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 Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie