Was ist CRISPR und warum ist es so wichtig?

Dieses revolutionäre Gen-Editierungssystem hat die Wissenschaft im Sturm erobert.

CRISPR ist die Basis eines revolutionären Gen-Editing-Systems. Eines Tages könnte es alles möglich machen, von der Wiederbelebung ausgestorbener Arten bis hin zur Entwicklung von Heilmitteln für chronische Krankheiten.

Was genau ist CRISPR?

Es basiert auf einer natürlichen Anpassung, die in der DNA von Bakterien und Einzellern zu finden ist.

CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. 

Sie sind wirklich nur Teile des genetischen Codes mit einem bestimmten, erkennbaren Format. Sie enthalten eine Sequenz, die immer wieder auftaucht, obwohl sie jedes Mal oft umgekehrt ist. 

Das macht es „palindromisch“: Palindrome sind Wörter, die rückwärts wie vorwärts gelesen werden können. Palindrome sind in der DNA weit verbreitet. Einige dienen als Backups für Schäden an unserem genetischen Code, während andere häufig bei Krebsmutationen vorkommen.

Wie funktioniert CRISPR?

Bei CRISPR erkennt eine Gruppe von Enzymen bestimmte Wiederholungen und bricht dort die DNA, um wichtige Informationen in die Mitte einzufügen. Diese Insertionen werden „Spacer“ genannt und enthalten den genetischen Code verschiedener Viren, die in der Vergangenheit eingedrungen sind.

Solche früheren Invasionen dienten einem sehr wichtigen evolutionären Zweck: der Immunisierung gegen ausländische Bedrohungen.

Forscher entdeckten CRISPR erstmals in den 1980er Jahren in E. Coli. Wenn E. coli Virusangriffe überlebt, baut es einen Teil der Virus-DNA in seinen eigenen genetischen Code ein.

E. Coli ist nicht der einzige, der diese Strategie anwendet. Zwischen den 1980er und 2000 fanden Wissenschaftler heraus, dass viele Bakterien und Einzeller auf diese Weise virale DNA einbauen.

Zellen verwenden diese Sequenzen als Vorlagen für die Transkription komplementärer RNA-Stränge.

Wenn Viren, die mit der Template-Sequenz übereinstimmen, in die Zelle eindringen, bindet die komplementäre RNA an sie und weist eine Reihe von CRISPR-assoziierten Enzymen oder „Cas“-Enzymen zum Angriff an – wodurch die Eindringlings-DNA an der Bindungsstelle geschnitten wird. Das neutralisiert die virale Bedrohung.

Mögliche Gefahren durch CRISPR

Das CRISPR-Cas-System ist unglaublich effektiv. Es ist auch leicht zu manipulieren, sodass wir den genetischen Code einer Zelle nach Belieben verändern können.

Im Jahr 2012 entdeckten die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die amerikanische Biochemikerin Jennifer Doudna, dass Cas-Enzyme – insbesondere Cas9 – mithilfe von im Labor hergestellten RNA-Sequenzen neu programmiert werden können, um nahezu jeden Teil des Genoms zu schneiden. 

Diese „Leit-RNA“-Moleküle teilen Cas9 mit, wo die DNA in einer Zelle geschnitten werden soll.

Für ihre Entdeckung erhielten Charpentier und Doudna 2020 den Nobelpreis für Chemie.

Und der Einsatz von CRISPR hat sich seit ihrem Durchbruch in der Wissenschaft durchgesetzt.

Wissenschaftler sind jedoch noch weit davon entfernt, das Potenzial von CRISPR zu erkennen. 

Cas9 ist großartig darin, unerwünschte Gene zu unterdrücken oder auszuschalten. Aber für die meisten medizinischen Zwecke reicht es nicht aus, unerwünschte DNA herauszuschneiden. Wissenschaftler müssen kontrollieren, wie sich die DNA selbst repariert. 

Sich selbst überlassen, neigen Zellen dazu, beschädigte DNA mit einer Methode zu reparieren, die viele zufällige Fehler einführt. Forscher können Zellen mit Vorlagen versorgen, um den Reparaturprozess zu steuern, aber sie arbeiten noch daran , dies zuverlässiger zu machen.

Forscher haben viele Anwendungsmöglichkeiten für CRISPR bei Tieren gefunden, wie z. B. die Herstellung von krankheitsresistenten Hühnern und Schweinen und Mücken, die nicht beißen oder Eier legen können. Aber sie haben viele Projekte auf den Weg gebracht, wie z. B. die Herstellung von krankheitsresistenten Pflanzen – einschließlich Weintrauben. Ehrgeiziger arbeiten sie daran, Schweine genetisch zu verändern , damit ihre Organe in Menschen transplantiert werden können. Und erwecken Sie ausgestorbene Arten wie die Wandertaube wieder zum Leben, indem Sie die Genome ähnlicher Vögel optimieren. 

Wenn es um das menschliche Genom geht, waren die Wissenschaftler jedoch zögerlicher. Die Bearbeitung unserer eigenen DNA könnte am Ende leicht mehr Probleme verursachen als lösen.

Während Cas9 DNA zuverlässig dort schneidet, wo wir es wollen, haben jüngste Experimente gezeigt, dass es auch Gene beeinflussen kann, die weit vom Ziel entfernt sind. Und selbst wenn wir es zuverlässig zum Laufen bringen könnten, haben viele Experten ethische Bedenken hinsichtlich der Verwendung der Technologie für Eugenik und „Designerbabys“ geäußert. Wenn Eltern eines Tages Wissenschaftler dafür bezahlen können, die DNA ihrer Babys zu bearbeiten, wodurch sie stärker und klüger werden, könnte CRISPR die Welt noch ungleicher und vorurteilsbehafteter machen.

Im Jahr 2018 behauptete der chinesische Forscher HEH JEE‘-an-qway, er habe CRISPR verwendet, um HIV-resistente Kinder zu machen. Unabhängig davon, ob er Erfolg hatte oder nicht, verstieß seine Arbeit gegen die Regeln der Nationalen Gesundheitskommission Chinas, und er wurde zu drei Jahren Gefängnis verurteilt.

Die Anwendung von CRISPR bei Babys ist weitgehend illegal. Aber es gibt einige Fälle, in denen die Anwendung von CRISPR beim Menschen das Risiko wert sein kann.

Im Jahr 2020 begannen amerikanische Forscher mit den ersten klinischen Studien, in denen CRISPR direkt in lebende Menschen injiziert wurde, um eine genetische Mutation zu reparieren, die Blindheit verursacht.

Letzte Hoffnung in CRISPR

Viele Forscher hoffen, dass CRISPR-basierte Therapien letztendlich Erbkrankheiten heilen könnten ; Sie haben bereits vielversprechende Ergebnisse in verschiedenen Tierversuchen gesehen. Obwohl wir angesichts der Risiken der Bearbeitung des menschlichen Genoms noch weit davon entfernt sind, CRISPR in der Medizin weit verbreitet einzusetzen.

CRISPR hat der Wissenschaft ein Werkzeug an die Hand gegeben, um zuverlässig am Code des Lebens zu basteln. Aber die Frage bleibt: Können wir dies sicher und ethisch vertretbar tun und gleichzeitig die unbeabsichtigten Folgen einer solchen Macht vermeiden?