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Gentechnik: Das Erbgut in Mitochon­drien reparieren

Mit einem bakteriellen Toxin lässt sich die DNA in Mitochondrien gezielt verändern. Damit könnten Erbkrankheiten bekämpft werden, die auf Mutationen im mitochondrialen Genom beruhen.
Mitochondrien

Mitochondrien, die »Kraftwerke« der Zellen, besitzen unabhängig vom Zellkern ein eigenes Genom. Hier liegt die Information für lediglich 13 Proteine, die alle an der Energie­gewinnung der Zelle mitwirken. Mutationen in dieser mitochondrialen DNA (mtDNA) können beim Menschen eine Reihe von unheilbaren lebensbedroh­lichen Stoffwechselkrankheiten aus­lösen. Genetiker suchen daher schon lange nach einem Weg, um in das Erbgut der Zellorganellen einzugreifen. Ein solches Werkzeug, mit dem sich zum ersten Mal die mtDNA präzise verändern lässt, präsentieren nun Wissenschaftler um den Biochemiker David Liu von der Harvard University in Cambridge (USA). Der Schlüssel ihres Erfolgs lag in der Entdeckung eines Toxins, mit dem bestimmte Bakterien konkurrierende Keime vernichten.

Bei diesem vom Bakterium Burk­holderia cenocepacia hergestellten Enzym handelt es sich um eine Cytidin-Desaminase, die den Nukleinsäure­baustein Cytosin (C) in Uracil (U) umwandelt …

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  • Quellen

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Gammage, P. A. et al.: Genome editing in mitochondria corrects a pathogenic mtDNA mutation in vivo. Nature Medicine 24, 2018

Gammage, P. A. et al.: Mitochondrial genome engineering: the revolution may not be CRISPR-Ized. Trends in Genetics 34, 2018

Greenfield, A. et al.: Assisted reproductive technologies to prevent human mitochondrial disease transmission. Nature Biotechnology 35, 2017

Hellebrekers, D. M. E. I. et al.: PGD and heteroplasmic mitochondrial DNA point mutations: a systematic review estimating the chance of healthy offspring. Human Reproduction Update 18, 2012

Kunz, C. et al.: DNA repair in mammalian cells. Cellular and Molecular Life Sciences 66, 2009

Mok, B. Y. et al.: A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing. Nature 583, 2020

Moretton, A. et al.: Selective mitochondrial DNA degradation following double-strand breaks. PLoS One 10.1371/journal.pone.0176795, 2017

Russell, O. M. et al.: Mitochondrial diseases: hope for the future. Cell 181, 2020

Salter, J. D., Smith, H. C.: Modeling the embrace of a mutator: APOBEC selection of nucleic acid ligands. Trends in Biochemical Sciences 43, 2018

Schmidt, O. et al.: Mitochondrial protein import: from proteomics to functional mechanisms. Nature Reviews Molecular Cell Biology 11, 2010

St. John, J. C. et al.: Mitochondrial DNA transmission, replication and inheritance: a journey from the gamete through the embryo and into offspring and embryonic stem cells. Human Reproduction Update 16, 2010

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