2023 Autor: Agatha Gilson | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-21 04:40
Wir haben seit 2012 von CRISPR gehört, und die Aufregung über dieses molekulare Werkzeug, mit dem eine DNA-Sequenz im Genom eines lebenden Organismus hinzugefügt, entfernt oder ausgetauscht werden kann, hat zugenommen. In der Zwischenzeit werden in der Grundlagenforschung weiterhin Probleme mit dem jungen Bereich behoben, beispielsweise die jüngsten Erkenntnisse, dass die Intervention ein Krebsrisiko mit sich bringen könnte. Aber wie genau funktioniert es und welches Potenzial hat es, die Medizin zu verändern? Hier sind fünf Dinge, die Kliniker wissen sollten.
1. CRISPR wurde von einem auf Nukleinsäuren basierenden Mechanismus inspiriert, den Bakterien einsetzen, um Viren zu erkennen und aus ihren Genomen zu entfernen.
CRISPR steht für "Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats", bei denen es sich um wiederholte kurze DNA-Sequenzen handelt, bei denen es sich um Palindrome handelt (die in beide Richtungen gleich sind), die mit kurzen, nicht wiederholten "Spacern" durchsetzt sind. CRISPRs wurden ursprünglich in Archaeen und Bakterien entdeckt, wo die Spacer DNA-Stücke von infizierenden Viren waren.
Die Spacer werden in kurze CRISPR-RNAs transkribiert, die ein schneidendes Enzym wie Cas9 (CRISPR-assoziiertes Protein 9) anziehen. Der Komplex von CRISPR-Cas9 durchsucht dann die DNA nach passenden Spacersequenzen und schneidet sie mithilfe der natürlichen DNA-Reparatur aus, indem die Doppelhelix über beide Stränge gebrochen wird. Auf diese Weise kann eine Bakterienzelle bei zukünftigen Begegnungen virale DNA-Teile erkennen und diese sofort entfernen, ähnlich wie das Immunsystem eines Tieres.
Cas9 war das erste DNA-schneidende Enzym, das mit CRISPRs verwendet wurde. Andere mit unterschiedlichen Zielen sind Cas13 und CPF1.
2. CRISPR wurde für die Biotechnologie umgerüstet und verwendet synthetisierte "Leit-RNAs", um selektiv auf eine bestimmte DNA-Sequenz abzuzielen.
Die Leit-RNAs, die den in ein Bakteriengenom eingebetteten Zielvirussequenzen entsprechen, ziehen Cas9 oder ein anderes Enzym an die Stelle im Genom, an der ein Forscher wie eine Drohne eingreifen möchte. Darin liegt die Vielseitigkeit der Technologie: Leit-RNAs können so gestaltet werden, dass sie eine bestimmte DNA-Sequenz hinzufügen, ersetzen oder entfernen.
Strategien zur Behandlung von Sichelzellenerkrankungen veranschaulichen den Eklektizismus von CRISPR und die Kreativität der Forscher. In einem Ansatz kultivierten die Forscher beispielsweise induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) aus Hautfibroblasten von Patienten und verwendeten dann CRISPR-Cas9, um eine Kopie der Einzelbasenmutation zu korrigieren, die die Krankheit verursacht. Die roten Blutkörperchen, die von den veränderten iPS-Zellen abstammen, produzieren adultes Beta-Globin und sind nicht sichelförmig. In einem anderen Ansatz verwendeten die Forscher unter Verwendung von hämatopoetischen Stammzellen CRISPR-Cas9, um kleine Deletionen in einem Gen, BCL11A, zu schneiden, das den molekularen Wechsel vom fetalen zum adulten Hämoglobin reguliert. Die nachkommenden roten Blutkörperchen produzieren fötales Hämoglobin und stellen die Sauerstofftransportkapazität des Blutes wieder her.
3. Die CRISPR-Geneditierung ist präziser als das traditionelle Konzept der Gentherapie.
Die in den 1990er Jahren Pionierarbeit in der Gentherapie führte Kopien von (funktionellen) Wildtyp-Genen ein, die bei einer bestimmten Krankheit unter Verwendung viraler Vektoren, Liposomen oder direkt durch Elektroporation deletiert oder mutiert werden. Es fügte Gene hinzu; es hat sie nicht ersetzt, wie es CRISPR kann.
Obwohl CRISPR einige der gleichen viralen Vektoren wie die Gentherapie verwendet, ist die Ladung gezielter. In der traditionellen Gentherapie liegt das eingeführte Gen entweder außerhalb der Chromosomen in einem DNA-Ring, der als Episom bezeichnet wird, oder integriert sich zufällig oder an einer von mehreren Bindungsstellen in ein Chromosom. (Eine Gentherapie, die ein Onkogen unerwartet störte, verursachte Leukämie bei Jungen, die 2002 erfolgreich wegen einer angeborenen Immunschwäche behandelt worden waren und das Feld 2 Jahre lang entgleist.) CRISPR deponiert stattdessen seine Ladung dort, wo die Leit-RNA sie hinführt: zu einem Prä-Gen. festgelegte, genaue Position im Genom. Diese Präzision ist der Grund, warum CRISPR eher als "Gen-Editing" als als "Gentherapie" bezeichnet wird.
4. Patienten haben möglicherweise eine überhöhte Vorstellung von den aktuellen Anwendungen von CRISPR.
Patienten, die das letzte 60-Minuten-TV-Segment über CRISPR gesehen haben, könnten zu dem Schluss kommen, dass wir am Rande einer verlockenden Reihe neuer Heilmittel stehen. Eine schnelle Überprüfung der Datenbank ClinicalTrials.gov zeigt jedoch nur eine Handvoll Studien mit CRISPR, und die Hälfte davon verändert die Zellen der Patienten ex vivo, die dann an ihren Körper abgegeben werden müssen.
Die erste klinische Studie für eine traditionelle Gentherapie fand 1990 statt. Die erste FDA-Zulassung für eine Gentherapie zur Behandlung einer Mendelschen Erkrankung erfolgte jedoch fast 28 Jahre später, im Dezember 2017. Für Luxturna wurde eine Form der Netzhautblindheit behandelt. CRISPR liegt weit zurück, aber die Aufregung und Energie können eine beschleunigte regulatorische Entwicklung vorantreiben.
In der Zwischenzeit werden präklinische Arbeiten für verschiedene Einzelgenerkrankungen durchgeführt, darunter Leber-angeborene Amaurose 10, Usher-Syndrom, Beta-Thalassämie, Duchenne-Muskeldystrophie, Mukoviszidose, Transthyretin-Amyloidose, Alpha-1-Antitrypsin-Mangel und primäre Hyperoxalurie Typ 1 als CAR-T-Ansätze gegen Krebs (siehe Editas Medicine, Intellia Therapeutics und CRISPR Therapeutics).
5. Die Anwendungen von CRISPR gehen über die Medizin hinaus und können zu Kontroversen führen.
Die Wurzeln von CRISPR reichen bis in die 1980er Jahre zurück und untersuchen homologe genetische Rekombination und DNA-Reparatur. Als Biotechnologie hat sich CRISPR jedoch seit 2012 in schwindelerregendem Tempo entwickelt, nicht ohne Drama. Die fortlaufende Geschichte umfasst nun einen erbitterten Patentstreit, Kontroversen über potenzielle "Designerbabys" und Keimbahnveränderungen sowie die Befürchtung, Schädlinge bis zum Aussterben der Arten zu bekämpfen.
Aktuelle Berichte bieten eine Vielzahl von CRISPR-Anwendungen:
- Schaffung von "Gen-Antrieben", um Mücken zu besiegen, die Malariaparasiten oder das Zika-Virus übertragen
- Ausschalten von Onkogenen oder Einschalten von Tumorsuppressorgenen bei soliden Tumoren
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Ersetzen einer dominanten Mutation in einem Gen (MYBPC3), das eine hypertrophe Kardiomyopathie verursacht, in befruchteten menschlichen Eizellen
- Entwicklung von Cas-Enzymen zur Emission eines Fluoreszenzsignals als Diagnose für HPV, Zika-Virus-Krankheit und Dengue-Fieber.
