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Funktioniert CRISPR auch ohne Genschere?

Cindy Michel 08.12.2017

CRISPR heißt jene Genschere, mit der DNA-Teile entfernt und ersetzt werden können. Aber nicht ohne Nebenwirkungen, denn ihr Einsatz bringt oftmals Mutationen im Genom mit sich. Jetzt wollen Forscher einen Weg gefunden haben, um diese zu umgehen: CRISPR soll defekte Gene einfach an- und ausschalten.

Wenn wir das Verhalten eines Gens verändern wollen, wozu müssen wir es dann zerschneiden? Diese Frage haben sich Wissenschaftler vom Salk-Institut, eine Kaderschmiede für moderne Biowissenschaften, gestellt. Ihr Ergebnis: Die Genschere CRISPR könne doch einfach umgebaut werden – zu einem molekularen Schalter. Dieser soll Gene einfach an- sowie ausschalten können, anstatt defekte DNA herauszuschneiden und durch gesunde zu ersetzen. Diesen neuen Ansatz veröffentlichte das Team aus Kalifornien vor Kurzem im Fachjournal Cell.

Bisher gilt CRISPR, die Hoffnung der Biochemie, als eine Art Allzweck-Genschere, die zusammen mit zwei einfachen Molekülen jede gewünschte DNA-Stelle findet. Die Grundlage des Scherenschnitt-Systems bildet ein Enzym namens Cas9 aus Bakterien, das mithilfe eines kurzen Moleküls (RNA) an seine Ziel-Sequenz im DNA-Strang geführt wird. Dort schneidet das Enzym die DNA. Dabei können Gene zerstört oder gewünschte Sequenzen eingefügt werden.

Diese präzise und schnelle Methode gilt als Hoffnung der Biochemie, mit der in Zukunft zahlreiche Erbkrankheiten ausgelöscht werden könnten. Doch immer wieder zeigen jüngste Forschungen, dass CRISPR nicht immer ohne Nebenwirkungen schneidet. Erst im Mai dieses Jahres etwa veröffentlichte das Fachblatt Nature Methods eine Untersuchung, die dies belegen will: Mediziner der Columbia University haben Mäuse, die an genetisch bedingter Blindheit litten, mittels CRISPR wieder zum Sehen verholfen. Doch die Korrektur des defekten Gens führte zu etwa 1500 unerwarteten Mutationen.

„Die jüngste Revolution in Sachen zielgenaues Gen-Editing hat der Wissenschaft und Medizin neue Türen geöffnet“, zitiert Gizmodo einen Ko-Autoren der aktuellen Studie des Salk-Instituts. „Dadurch, dass der Doppelstrang durchschnitten wird, ist die Gefahr aber groß, dass es zu ungewollten Mutationen kommt. Da man diese Möglichkeit einfach in Betracht ziehen muss, wird es schwer, diese Technologie am Menschen einzusetzen.“

Daher haben die Wissenschaftler des Salk-Instituts zwar weiter mit CRISPR experimentiert, aber eben ohne die Scherenfunktion anzuwenden. Die Such- und Andock-Funktion bleibt aktiv, das Schneide-Enzym Cas9 wird stillgelegt. Stattdessen sollen molekulare Schalter bestimmte Gene an- oder ausschalten können. Dieser Ansatz führte letztlich zur Entwicklung einer epigenetischen Editing-Technologie. Soll heißen, dass die DNA-Sequenzen nicht verändert – und so Mutationen verhindert werden.

Um das zu erzielen, legten Wissenschaftler das Cas9-Enzym still und schickten das neue CRISPR-System, aufgeteilt auf zwei Viren, los. Sie bringen den modifizierten Crispr/Cas-Komplex gemeinsam zum Wirkungsort: zur DNA in den Zellen. Das erste Virus liefert die Grundlagen zur Herstellung des Cas9-Enzyms. Das zweite Virus trägt die sogenannte Guide-RNA – die Zielinformation, an welches Gen sich das System andocken soll. Außerdem liefert es den molekularen Schalter, der die Aktivität des Zielgens steuern soll. „Letztlich haben wir die modifizierte Guide-RNA verwendet, um einen Transkriptionsaktivator samt Cas9 an die Region des Genoms zu liefern, an der wir interessiert sind", schreibt Ko-Autor Hsin-Kai Liao.

Laut Studie hat dieser Ansatz erste Erfolge bei Tierversuchen gezeigt: So sollen Mäuse von Diabetes und Nierenerkrankungen geheilt worden sein und bei Nagern mit Muskeldystrophie soll sich der Zustand verbessert haben. Bislang konnten die Forscher bei dieser Technik keine unerwünschten Nebenwirkungen oder Mutationen feststellen. Weitere Tests sollen folgen.