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Neues Genwerkzeug: Präziseres Werkzeug zum DNA-Umschreiben

Bekannte, aber nun clever kombinierte Gentechnik-Werkzeuge lassen auf präzisere und weniger fehleranfällige Korrekturen defekter DNA hoffen. Noch steht das neue System allerdings auf dem Prüfstand.
Genome EditingLaden...

Forscher arbeiten weiter an Methoden, mit denen sie das Erbgut in den Zellen von Pflanzen, Bakterien oder Menschen umschreiben können – etwa, um Gendefekte zu reparieren. Einen großen Fortschritt brachten dabei in den letzten Jahren das Genwerkzeug CRISPR-Cas9 und verschiedene verbesserte Varianten: Sie versprechen immer präzisere Eingriffe in die DNA mit immer weniger Nebenwirkungen in anderen Regionen des Erbguts, die womöglich unbekannte oder schädliche Folgen haben können. Einen weiteren Erfolg auf diesem Weg präsentieren Wissenschaftler des Broad Institute in Cambridge in »Nature«: Ihr »Prime Editing« (PE) getauftes Werkzeug steuert Zielsequenzen im Genom genauso verlässlich an wie CRISPR-Cas9, arbeitet dort aber präziser und weniger fehleranfällig, wie die Forscher – vorerst allerdings lediglich in Zellkulturversuchen – nun demonstriert haben.

Die PE-Methode basiert auf einem Protein-Nukleinsäure-Werkzeug, bei dem ein durch Zusatzbausteine modifiziertes Cas9-Protein mit angehängten RNA-Sequenzen und einem weiteren Enzym zum Einsatz gebracht wird. Die Cas9-Variante wird dabei wie beim herkömmlichen CRISPR-Cas-System durch die angefügte RNA-Zielsequenz zum Einsatzort geleitet. Dort schneidet sie jedoch nicht beide DNA-Stränge durch, sondern fungiert als so genannte Nickase, die nur einen der DNA-Stränge kappt. So wird der DNA-Doppelstrangbruch vermieden, dessen Reparatur durch aktive Notfallmechanismen lebender Zellen leicht zu Fehlern führen kann.

Solche Cas9-Nickasen sind nicht neu, sondern wurden bereits von anderen Forscherteams eingesetzt. Neu an PE ist allerdings, dass das Werkzeug mit einer angehängten RNA-Sequenz genau vorgibt, wie die entstandene Einzelstranglücke der DNA gefüllt wird: Diese Vorlage, die etwa eine leicht veränderte Basenabfolge vorgibt, wird durch eine ebenfalls kombinierte reverse Transkriptase in DNA umgeschrieben und dann vor Ort eingesetzt. Damit werden typische Ungenauigkeiten früherer Geneditierwerkzeuge umgangen – beispielsweise ein fehlerhaftes Zurückschreiben der vorher entfernten Sequenz durch ungenaue Reparaturenzyme der Zelle oder die gefürchteten »Off-target«-Effekte, also die meist schwer zu entdeckenden Veränderungen an Stellen im Genom, die nicht Ziel des Werkzeugs waren.

Die Forscher haben ihre Methode in vier unterschiedlichen menschlichen Zelllinien und Zellen von Mäusen getestet und insgesamt mehr als 175 verschiedene gezielte genetische Veränderungen vorgenommen, darunter Insertionen, Deletionen sowie den Austausch einzelner Basen. In den Kulturzellen konnten sie so etwa die Mutationen korrigieren, die bei Menschen Krankheiten wie die Sichelzellanämie oder die Tay-Sachs-Krankheit auslösen. In den nächsten Schritten wollen sie nun testen, ob die Methode auch in lebenden Organismen funktioniert.

43/2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 43/2019

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