Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Struktur eines neuen Werkzeugs für Gentherapie aufgeklärt

07.02.2014
Auch Bakterien verfügen über ein Immunsystem – und dieses könnte in der Molekularen Medizin auch für den Menschen wichtig werden

Ein besonderes Schneideprotein der bakteriellen Abwehr gegen Viren kann nämlich die Buchstabenfolge der DNA lesen und diese ganz gezielt schneiden. Biochemiker der Universität Zürich zeigen den Wirkmechanismus erstmals in Bildern.

Krankmacher können auch selber krank werden: Wie Mensch und Tier werden auch Bakterien von Viren angegriffen, so etwa von Bakteriophagen. Als Schutz haben viele Bakterien eine Art Immunsystem entwickelt. Mithilfe eines spezifischen Abwehrsystems können die Bakterien fremde DNA-Abschnitte, die Viren eingeschleust haben, erkennen und zerstören. Ein zentraler Bestandteil dieses sogenannten CRISPR-Abwehrsystems (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ist ein bestimmtes Protein, das Protein Cas9. Dieses kann in Zusammenarbeit mit bestimmten kurzen RNA-Sonden die fremde DNA gezielt erkennen, schneiden und so deaktivieren.

«Das Cas9-Protein funktioniert wie eine molekulare Schere», erklärt Prof. Martin Jinek vom Biochemischen Institut der Universität Zürich. Eine Fähigkeit, die bald nicht nur für die Bakterien nützlich sein könnte: Das Schneideprotein könnte auch der Molekularen Medizin und der Gentherapie zugutekommen, denn es kann bestimmte Buchstabenfolgen im genetischen Code genau erkennen und dort schneiden. Jinek kann nun im Wissenschaftsjournal «Science» erstmals die 3D-Struktur dieses Cas9-Proteins und dessen grundlegenden Wirkungsmechanismus zeigen.

Bakterielles Protein kann DNA hochpräzis schneiden

Die Bilder aus der Röntgenstrukturanalyse und der Elektronenmikroskopie sind faszinierend: Das Cas9-Protein ist ein halbmondförmiges Molekül mit zwei Lappen, welche Gruben enthalten, die schliesslich an die RNA-Sonden und an die fremde DNA binden. Die Aufnahmen der beiden Forschungsgruppen um Martin Jinek vom Biochemischen Institut und um Prof. Jennifer Doudna und Prof. Eva Nogales der University of California in Berkeley enthüllen erstmals auch den Schneidemechanismus des Moleküls Schritt für Schritt: Beim gleichzeitigen Binden an die RNA-Sonden und die fremde DNA verändert das Protein seine dreidimensionale Struktur drastisch, die beiden Lappen berühren sich und bilden einen Kanal, in dem schliesslich das Schneiden der DNA erfolgt. «Wichtig zu erkennen ist, dass das Protein nicht eigenständig schneiden kann, sondern die Bindung an die kurze RNA-Sonde braucht, um die richtige Form anzunehmen und die richtige DNA zu erkennen», erklärt der Zürcher Biochemiker.

Hohes Potenzial für die Gentherapie

Das Verständnis von Mechanismus und Struktur des Cas9-Proteins ist gemäss Jinek wichtig, wenn dieses später als Werkzeug in der Gentherapie genutzt werden soll. Durch gezielte Veränderungen könnte das Schneideprotein künftig auch eine Ziel-DNA in gewünschter Art und Weise schneiden – und so bestenfalls eine «präzise Korrektur eines Genabschnittes vornehmen, der zu einer Generkrankung führt», blickt Jinek in die Zukunft. Das Potenzial des Proteins werde hoch eingeschätzt, so der Biochemiker: Das «Science Magazine» hatte letztes Jahr das Cas9-Protein als revolutionäres Werkzeug der Gentechnik in den «Top 10 Breakthroughs of 2013» aufgeführt.

Literatur:

Martin Jinek, Eva Nogales, Jennifer A. Doudna et al. Structures of Cas9 endonucleases reveal RNA-mediated conformational activation. Science, February 6, 2014. Doi:10.1126/science.1247997

Bettina Jakob | Universität Zürich
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik