Schöner schneiden

Schöner schneiden

Fehlerhafte Bereiche im Erbgut austauschen? Mit der Genschere CRISPR-Cas9 eigentlich kein Problem. Allerdings war das Werkzeug bisher manchmal unpräzise. Nun sollen gleich zwei neue Ansätze das Problem lösen.

Eigentlich dient die Genschere CRISPR-Cas9 Bakterien zur Abwehr von Angreifern wie etwa Viren, die ihr Erbgut in die DNA einbauen. Inzwischen arbeiten aber auch Tausende Forscher mit dem Werkzeug, das Gensequenzen zerschneiden, ausschalten oder durch andere ersetzen kann - bei Viren, Pflanzen, Tieren und auch beim Menschen.

 

Die Wissenschaftler nutzen CRISPR-Cas9 als eine Art Wunderwaffe, um fehlerhafte Bereiche in der DNA - sogenannte Mutationen - gezielt anzusteuern und zu korrigieren. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Schere nicht so präzise arbeitet wie zunächst erhofft und etwa auch an unerwünschten Stellen DNA schneidet.

Nun stellen zwei Arbeitsgruppen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge zwei Weiterentwicklungen der Genschere vor. Die eine Gruppe präsentiert im Fachblatt "Nature" ein Werkzeug, mit dem sich ein sogenanntes Basenpaar - bestehend aus zwei DNA-Bausteinen - gegen ein anderes austauschen lässt. Die zweite Gruppe beschreibt im Magazin "Science" ein anderes Werkzeug, das die RNA - sie übermittelt DNA-Informationen für den Bau von Proteinen - gezielt verändern kann. Beide sollen die Möglichkeit eröffnen, eines Tages krankmachende Fehler im Erbgut zu reparieren.

Das Grundgerüst der DNA ist aus simplen Bausteinen aufgebaut: Es handelt sich um die Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Sie treten im DNA-Doppelstrang stets in Paaren auf - Adenin paart sich mit Thymin (A-T) und Guanin mit Cytosin (G-C). Einige Krankheiten beruhen auf dem Austausch einzelner Basen, sogenannten Punktmutationen.

Mit der herkömmlichen CRISPR-Cas-Technik ließen sich solche Punktmutationen nicht zuverlässig korrigieren. Das liegt daran, dass die Genschere den DNA-Doppelstrang durchschneidet. Wenn die zelleigenen Reparatursysteme den Bruch schließen, treten häufig Fehler auf.

Im vergangenen Jahr stellten die Forscher um David Liu bereits eine Weiterentwicklung der Genschere vor, die den DNA-Doppelstrang nicht schneidet, sondern einzelne Basen austauscht. Allerdings ließen sich bisher nur G-C-Paare in A-T-Paare umwandeln. Nun ist den Wissenschaftlern auch die Umwandlung eines A-T-Paares in ein G-C-Paar gelungen.

Das Ganze funktioniert so: Das neue Werkzeug sucht wie die herkömmliche Genschere gezielt zuvor festgelegte Bereiche der DNA auf. Allerdings ist die eigentliche Schere deaktiviert, sodass kein Doppelstrangbruch erzeugt wird. Stattdessen koppelten die Forscher ein Enzym an die Genschere, das die angesteuerte Base chemisch so verändert, dass ein A-T-Paar in ein G-C-Paar umgewandelt wird.

"Das ist eine sehr interessante Arbeit und ein guter Schritt nach vorn", urteilt Frank Buchholz, Leiter der Abteilung für Medizinische Systembiologie an der TU Dresden. Die Anwendungsmöglichkeiten der Genschere würden "massiv ausgeweitet".

"Krankheiten behandeln in fast allen Zellarten"

Die MIT-Wissenschaftler testeten das Werkzeug in menschlichen Zellen und fanden, dass es mit hoher Präzision in etwa 50 Prozent der Fälle eine Korrektur einer Punktmutation ermöglicht. Nur sehr selten traten dabei unerwünschte Veränderungen auf.

Die Effizienz von 50 Prozent sei auch im Hinblick auf eine mögliche therapeutische Anwendung ein guter Wert, sagt Buchholz: "Bei vielen Erbkrankheiten wäre das ausreichend. Patienten mit der Bluterkrankheit etwa würden schon enorm profitieren, wenn die zugrundeliegende Mutation in zehn Prozent ihrer Zellen korrigiert würde."

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