Prozess beide DNA-Stränge aufgetrennt, was den Reparaturprozess für die Zelle verkompliziert, sodass editierte Zellen mit einem erhöhten Krebsrisiko sowie eventuell unerwünschten Folgen einhergehen.

Sanftere CRISPR-Variante

Forscher:innen des MIT haben sich deshalb vorgenommen, eine neue Version von CRISPR zu entwickeln, die „sanfter“ mit dem Genom umgeht. Statt wie CRISPR-Cas9 nach dem „Cut-and-Paste“-Prinzip zu arbeiten, geht die neue Version eher nach dem „Drag-and-Drop“-System vor. PASTE steht für „Programmable Addition via Site-specific Targeting Elements“ und setzt ebenfalls auf das Cas9-Enzym, um DNA an einer spezifischen Stelle zu zerschneiden. Diese Stelle wird auch weiterhin durch eine RNA-Sequenz bestimmt. Der Unterschied ist, dass das neue System beide DNA-Stränge nacheinander zerschneidet anstelle gleich beide Stränge zu schneiden.

Für das Einsetzen der neuen Gene sind dann Enzyme namens Serin-Integrasen verantwortlich. Diese werden von Viren eingesetzt, um Bakterien zu infizieren und die Virus-DNA in das Genom des Ziels einzufügen. Angesichts des Ursprungs von CRISPR eine Tatsache, die nicht einer gewissen Ironie entbehrt. Diese Integrasen suchen nach spezifischen Sequenzen im Genom des Ziels. Nachdem das PASTE-System einen DNA-Strang zerschnitten hat, setzt es eine kleine Sequenz ein, die dann die Stelle markiert, an der die Integrasen die von ihnen transportierten DNA-Sequenzen „abladen“.

Erste Tests verliefen vielversprechend

Die Forscher:innen testeten das PASTE-System an menschlichen Leberzellen, T-Zellen und Lymphoblasten, um insgesamt 13 verschiede Gene an neun Stellen des Genoms einzusetzen. Die Erfolgsrate lag dabei bei bis zu 60 Prozent. Allerdings zeigte die Methode beim Test an Mäusen bei nur 2,5 Prozent der Leberzellen.

Die Technik ist nicht nur „sanfter“ und damit potentiell sicherer als die herkömmliche CRISPR-Cas9-Schere, sondern auch in der Lage, große Mengen DNA auf einmal einzusetzen. In Tests gelang dies mit bis zu 36.000 Basen auf einmal. Dies könnte die Methode besonders nützlich für die Behandlung komplexer genetischer Erkrankungen wie etwa der Huntingtons-Erkrankung machen.

„It’s a new genetic way of potentially targeting these really hard-to-treat diseases. We wanted to work toward what gene therapy was supposed to do at its original inception, which is to replace genes, not just correct individual mutations„, so Omar Abudayyeh, Seniorautor der Studie.

Bevor PASTE tatsächlich zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden kann, liegt allerdings noch etwas Arbeit vor den Forscher:innen. Weltweit wird derzeit in mehreren Projekten daran gearbeitet, sanftere CRISPR-Varianten zu entwickeln.

via MIT