Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein «Delete-Knopf» für die DNA

03.03.2017

Forschende unter der Leitung des Molekularbiologen Rory Johnson der Universität Bern haben eine Software entwickelt, mit der Teile der menschlichen DNA rasch und einfach aus lebenden Zellen gelöscht werden können. Die Software wird zu einem besseren Verständnis der «Dunklen Materie» unserer DNA führen, der sogenannten nicht-codierenden DNA, und könnte die Suche nach krankheitsverursachenden Genen sowie neuen Therapien erleichtern.

Die Genomik untersucht, wie unser Genom, die Gesamtheit unserer DNA (Desoxyribonukleinsäure), den Menschen definiert, und wie aus Fehlern in der DNA Krankheiten entstehen. Bis vor kurzem war sie eine «schreibgeschützte» Wissenschaft:


Der DNA-Löschvorgang: Cas9 Proteine (Scheren) werden durch sgRNAS an ihr Ziel geführt (orange Bänder). Die Zielstelle wird ausgeschnitten. CRISPETa führt die «Scheren» präzise und rasch ans Ziel.

© Pulido-Quetglas et al, CCBY.

Mittels technischer Hilfsmittel konnten genetische Sequenzen und ihre regulatorischen Bereiche abgelesen werden – es gab aber keine Möglichkeit, DNA zu editieren oder zu löschen, weder für die Grundlagendforschung, noch für potenzielle therapeutische Zwecke. Erst mit der Entdeckung der «CRISPR/Cas9»-Methode vor ein paar Jahren wurde dies möglich.

CRISPR/Cas9 ist ein molekulares Tool, bestehend aus zwei Komponenten: Einem sogenannten molekularen Strichcode («sgRNA»), der von Forschenden verwendet wird, um eine bestimmte Stelle im Genom zu finden, und einem Protein, Cas9, welches an eine bestimmte Struktur in der sgRNA andockt.

Mit diesen Komponenten kann nun die DNA bearbeitet werden – so können etwa kleine Mutationen eingeführt oder die Aktivität von Genen reguliert werden. CRISPR/Cas9 wurde bisher hauptsächlich eingesetzt, um Protein-kodierende Gene (welche zur Bildung von Proteinen führen) auszuschalten.

Unser Genom besteht jedoch zu 99 Prozent aus Genen, die keine Proteine codieren. Diese sogenannte «nicht-codierende DNA» wird auch als «Dunkle Materie» unseres Genoms bezeichnet und ist grundlegend für das Verständnis sämtlicher Aspekte der menschlichen Biologie, der Evolution und von Krankheiten. Bis anhin fehlten experimentelle Werkzeuge, um die nicht-codierende DNA zu untersuchen. CRISPR/Cas9 macht auch dies möglich.

Tool für potenzielle Therapien

Ein internationales Team um Prof. Rory Johnson vom Departement Klinische Forschung der Universität Bern und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt NCCR RNA & Disease hat nun eine revolutionäre Software entwickelt, welche das bisher sehr aufwendige Löschen bestimmter nicht-codierender DNA-Stellen so einfach macht, dass es für die Forschung und Suche nach neuen Therapieansätzen breit eingesetzt werden kann.

Forschende um Johnson hatten am spanischen Centre for Genomic Regulation in Barcelona kürzlich bereits ein auf CRISPR/Cas9 basierendes Tool namens «DECKO» entwickelt, mit dem jede gewünschte Stelle nicht-codierender DNA gelöscht werden kann. Der einzigartige Vorteil von DECKO ist, dass zwei sogenannte sgRNAs (single guide RNAs, zwei künstlich hergestellte RNA-Moleküle) benutzt werden, die wie zwei molekulare Scheren ein Stück DNA aus dem DNA-Strang herausschneiden können. Forschende weltweit haben diese einfache und effektive Methode bereits übernommen.

Während der Arbeit an DECKO realisierte die Gruppe um Johnson, dass es keine Software gab, mit der dieses benötigte sgRNA Molekül-Paar designt werden konnte, was Experimente zum Löschen von DNA zeitaufwendig machte. Aus diesem Grund wurde der Master-Student Carlos Pulido aus der Gruppe beauftragt, dafür eine Software zu schreiben. Mit der Hilfe von Forschenden im Labor, die mittels Experimenten nachwiesen, dass tatsächlich die gewünschten Stellen in menschlichen Zellen gelöscht wurden, entstand so das Programm «CRISPETa».

«CRISPETa ist eine leistungsfähige und flexible Lösung, um CRISPR-Löschexperimente zu gestalten», sagt Rory Johnson. Forschende können CRISPETa die Stelle angeben, die sie löschen wollen, und die Software liefert zwei optimierte Gen-Scheren (sgRNA-Moleküle), die direkt eingesetzt werden können. «Einer der Hauptvorteile von CRISPETa ist, dass es über eine benutzerfreundliche Website zugänglich ist und so von allen Forschenden in der Biomedizin genutzt werden kann», sagt Johnson.

Auf einfache Weise kann so eine vermutlich funktionale Stelle in nicht-codierender DNA gelöscht werden, um herauszufinden, ob sich etwas in der zellulären oder molekularen Aktivität ändert. So kann die Software auch dabei helfen, potenzielle Therapien zu entwickeln – etwa indem eine Stelle von nicht-codierender DNA gelöscht wird, von der vermutet wird, dass sie eine bestimmte Krankheit auslöst.

«Wir hoffen, dass dieser ‹Delete-Knopf› möglichst vielen Forschungsgruppen zugute kommt, die sich mit der Löschung von DNA mittels CRISPR befassen», sagt Carlos Pulido, der Student, der CRISPETa programmiert hat. «CRISPR und andere Genom-editierende Tools werden unser Verständnis der genetischen Ursachen von Krankheiten revolutionieren – besonders in den 99 Prozent der DNA, die keine Proteine codiert», ist Johnson überzeugt. Die Forschenden hoffen, dass damit die Ursachen von Krankheiten nicht nur untersucht, sondern krankheitsverursachende Mutationen künftig auch rückgängig gemacht werden könnten.

Die Studie zu CRISPETa wurde nun im Journal PLOS Computational Biology publiziert. Sie wurde vom Spanischen Staat, der EU und teilweise vom Schweizerischen Nationalfonds durch den Nationalen Forschungsschwerpunkt «NCCR RNA & Disease» unterstützt.

Publikationsangaben:
Pulido-Quetglas C, Aparicio-Prat E, Arnan C, Polidori T, Hermoso T, Palumbo E, et al.: Scalable Design of Paired CRISPR Guide RNAs for Genomic Deletion. PLoS Comput Biol (2017) 13(3): e1005341. doi:10.1371/journal.pcbi.1005341

Weitere Informationen:

http://www.unibe.ch/aktuell/medien/media_relations/medienmitteilungen/2017/index...
http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1005341
http://crispeta.crg.eu/

Nathalie Matter | Universität Bern

Weitere Berichte zu: CRISPR Cas9 Disease Dunkle Materie Genom Proteine RNA dna genetische Sequenzen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klettverschluss für menschliche Zellen
16.01.2019 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft
16.01.2019 | Universität Bern

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: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Im Focus: Roter Riesenvollmond in den Morgenstunden des 21. Januar

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Frühaufsteher sind diesmal im Vorteil: Wer am Morgen des 21. Januar 2019 vor 6:45 Uhr einen Blick an den Himmel wirft, kann eine totale Mondfinsternis bestaunen. Dann leuchtet der sonst so strahlende Vollmond zwischen den Sternbildern Zwillingen und Krebs glutrot.

Um das Finsternis-Spektakel in seiner gesamten Länge zu verfolgen, muss man allerdings sehr früh aus dem Bett: Kurz nach 4:30 Uhr beginnt der Mond sich langsam...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Unsere digitale Gesellschaft im Jahr 2040

16.01.2019 | Veranstaltungen

Superbeschleuniger im Fokus

16.01.2019 | Veranstaltungen

BMBF-Technologiegespräch: „Materialinnovationen und Start-up“

16.01.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Unsere digitale Gesellschaft im Jahr 2040

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Superbeschleuniger im Fokus

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

BMBF-Technologiegespräch: „Materialinnovationen und Start-up“

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics