Durchbruch bei der Bearbeitung von Hauptgenen übertrifft CRISPR

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Die Bearbeitung von Mitochondrien in jeder menschlichen Zelle war der heilige Gral und die letzte Grenze der Genbearbeitung. Dies wurde erreicht und eröffnet Genetikern ein neues Feld. Transhumanen werden diese Entdeckung besonders spannend finden. ⁃ TN Editor

Der Biologe David Liu war vor zwei Sommern mitten in seinem morgendlichen Pendelverkehr zum Broad Institute, als er die E-Mail öffnete. Wir haben gerade ein neues Toxin entdeckt, das von Bakterien hergestellt wurde, erklärten die Notiz eines Forschers, mit dem Liu noch nie gesprochen hatte, und es könnte "für etwas nützlich sein, das ihr tut".

Fasziniert rief Liu den Absender, den Biologen Joseph Mougous von der University of Washington, an, und es wurde schnell klar, dass das bakterielle Toxin ein Talent hatte, das tatsächlich nützlich für das war, was Liu tut: Wege zu erfinden, um Gene zu bearbeiten. Am Mittwoch berichteten sie und ihre Kollegen in Nature, dass sie das Toxin zum weltweit ersten Herausgeber von Genen in Zellorganellen namens Mitochondrien gemacht hatten.

Wenn alles gut geht, könnte die Entdeckung eine Möglichkeit bieten, eine lange Liste seltener, aber verheerender Erbkrankheiten zu untersuchen und eines Tages zu heilen, die auf genetische Mutationen im Kraftwerk der Zelle zurückzuführen sind.

"Wir haben schon sehr lange nach einer solchen Technologie gesucht", sagte der Biologe Fyodor Urnov vom Innovative Genomics Institute der University of California Papier für die Natur. „Wir sind seit 15 Jahren in der Lage, Punktmutationen in der menschlichen Kern-DNA vorzunehmen - indem wir einen einzelnen Buchstaben der DNA ändern -, aber Mitochondrien haben sich dem sehr widersetzt, sehr zur großen Frustration aller. Mit dieser Technologie tritt die mitochondriale Forschung in ein goldenes Zeitalter ein. “

Die Hunderte von kapselförmigen Mitochondrien in jeder Zelle wandeln Sauerstoff und Nährstoffe in chemische Energie um, die den Stoffwechsel einer Zelle antreibt. Mitochondrien metabolisieren auch Cholesterin und synthetisieren Hormone und Neurotransmitter. Wenn eines ihrer 37 Gene aberrant ist, können Mitochondrien keine Leistung erbringen, was zu Hunderten von Mitochondrienerkrankungen führt. Das verheerendste, einschließlich des „mitochondrialen DNA-Depletionssyndroms“ (MDDS), zerstören die Muskeln und das Gehirn von Kindern und nehmen ihnen schließlich das Leben.

Die Revolution der Genombearbeitung ist weitgehend an Mitochondrien vorbei gegangen. CRISPR funktioniert nicht: Die Leit-RNA, die es wie ein Bluthund verwendet, um sein Ziel innerhalb eines Genoms zu finden, kann die Mitochondrienwände nicht durchdringen. Frühere Editoren wie TALENs können Mutationen in Mitochondrien in Zellen, die in Laborschalen wachsen, eliminieren, jedoch nur durch Zerstörung der DNA. Nichts konnte Mutationen beheben, indem ein DNA-Buchstabe in einen anderen geändert wurde, wie z. B. ein C in ein T oder ein G in ein A.

"Mitochondrien", sagte Liu, "sind eine der letzten Bastionen der DNA, die sich der präzisen Bearbeitung des Genoms widersetzt haben."

Mougous 'E-Mail schlug einen Weg vor, um diesen Widerstand zu umgehen. Er untersucht die chemische Kriegsführung, die Bakterien gegen andere Bakterien führen. Die chemische Waffe, die er gerade entdeckt hatte und die von Burkholderia cenocepacia-Bakterien abgesondert wurde, ist ein Enzym, das ein feindliches Bakterium infiltriert und mit tödlicher Einfachheit tötet: Es verursacht genetische Einzelbuchstabenmutationen in der doppelsträngigen DNA eines Bakteriums. An jedem Zielpunkt zerfällt die bakterielle DNA. Das Bakterium stirbt ab. Mission erfüllt.

Mougous, wie Liu ein Howard Hughes Medical Institute Ermittler, wusste Liu hatte eine erfunden Durchbruch Form von CRISPR, eine, die nur einen einzigen DNA-Buchstaben ändert, ohne die Doppelhelix zu schneiden, was zu genomischem Chaos führen kann. Diese als "Basisbearbeitung" bezeichnete Technologie hat bereits eine hervorgebracht Biotech- und marschiert in Richtung Humanstudien.

Sein neuartiges bakterielles Toxin, dachte Mougous, sah sicher wie ein Basiseditor aus; es wandelt das Nukleotidpaar CG in ein TA um. Und es erfordert keine Leit-RNA (das Chaperon, das die Mitochondrien nicht durchdringen kann).

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