Crispr-Methode revolutioniert

Crispr/Cas ist in aller Munde. Mit dieser biotechnologischen Methode lassen sich in Zellen verh?ltnism?ssig einfach und schnell einzelne Gene pr?zise entfernen, ersetzen oder ver?ndern. Dar¨¹ber hinaus k?nnen Forschende seit wenigen Jahren mit auf Crispr/Cas basierenden Technologien auch die Aktivit?t einzelner Gene gezielt erh?hen oder reduzieren. Die entsprechenden Methoden haben sich innert k¨¹rzester Zeit sowohl in der biologischen Grundlagenforschung als auch in angewandten Bereichen wie der Pflanzenz¨¹chtung weltweit durchgesetzt.

Bisher konnten Forschende mit der Methode meistens nur ein Gen aufs Mal ver?ndern, in seltenen F?llen gelang es auch gleichzeitig zwei, drei oder in einem Einzelfall sieben Gene simultan zu ver?ndern. Randall Platt, Professor am Departement f¨¹r Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel, und sein Team haben nun jedoch einen Ansatz entwickelt, mit dem sich ¨C wie sie in Experimenten zeigten ¨C gleich 25 Stellen innerhalb des Genoms einer Zelle gleichzeitig ver?ndern lassen. Und damit nicht genug. Diese Zahl lasse sich noch weiter steigern, auf Dutzende bis sogar Hunderte von Genen, sagt Platt. Jedenfalls habe die Methode ein riesiges Potenzial f¨¹r die biomedizinische Forschung und die Biotechnologie. ?Dank diesem neuen Werkzeug k?nnen wir und andere Wissenschaftler nun umsetzen, wovon wir fr¨¹her nur tr?umten.?

Zellen gezielt und massiv umprogrammieren

Gene und Proteine wechselwirken auf vielf?ltige Weise miteinander und bilden Netzwerke. Solche Netzwerke von Dutzenden von Genen erm?glichen die zellul?re Vielfalt in einem Organismus. Sie sind zum Beispiel verantwortlich f¨¹r die Differenzierung von Vorl?uferzellen in Nerven- oder Immunzellen. ?Mit unserer Methode k?nnen wir erstmals ganze Gennetzwerke in einem Schritt gezielt ver?ndern?, sagt Platt.

Zudem ist es m?glich, damit Zellen auf komplexe Weise und in massivem Umfang zu programmieren: Man kann damit die Aktivit?t von bestimmten Genen erh?hen und jene von anderen Genen reduzieren. Auch der Zeitpunkt einer solchen Aktivit?ts?nderung l?sst sich genau steuern.

Interessant ist das beispielsweise in der Grundlagenforschung, um zu ergr¨¹nden, warum sich verschiedene Zelltypen unterschiedlich verhalten, oder um komplexe genetische Erkrankungen zu erforschen. Ebenso f¨¹r die Zellersatztherapie, bei der gesch?digte mit gesunden Zellen ersetzt werden. Hierbei k?nnen Forschende die Methode verwenden, um Stammzellen in ausdifferenzierte Zellen wie Nervenzellen oder insulinproduzierende Betazellen zu verwandeln, oder umgekehrt, um aus ausdifferenzierten Hautzellen Stammzellen herzustellen.

Cas-Enzym mit doppelter Funktion

F¨¹r die Crispr/Cas-Methode sind ein Enzym namens Cas und ein kleines RNA-Molek¨¹l n?tig. Dessen Abfolge an RNA-Bausteinen dient als ?Adressetikette?, um das Enzym punktgenau an seinen vorgesehenen Wirkungsort auf den Chromosomen zu lenken. Die ETH-Wissenschaftler haben ein Plasmid geschaffen (ein ringf?rmiges DNA-Molek¨¹l), auf dem die Bauinformation des Cas-Enzyms liegt sowie ¨C aneinandergereiht ¨C die Bauinformationen einer Vielzahl von RNA-Adressmolek¨¹len, also quasi eine l?ngere Adressliste. In ihren Experimenten f¨¹hrten die Forschenden dieses Plasmid in menschliche Zellen ein und zeigten damit, dass sich so gleich mehrere Gene ver?ndern und regulieren lassen.

F¨¹r die neue Technik verwendeten die Wissenschaftler nicht das Enzym Cas9, das bei bisherigen Crispr/Cas-Methoden meist zum Einsatz kommt, sondern das verwandte Enzym Cas12a. Letzteres kann nicht nur Gene ver?ndern, sondern gleichzeitig aus der langen ?RNA-Adressliste? einzelne ?Adressetiketten? zuschneiden. Ausserdem kommt Cas12a mit k¨¹rzeren RNA-Adressmolek¨¹len aus als Cas9. ?Und je k¨¹rzer diese adressierenden Sequenzen sind, desto mehr davon kann man auf ein Plasmid packen?, sagt ETH-Professor Platt.