Page 26 - Das Magazin 2017
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 Juni 2017
  CRISPR/Cas9 - Möglichkeiten und Grenzen der „genetischen Schere“
C. Much, Dr. med. M. Rath & Prof. Dr. med. U. Felbor
Mehr als 40 Jahre ist es her, dass Wissenschaftler die ersten sogenannten Genscheren entdeckt ha- ben. Seitdem hat die biomedizinische Forschung durch die Möglichkeiten, die sich aus ihrer Nut- zung als molekularbiologisches Werkzeug erge- ben, eine rasante Entwicklung genommen.
Mit neu entdeckten Genscheren wie dem CRISPR/ Cas9-System scheint eine gezielte Veränderung des menschlichen Erbguts (Genomeditierung) in greifbare Nähe gerückt zu sein.
Während diese Technologie in der Wis- senschaft zunehmend Anwendung findet, ist eine direkte und breite therapeutische Nutzung zur Korrektur von genetischen Veränderungen bei Patienten mit erblichen Erkrankungen wie der zerebralen Kaverno- matose derzeit jedoch nicht möglich.
Woher stammt das CRISPR/Cas9-System?
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repe- ats (kurz CRISPR) stellen zusammen mit den CRISPR-as- soziierten Eiweißen, den Cas-Proteinen, ein in vielen Bakterien zu findendes, spezifisches Abwehrsystem dar. Beim Eindringen eines Erregers werden kleine Sequen- zen der fremden DNA in CRISPR-Abschnitte der eigenen Erbinformation des Bakteriums eingebaut. Hierdurch wird gewissermaßen ein „spezifisches Gedächtnis“ für
den Eindringling gebildet. Dies ermöglicht es Bakterien, die Erreger und dabei besonders die mit Ihnen einge- brachte DNA bei erneutem Kontakt durch den Vergleich mit den „abgespeicherten“ Sequenzen schneller erken- nen, schneiden und damit zerstören zu können.
Das CRISPR-System wird entsprechend der beteiligten Proteine und den leicht unterschiedlichen Funktions- weisen in verschiedene Klassen und Subtypen eingeteilt. Das in der Forschung am häufigsten eingesetzte System ist jedoch CRISPR/Cas9 aus dem Bakterium Streptococ- cus pyogenes, dem weit verbreiteten Erreger von Schar- lach und anderen Atemwegs- und Hautinfektionen beim Menschen.
Wo wird das CRISPR/Cas9-System eingesetzt?
Durch biotechnologische Modifikationen ist im Labor heute auch die Anwendung in menschlichen Zellen mög- lich. In Zellkulturen und Modellorganismen wurde ge- zeigt, wie Cas9 sehr genau an den Ort gesteuert werden kann, an dem eine genetische Veränderung eingeführt werden soll. So können Gene beispielsweise gezielt aus- geschaltet werden.
Das Hauptanwendungsgebiet der Genomeditierung mit- tels CRISPR/Cas9 ist derzeit die biomedizinische Grund- lagenforschung. Während hier durch die Cas9-Gensche- re eine vergleichsweise schnelle genetische Manipulation möglich wird, ist die Übertragung in einen therapeuti- schen Ansatz beim Menschen extrem schwierig.
Wie funktioniert die Veränderung des Genoms durch das CRISPR/Cas9-System?
Für die gezielte Veränderung der Erbinformation durch das CRISPR/Cas9-System werden im Wesentlichen zwei Komponenten benötigt, die hierfür einen Komplex ein- gehen: Das Cas9-Protein, welches durch seine enzyma- tische Aktivität den DNA-Doppelstrang schneiden kann und die sogenannte guide RNA, welche dem Cas9-Pro- tein seinen Weg zur Zielsequenz leitet (Abbildung A). Die Funktionsweise der guide RNA basiert hierbei in gewisser Weise auf dem „Schlüssel-Schloss-Prinzip“. Durch Paarung der guide RNA mit der Ziel-DNA kann das Cas9-Enzym sehr spezifisch an den Ort der Editierung gesteuert werden.
Zumeist kommt es hier durch die enzymatische Aktivität von Cas9 zu einem Bruch des DNA-Doppelstrangs. Die Zelle versucht den gesetzten „Schaden“ durch die eige- nen Reparaturmechanismus zu reparieren (Abbildung B).
  CRISPR / Cas9 - die sogenannte „Genschere“
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