Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

15.12: CRISPR
INHALTSVERZEICHNIS

Your institution must subscribe to JoVE's JoVE Core collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

PROTOKOLLE

15.12: CRISPR

Die Technologien zur Bearbeitung des Genoms erlauben es Wissenschaftlern, die DNA eines Organismus zu modifizieren. Dies geschieht, indem sie genetisches Material an bestimmten genomischen Orten hinzufügen, entfernen oder neu anordnen. Diese Art von Techniken könnten potenziell zur Heilung von genetischen Störungen wie Hämophilie und Sichelzellanämie eingesetzt werden. Ein beliebtes und weit verbreitetes Forschungsinstrument zur DNA-Bearbeitung ist das CRISPR-Cas9-System. Es hat bereits in der Vergangenheit zur Herstellung von sicheren und wirksamen Heilmitteln für genetische Störungen geführt. CRISPR-Cas9 steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats und CRISPR-assoziiertes Protein 9. Ein CRISPR-Cas9-Basissystem besteht aus einer Cas9-Endonuclease und einer kleinen RNA, die Cas9 zur Ziel-DNA führt.

Ihre Herkunft

CRISPR-Sequenzen wurden erstmals in Bakterien beobachtet und später in Archaeen identifiziert. Die Forscher entdeckten, dass das CRISPR-Cas9-System einer adaptiven Immunabwehr gegen eindringende Viren dient. Viele Bakterien und die meisten Archaeen fangen kurze Sequenzen der Virus-DNA ein, um eine Bibliothek von Virus-DNA-Segmenten, sogenannte CRISPR-Arrays, zu erstellen. Wenn Prokaryonten erneut dem gleichen Virus oder der gleichen Virusklasse ausgesetzt werden, werden CRISPR-Arrays verwendet, um kleine RNA-Segmente zu transkribieren. Diese helfen dabei, virale Eindringlinge zu erkennen und anschließend die virale DNA mit Cas9 oder einer ähnlichen Endonuklease zu zerstören.

Verwendung der CRISPR-Cas9 Technologie

Das CRISPR-Cas9 wird üblicherweise im Labor verwendet, um DNA zu entfernen und eine neue DNA-Sequenz an ihrer Stelle einzufügen. Um dies zu erreichen, müssen die Forscher zunächst ein kleines RNA-Fragment (Leit-RNA) mit einer kurzen Sequenz (Leitsequenz) erstellen, die an eine bestimmte Zielsequenz auf der genomischen DNA anbindet. Die Leit-RNA kann auch mit Cas9 (oder anderen Endonukleasen wie Cpf1) assoziieren. Die Leit-RNA und das Cas9-Protein werden der angepeilten Zelle zugeführt, wo die Leit-RNA die Ziel-DNA-Sequenz identifiziert und Cas9 sie spaltet.

Die Maschinerie der Zelle repariert dann die gebrochenen Stränge durch Einfügen oder Löschen von zufälligen Nucleotiden. Dadurch wird das Zielgen inaktiviert. Alternativ kann eine maßgeschneiderte DNA-Sequenz zusammen mit der Leit-RNA und Cas9 in die Zelle eingeführt werden. Diese dient als Vorlage für die Reparaturmaschinerie und ersetzt die ausgeschnittene Sequenz. Diese Methode ist hochwirksam, um bestimmte Gene “auszuschalten”, zu untersuchen oder ein mutiertes Gen durch eine normale Kopie zu ersetzen, in der Hoffnung, eine Krankheit heilen zu können.

Ethische und praktische Erwägungen beim Menschen

Aufgrund der signifikanten gentechnischen Möglichkeiten des CRISPR-Cas9-Systems gab es eine große Debatte hinsichtlich seiner Verwendung. Besonders wurde die Verwendung des CRISPR-Cas9-Systems im Hinblick auf die Modifizierung von Embryos diskutiert. Ein chinesischer Wissenschaftler behauptete kürzlich, genomeditierte Babys mit Hilfe der CRISPR-Technologie erzeugt zu haben. So konnte er ein an der Entstehung von HIV-Infektionen beteiligtes Gen deaktivieren. Dies führte zu einem weltweiten Aufschrei von Wissenschaftlern, die über die ethischen und sicherheitstechnischen Aspekte des Verfahrens besorgt sind. Viele haben den Schritt als verfrüht bezeichnet, während andere Bedenken wegen der genomischen Auswirkungen des Verfahrens geäußert haben. Obwohl die Zahl der möglichen biotechnologischen Anwendungen für das CRISPR-Cas9-System zahlreich ist, sollte man zukünftige Herausforderungen berücksichtigen, die sich aus dem Einsatz des Systems ergeben können.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter