Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue CRISPR-Methode enthüllt Genregulation einzelner Zellen

19.01.2017

Zwei revolutionäre Werkzeuge der biomedizinischen Forschung bilden die Grundlage für eine neue Technologie zur Analyse der Genregulation: WissenschaftlerInnen des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kombinieren CRISPR-„Genscheren“ mit der RNA-Sequenzierung einzelner Zellen. Die in Nature Methods publizierte Methode ermöglicht Einblicke in die genetische Steuerung von menschlichen Zellen in bisher unerreichtem Ausmaß und Detail.

Das als „Genscheren“ bekannt gewordenen CRISPR/Cas9-Verfahren, dessen Entdeckung als nobelpreisverdächtig gilt, ist ein wichtiges Werkzeug der biomedizinischen Forschung. WissenschaftlerInnen suchen damit nach neuen biologischen Mechanismen, indem sie viele Zellen mit CRISPR genetisch verändern. Anschließend wird gezählt, welche Gene die Überlebensfähigkeit der Zellen in bestimmten Experimenten erhöhen.


Mikro-Tropfen mit einzelnen, CRISPR-editierten Zellen

Paul Datlinger/CeMM


Christoph Bock, Forschungsgruppenleiter am CeMM

Wolfgang Däuble/CeMM

Diese Methode eignet sich besonders für technisch einfachere Fragestellungen, die das Wachstum und das Überleben von Zellen betreffen – zum Beispiel für die Suche nach Genen, die Krebszellen vor einer Chemotherapie schützen oder die eine Virusinfektion abwehren. Um jedoch die komplexen Abläufe der Genregulation einer Zelle zu verstehen, reicht der Ansatz nicht aus. Stattdessen mussten die Zellen bisher separat genetisch verändert, separat kultiviert und auch separat auf die Aktivität ihrer Gene untersucht werden – ein zeitaufwendiger und teurer Prozess.

Hier schafft das Team von Christoph Bock, Forschungsgruppenleiter am CeMM, mit einer neu entwickelten Methode Abhilfe: Diese kombiniert CRISPR mit einer Spezialtechnologie zur Einzelzell-Sequenzierung, bei der die Genaktivitäten jeder einzelnen Zelle ohne vorherige Separierung bestimmt werden können. Damit gelang es dem Team, die komplexen Auswirkungen der CRISPR-induzierten Genveränderungen auf die Genaktivität in Tausenden von Einzelzellen parallel zu analysieren. So konnten sie das Zusammenspiel von Genen und Genregulation in hoher Auflösung und für sehr viele Gene gleichzeitig aufklären. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Methods veröffentlicht (DOI: 10.1038/nmeth.4177)

Das „CROP-seq“ (Kurzform für “CRISPR droplet sequencing”) getaufte Verfahren verbindet zwei moderne Technologien auf elegante Weise: Eine von Erstautor Paul Datlinger eigens für diese Studie entworfene Genfähre macht die CRISPR guide-RNA, mit der die Genscheren zu ihrer Schnittstelle im Genom geführt werden, für die RNA-Sequenzierung sichtbar. Anschließend wird mit neuesten Methoden zur Einzelzell-Sequenzierung („droplet RNA sequencing“) die Aktivität der Gene ausgelesen – mit ausreichendem Durchsatz, um den Effekt von Genomveränderungen in tausenden einzelner Zellen charakterisieren zu können.

Mit CROP-seq ist es erstmals gelungen, Genregulation genomweit mit hohem Durchsatz und mit Einzelzell-Genauigkeit zu untersuchen. Dank der sinkenden Preise für die RNA-Sequenzierung einzelner Zellen könnten mit dieser Methode in den nächsten Jahren die ersten vollständigen Karten der regulativen Effekte aller 23.000 Gene des menschlichen Genoms erstellt werden.

„Am CeMM werden wir CROP-seq besonders dazu verwenden, das Zusammenspiel von genetischen und epigenetischen Faktoren bei der Entstehung von Leukämie zu untersuchen“, erklärt Christoph Bock, dessen Labor vor kurzen ein vom Europäischen Wissenschaftsrat (ERC) finanziertes Projekt zur Epigenom-Programmierung in Krebszellen gestartet hat. „Wenn wir verstehen, wie im Reagenzglas aus einer gesunden Zelle eine Krebszelle wird, dann können wir diesen Prozess gezielt stören und vielleicht auch umkehren.“

Die CROP-seq Methode wurde als „Open Source“ entwickelt. Alle Daten, Protokolle, Reagenzien und die Software werden vom CeMM frei und offen zur Verfügung gestellt, so dass andere WissenschaftlerInnen die neue Methode schnell und einfach für ihre eigenen Forschungen nutzen können. So soll die effektive Weiterführung der gewonnen Erkenntnisse sichergestellt werden – ein Bestreben, das für die Forschung am CeMM einen hohen Stellenwert einnimmt.

###

Bilder im Anhang: 1.: Mikro-Tropfen mit einzelnen, CRISPR-editierten Zellen (© Paul Datlinger/CeMM) 2.: Hochdurchsatz-Mikrofluidanlage um einzelne, CRIPSR-editierte Zellen in Mikro-Tropfen einzufangen (© Paul Datlinger/CeMM) 3.: Christoph Bock, Forschungsgruppenleiter am CeMM (© Wolfgang Däuble/CeMM), 4.: Eine Wissenschaftlerin in Christoph Bocks Labor analysiert die Genregulation (© Wolfgang Däuble/CeMM)

Die Studie “Pooled CRISPR screening with single-cell transcriptome readout” erschien am 18. Januar 2017 in der Zeitschrift Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.4177

Autoren: Paul Datlinger, André F Rendeiro, Christian Schmidl, Thomas Krausgruber, Peter Traxler, Johanna Klughammer, Linda C Schuster, Amelie Kuchler, Donat Alpar, Christoph Bock

Förderung: Die Studie wurde durch einen New Frontiers Grant der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und einen ERC Starting Grant des Europäischen Wissenschaftsrates gefördert.

Christoph Bock ist Genom-Wissenschaftler und Forschungsgruppenleiter am CeMM. Seine Ausbildung in den Bereichen Bioinformatik und Epigenetik hat er mit einem Doktortitel am Max-Planck-Institut für Informatik abgeschlossen, und er hat als Postdoc am Broad Institute und der Harvard-Universität in den USA gearbeitet. Er erforscht die Rolle der Epigenetik bei der Entstehung von Krankheiten. Außerdem koordiniert er die Biomedical Sequencing Facility (BSF) des CeMM und der Medizinischen Universität Wien und leitet das gemeinsame Personal Genome Projekt „Genom Austria“ am CeMM.
http://www.cemm.oeaw.ac.at/research/groups/christoph-bock-group/

Das CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist eine internationale, unabhängige und interdisziplinäre Forschungseinrichtung für molekulare Medizin unter wissenschaftlicher Leitung von Giulio Superti-Furga. Das CeMM orientiert sich an den medizinischen Erfordernissen und integriert Grundlagenforschung sowie klinische Expertise um innovative diagnostische und therapeutische Ansätze für eine Präzisionsmedizin zu entwickeln. Die Forschungsschwerpunkte sind Krebs, Entzündungen, Stoffwechsel- und Immunstörungen, sowie seltene Erkrankungen. Das Forschungsgebäude des Institutes befindet sich am Campus der Medizinischen Universität und des Allgemeinen Krankenhauses Wien.

www.cemm.at

Für Rückfragen wenden Sie sich bitte an:
Mag. Wolfgang Däuble
Media Relations Manager

CeMM
Research Center for Molecular Medicine
of the Austrian Academy of Sciences
Lazarettgasse 14, AKH BT 25.3
1090 Vienna, Austria
Phone +43-1/40160-70 057
Fax +43-1/40160-970 000
wdaeuble@cemm.oeaw.ac.at

www.cemm.at

Mag. Wolfgang Däuble | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: CRISPR CeMM Epigenetik Genom Genregulation Krebszellen Medizin Molekulare Medizin Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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