CRISPR/cas9 - Die neue Gentechnik-Revolution

Das von Emmanuelle Charpentier und Jennifer A. Doudna entdeckte CRISPR/cas9 Verfahren revolutioniert die gesamte Gentechnik.

CRISPR steht für “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”. Diese sind Abschnitte einer wiederholender DNA, die man im Erbgut von Bakterien und Archaeen findet . CRISPR dient mithilfe einer integrierten RNA zur Erkennung der Zielsequenz im umzuschreibenden Gen. Cas9 ist eine Endonuklease und ein Ribonukleoprotein aus Bakterien . Cas9 schneidet den DNA-Doppelstrang an der Zielsequenz ab. Beim CRISPR/cas9 - Verfahren geht es darum, DNA-Bausteine im Erbgut zu verändern, dies funktioniert bei allen lebenden Zellen und Organismen.

CRISPR/cas9 ermöglicht viele Chancen und Möglichkeiten gegen Erbkrankheiten oder Krebs und Aids, aber auch gibt es viele Vorteile bei den Züchtungen von Pflanzen und Tieren. Es ist ein Instrument, welches punktuelle Veränderungen in der DNA ermöglicht. Dazu sind sind drei Schritte notwendig.

Finden: Der CRISPR-Abschnitt erkennt wegen der integrierten RNA die Zielsequenz im umzuschreibenden Gen.
Schneiden: Hier wird das cas9-Protein eingesetzt. Es schneidet den DNA-Doppelstrang der Zielsequenz. Nun wird CRISPR und cas9 synthetisch hergestellt und in eine Zelle eingeführt.
Reparieren: Das Zelleigene Reparatursystem fügen den DNA-Strang wieder zusammen. Einzelne DNA-Stränge/Bausteine können entfernt oder modifiziert werden. Ebenso können kurze DNA-Sequenzen neu eingebaut werden.

Der Vorteil von CRISPR/cas9 ist das keine Artfremde DNA ins Genom eingeführt wird, deshalb haben die Behörden in USA sich dafür entschieden, dass ein Zuchtpilz, dessen Genom mit CRISPR/cas9 editiert worden ist nicht als genetisch verändert gekennzeichnet werden muss.

CRISPR/cas9 ermöglicht viele Chancen in der Pflanzenbiologie. Kulturpflanzen können viel besser und gezielter als klassische Kreuzungszüchtungen verändert werden. Da viele Kulturpflanzen im Zug der Ertragsoptimierung ihre natürliche Resistenzgene verloren und nicht mehr auf kargen Böden wachsen können , ist es das Ziel bei Pflanzen, die defekte bzw. fehlende Gene zu reparieren und zu ersetzen.
Dieses Ziel erreicht man mit CRISPR/cas9, es ermöglicht ein beschleunigtes Zuchtverfahren von Nutztieren und Nutzpflanzen. Bislang ist es das Präziseste, effizienteste und ein kostengünstiges Gen-Editing Verfahren, es ermöglicht eine Präzise Mutation eines Genom, das heißt dass es viel schneller und erfolgreicher stattfinden kann.

Beim HIV konnten schon tatsächlich Erfolge gekennzeichnet werden. Ein Medizinerteam, eine Arbeitsgruppe von der Temple University in Philadelphia und Won-Bin-Young von der University of Pittsburgh, schaffte es durch das DNA-Schneidesystem CRISPR/cas9, Mäuse und Menschliche Immunzellen von HIV zu befreien. Sie schafften es das Erbgut des HIV aus 95% der infizierten Zellen zu entnehmen.
,,Dabei zeigte sich, dass die Gentherapie schon während einer Infektion das Virus bei der Vermehrung behindert, berichten die Wissenschaftler in ,Molecular Therapy’”.

Menschliche Immunzellen, die auf ,,humanisierte” Mäuse übertragen werden, haben gezeigt, dass cas9 alle viralen Erbsequenzen herausschneidet. Es besteht also eine Chance, dass die Erfolge der transgenen Mäuse sich auf Menschen übertragen lassen - dies ist aber noch nicht in der Versuchung es in der Tat umzusetzen.

CRISPR/cas9 besitzt ebenfalls ein Potenzial für die Heilung von Malaria. Die Stechmücken sollen so genetisch verändert werden, dass Malaria nicht mehr übertragbar sein kann. Forscher in Harvard entwickelten eine Lösung die Stechmücken so zu verändern, dass das Erbgut gegen Malaria auch noch an jede Generation zu 100% übertragen wird.
Dies ist möglich wenn sich das Erbgut mit CRISPR programmiert. Dieses Verfahren nennt man Gen-Antrieb bzw. “gene drive”. CRISPR kopiert und setzt sich selber ein. Neben dem Anti-Malaria-Gen setzt man ein zweites Gen, welches CRISPR dann codieren kann.
Daraus folgt dann ein erstaunliches Ergebnis: Würde sich eine Anti-Malaria-Stechmücke mit einer normalen Stechmücke paaren, so werden 100% der Nachkommen das Anti-Malaria-Gen besitzen und somit sind sie alle Anti-Malaria-Stechmücken. Da sich Stechmücken sehr schnell fortpflanzen schätzen Forscher, dass man innerhalb eines Jahres die gesamte globale Population von Stechmücken zu Anti-Malaria-Stechmücken machen könnte.