CRISPR Gene Editing Toolbox wird erweitert

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Es gibt eine Art Wettrüsten, bei dem Genforscher den Planeten nach Alternativen zur Standard-CRISPR-Technologie absuchen. Wenn es an Fahrt gewinnt, wird sich die Bearbeitung des menschlichen Genoms als Geißel der Menschheit erweisen. ⁃ TN Editor
Das Gen-Editing-Tool, das die Biologie revolutioniert hat, wird noch leistungsfähiger.

CRISPR, wie das System genannt wird, ermöglicht es Wissenschaftlern, eine bestimmte Folge von Buchstaben mit beispielloser Präzision auf einen DNA-Strang zu zielen und zu schneiden. Dies eröffnete neue Möglichkeiten zur Behandlung genetisch bedingter Krankheiten, zur Anpassung der Pflanzen an die globale Erwärmung und sogar zur Verhinderung der Ausbreitung von Malaria durch Mücken.

CRISPR besteht aus zwei Grundkomponenten. Das erste ist ein Stück RNA, das eine vorbestimmte DNA-Sequenz im Genom eines Organismus lokalisiert, die Wissenschaftler ändern möchten. Die zweite Art von Protein, das als Enzym bezeichnet wird, bindet sich an den Zielabschnitt der DNA und spleißt ihn.

Cas9 war das Arbeitstierenzym, weil es einen sauberen, stumpfen Schnitt ausführt. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, nach alternativen CRISPR-Systemen zu suchen und diese zu finden, die mit anderen Enzymen als Cas9 schneiden.

"Cas9 ist ein leistungsstarkes Tool, das jedoch Einschränkungen aufweist", sagte Feng Zhang, Pionier der CRISPR, ein Bioingenieur am MIT und am Broad Institute. "Jedes dieser Proteine ​​hat Mängel und Stärken und zusammen helfen sie uns, eine viel vielseitigere Werkzeugkiste zu schaffen."

Einige der neuen Cas-Enzyme schneiden DNA auf unterschiedliche Weise, wodurch bestimmte Bearbeitungen mit größerer Wahrscheinlichkeit funktionieren. Andere Enzyme sind kleiner, so dass Wissenschaftler sie leichter in Zellen einbringen können.

"Die Vielfalt der CRISPR-Proteine ​​ist außergewöhnlich groß", sagte Benjamin Oakes, Unternehmerstipendiat am Innovative Genomics Institute, einem Gemeinschaftsprojekt der University of California in Berkeley und der University of California in San Francisco. "Sie haben sich über Jahrtausende hinweg weiterentwickelt und die Natur hat Hunderte, wenn nicht Tausende entwickelt, die funktionieren können."

In der Natur nutzen Bakterien diese Technologie als Abwehrmechanismus, um angreifende Viren zu finden und zu zerstören.

Bakterien speichern Sequenzen viraler DNA in ihrer eigenen DNA, die durch eine sich wiederholende Folge von Buchstaben gekennzeichnet ist. Daher der Name CRISPR des Systems, der für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats steht. (Die ersten entdeckten CRISPR-Systeme waren zwar teilweise palindrom, später stellten Wissenschaftler jedoch fest, dass dies nicht universell zutrifft.)

CRISPR-Cas9 hat sich bereits als äußerst nützliches Werkzeug für eine Vielzahl von genetischen Bastelarbeiten erwiesen, darunter das Ein- und Ausschalten von Genen, deren vollständige Deaktivierung, die Einführung neuer DNA in ein Genom und das Löschen unerwünschter DNA.

Die Wissenschaftler fragten sich jedoch, was andere CRISPR-Enzyme zur genetischen Bearbeitung beitragen könnten.

CRISPR-Cas12a war das erste System nach CRISPR-Cas9, das für die Bearbeitung von Genen im Labor verwendet wurde. Eine kürzlich durchgeführte Studie mit Cas12as Cousin Cas12b hat gezeigt, dass diese Variante auch das menschliche Genom verändern kann und Wissenschaftlern ein weiteres Instrument zur Bekämpfung genetischer Krankheiten bietet.

Andere Arbeiten haben eine Reihe weiterer vielversprechender CRISPR-Enzyme beleuchtet, darunter Cas13, Cas14 und CasY. Der jüngste Kandidat, CasX, wurde am Montag in einer Studie von Oakes und anderen in der Zeitschrift Nature ausführlich beschrieben.

Das Vergleichen von CRISPR-Systemen ist ein bisschen wie das Vergleichen von Früchten, sagte Zhang. Wenn es sich bei Cas9-Enzymen um Äpfel handelt, sind Cas12-Enzyme möglicherweise Pflaumen - immer noch essbar und lecker, aber auch völlig anders.

Und wie Obst weisen diese verschiedenen Systeme Variationen auf. Genau wie es Unterarten von Pflaumen gibt, gibt es auch eine Vielzahl von Cas12-Enzymen.

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