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Genetik

Die Rätsel des CRISPR/Cas-Systems

Alle Welt spricht von dem neuen Genome-Editing-Werkzeug. Doch woher kommt die "Genschere" ursprünglich, in welchen Lebewesen ist sie zu finden, und welche Funktionen erfüllt sie in der Natur?
SIRV-2-Virus. Ein virales Protein bildet eine siebenseitige Pyramide auf der Zelloberfläche, die sich wie eine Blüte öffnet und die reifen Virenpartikel entlässt (eingefärbte elektronenmikroskopische Aufnahme).

Francisco Mojica kann sich noch gut an den Tag im Jahr 1992 erinnern, an dem er erstmals einen Eindruck vom CRISPR/Cas-System bekam – jenem Immun­mechanismus von Bakterien und Archaeen, der 20 Jahre später eine Revolution in der Biotechnologie lostreten sollte. Mojica war damit beschäftigt, Genom­sequenzen der Salz liebenden Mikrobe Haloferax medi­terranei ­aus­zuwerten, die zu den Archaeen gehört. Dabei fielen ihm 14 ungewöhnliche DNA-Sequenzen auf, die jeweils 30 Nukleotide lang waren. Ob vorwärts- oder rückwärts­ge­lesen – sie sahen immer mehr oder weniger gleich aus. Und sie wiederholten sich in einem Abstand von etwa 35 Nukleotiden. Wenig später fand Mojica noch mehr von ihnen. Der Forscher war fasziniert und stellte die mys­teriösen Sequenzen ins Zentrum seiner Forschung, die er an der spanischen Universidad de Alicante betrieb.

Eine populäre Entscheidung war das nicht. Das Labor des Mikrobiologen musste jahrelang mit kargen Finanz­mitteln zurechtkommen. Auf Tagungen trat er an be­deutende Forscher heran und fragte sie, was sie von den kurzen, sich wiederholenden Sequenzen hielten. "Ver­geuden Sie nicht zu viel Zeit damit", warnten sie ihn, "es gibt so viele repetitive DNA-Sequenzen in so vielen Organismen – wer kann schon sagen, was es damit auf sich hat?"

Mittlerweile können wir eine Menge darüber sagen. Was Mojica seinerzeit in den Bann zog, bezeichnen wir heute als gehäuft auftretende, in regelmäßigen Abständen angeordnete, kurze palindromische Wiederholungen (clustered, regularly interspaced palindromic repeats, kurz CRISPR; als "palindromisch" bezeichnet man DNA-Abschnitte, wenn ihre beiden Stränge gegenläufig die gleiche Sequenz aufweisen). Sie gehören zum so genannten CRISPR/Cas-System, das Mikroorganismen dabei hilft, eindringende Viren zu zerstören. Die meisten Biologen und Mediziner wissen inzwischen zu schätzen, wie gut sich mit dem System – insbesondere seiner Version CRISPR/Cas9 – Gensequenzen verändern lassen …

Oktober 2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Oktober 2017

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  • Quellen

Nuñez, J. K. et al.: Integrase-Mediated Spacer Acquisition during CRISPR-Cas Adaptive Immunity. In: Nature 519, S. 193-198, 2015

Shipman, S. L. et al.: Molecular Recordings by Directed CRISPR Spacer Acquisition. In: Science 353, aaf1175, 2016

Westra, E. R. et al.: Parasite Exposure Drives Selective Evolution of Constitutive versus Inducible Defense. In: Current Biology 25, S. 1043-1049, 2015