Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leistungsfähiges Werkzeug für die Gentechnik

22.11.2013
Braunschweiger Wissenschaftler beschreiben neue Möglichkeiten des CRISPR-Cas-Systems

Viren können nicht nur den Menschen krank machen, sie befallen auch Bakterien. Diese schützen sich mit einer Art „Immunsystem“, das – vereinfacht gesagt – aus einer bestimmten Sequenz im Erbmaterial des Bakteriums und einem dazu passenden Enzym besteht. Es erkennt fremde DNA, die beispielsweise von Viren stammen kann, zerschneidet sie und macht dadurch die Eindringlinge unschädlich.


Streptococcus pyogenes ist eines der Bakterien, dessen CRISPR-Cas-System die HZI-Forscher untersucht haben. © HZI / Rohde

Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig konnten jetzt zeigen, dass sich das beteiligte Enzym Cas9 in verschiedenen Bakterienstämmen unabhängig voneinander entwickelt hat – was die biotechnologischen Nutzungsmöglichkeiten des bakteriellen Immunsystems erweitert.

Erst vor wenigen Jahren entdeckt, stößt das Immunsystem mit dem kryptischen Namen „CRISPR-Cas“ bei Genetikern und Biotechnologen auf großes Interesse, denn es eignet sich als gentechnisches Werkzeug im Labor. CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, zu Deutsch etwa „gehäuft auftretende, gleichmäßig verteilte Wiederholungen, die aus beiden Richtungen gelesen werden können“; Cas schlicht für das CRISPR-assozierte Protein. Im Laufe der Evolution hat sich dieses Molekül in zahlreichen Bakterienstämmen unabhängig voneinander entwickelt.

Das konnten die Forscher um Prof. Emmanuelle Charpentier am Brauschweiger Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) jetzt zeigen. Sie veröffentlichen diese Ergebnisse in dem frei zugänglichen internationalen Fachmagazin Nucleic Acids Research.

Nicht nur für die Bakterien, auch für die Arbeit im Labor erweist sich das CRISPR-Cas-Systems als nützlich: Es erkennt zielgenau bestimmte Buchstabenfolgen im genetischen Code und schneidet die DNA dort auf. So können Wissenschaftler entweder Gene entfernen oder an der Schnittstelle neue einfügen. Auf diesem Wege lassen sich beispielsweise Pflanzen züchten, die resistent gegen Schädlinge oder Pilze sind.

Zwar existieren bereits andere Technologien, mit denen dies möglich ist, diese sind allerdings zeitaufwendig, teuer und wenig spezifisch. Die neue Methode hingegen, für die die bakterielle Immunabwehr Pate stand, ist schneller, präziser und kostengünstiger, da sie mit weniger Komponenten auskommt und auch lange Gen-Sequenzen ansteuern kann.

Dadurch ist sie auch vielseitiger, denn durch kleinere Veränderungen lässt sie sich an verschiedene Anwendungen anpassen. „Das CRISPR-Cas-System ist ein sehr leistungsfähiges Werkzeug für die Gentechnik“, sagt Emmanuelle Charpentier, die mit ihrem Team Ende vergangenen Jahres aus dem schwedischen Umeå ans HZI gewechselt ist und 2013 mit der angesehenen Humboldt-Professur ausgezeichnet wurde. „Wir haben das Enzym Cas9 und die duale tracrRNA-cdRNA in zahlreichen unterschiedlichen Bakterienstämmen untersucht und verglichen.“

Anhand ihrer Ergebnisse können die Forscher die Cas9-Proteine aus verschiedenen Bakterien in Gruppen einteilen. Innerhalb der Gruppen sind die Komponenten des CRISPR-Cas-Systems austauschbar, zwischen den Gruppen hingegen nicht.

Das ermöglicht neue Wege für die Nutzung der Technik im Labor: Die Enzyme aus verschiedenen Gruppen können kombiniert und so mehrere Änderungen in der Ziel-DNA gleichzeitig vorgenommen werden. Denkbar ist dadurch beispielsweise eine Therapie von Erbkrankheiten, die durch mehrere Mutationen im Erbgut des Patienten verursacht werden. Auch für die Bekämpfung des AIDS-Erregers HIV ließe sich die Methode nutzen: Das Virus nutzt einen Rezeptor der menschlichen Immunzellen, um diese zu infizieren. Mittels CRISPR-Cas ließe sich das Gen für den Rezeptor aus den Immunzellen entfernen, dadurch würden die Patienten immun gegen das Virus. Bis sich diese Zukunftsvision realisieren lässt, ist allerdings noch viel Forschungsarbeit notwendig.

Dennoch zeigen die Beispiele, wie viel Potential in CRISPR-Cas steckt: „Manche Kollegen vergleichen die Technik bereits mit der PCR“, sagt Charpentier. Diese in den 1980er Jahren entwickelte Methode zum „Kopieren“ von Nukleinsäuren ermöglicht es, winzige Mengen von DNA so stark zu vervielfältigen, dass sie biochemisch untersucht werden kann. Ohne diese Technologie, die das molekularbiologische Arbeiten revolutioniert hat, wären viele heute alltägliche Experimente nicht denkbar.

Dabei war Charpentier eigentlich nicht auf der Suche nach neuen Methoden der Molekularbiologie. „Ursprünglich haben wir nach neuen Angriffszielen von Antibiotika gesucht. Entdeckt haben wir etwas ganz anderes“, sagt Charpentier. Durchaus keine Seltenheit in der Forschung, schließlich wurden einige der bedeutendsten Entdeckungen „nebenbei“ oder zufällig gemacht.

Originalpublikation:
Ines Fonfara, Anaïs Le Rhun, Krzysztof Chylinski, Kira Makarova, Anne-Laure Lécrivain, Janek Bzdrenga, Eugene V. Koonin, Emmanuelle Charpentier
Phylogeny of Cas9 determines functional exchangeability of dual-RNA and Cas9 among orthologous type II CRISPR-Cas systems

Nucleic Acids Research, 2013, DOI: 10.1093/nar/gkt1074

Die Abteilung Regulation in der Infektionsbiologie untersucht, wie die Expression von bakterieller RNA und bakteriellen Proteinen gesteuert wird. Diese beiden Faktoren haben entscheidenden Einfluss auf Beginn und Verlauf von Infektionen.

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI)
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. http://www.helmholtz-hzi.de

Dr. Jan Grabowski | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-hzi.de
http://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/leistungsfaehiges_werkzeug_fuer_die_gentechnik/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur
17.08.2017 | Deutsches Krebsforschungszentrum

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten