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Gentechnik: Neue, vielseitigere CRISPR/Cas-Genschere

Das Original der Gentechnikwaffe CRISPR/Cas9 hat Nachteile: Es schneidet zu große Stücke, manchmal auch dort, wo es nicht soll. Forscher basteln an besseren, vielseitigeren Varianten.
Eine stilisierte DNA-Helix unter einer stilisierten Lupe

Das enorm nützliche Gentechnik-Werkzeug CRISPR/Cas9 dürfte seinen Entdeckern (wer immer das auch ist) einmal einen Nobelpreis einbringen – doch es hat Schwächen. Die Wissenschaft forscht daher dauernd nach Alternativen und Verbesserungen. Einen Erfolg bei dieser Suche präsentieren nun David Liu vom MIT im Magazin "Nature": Sie stellen eine vielseitigere Cas9-Enzymvariante vor.

Die Genschere Cas9 schneidet beim CRISPR/Cas-Verfahren doppelsträngige DNA an Stellen, die ihm von der CRISPR-Leitsequenz vorgegeben werden. Das erlaubt es den zellkerneigenen Reparaturmechanismen, den zu verändernden Abschnitt des Erbguts zwischen den Schnittstellen neu zu schreiben. Allerdings schneidet das Original-Cas9 – vor einigen Jahren isoliert aus dem Bakterium Streptococcus pyogenes – an vielen, doch längst nicht an allen Stellen des Erbguts. So muss für einen genauen Schnitt immer eine ganz bestimmte kurze Basensequenz, PAM, in der Nähe des Schnittansatzes liegen. Solche PAM-Sequenzen sind häufig, und verschiedene CAS-Enzyme können unterschiedliche PAMs erkennen. Trotzdem kommt es vor, dass eine gewünschte Region von den verfügbaren Werkzeugen nicht angesteuert werden kann, weil eine nutzbare Andocksequenz fehlt. Cas9 etwa findet seine PAM-Sequenzen statistisch lediglich an rund einer von 16 denkbaren Schnittstellen eines zu verändernden Gens. Damit wird es schwer oder unmöglich, nur sehr kurze Sequenzen oder gar nur eine Base der DNA auszuschneiden – das Werkzeug ist zu ungenau.

Diesen Nachteil wollten die Forscher um Liu mit ihrer im Labor entstandenen Variante "xCas9" nun wettmachen. Dazu unterzogen sie das Cas9-Gen einem künstlich beschleunigten Evolutionsprozess, bei dem rasch viele leicht unterschiedliche Cas9-Produkte entstanden. Diese waren oft wertlos, einige Varianten aber schnitten DNA neben leicht anderen PAM-Sequenzen als die Original-Genschere. Am Ende produzierte die fortgesetzte Evolution des Enzyms und die Selektion der Forscher das vielseitige xCas9, das verschiedene PAM-Sequenzvarianten erkennt. Die neue Genschere könnte rechnerisch nun an einem Viertel aller denkbaren Schnittstellen des Genoms ansetzen, so Liu und Kollegen.

Erste Tests von xCas9 waren erfolgreich: Die Schere konnte sehr kleine Genabschnitte entfernen und arbeitete womöglich sogar so genau, dass nur eine einzelne Base punktgenau ausgeschnitten wurde. Zudem scheint sie zur Überraschung der Forscher seltener in so genannten Off-target-Regionen zu arbeiten als das Original-Cas9-Enzym, das Erbgut also an Stellen zu schädigen, die nicht Ziel des Einsatzes waren. Dies – der sehr wünschenswerte Eigenschaftenmix aus besserer Erkennung verschiedener PAMs bei gleichzeitig hoher Treffgenauigkeit – muss sich nun in weiteren Versuchen durch andere Forschergruppen bestätigen.

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