Enzym Cas13

Neue Genschere funktioniert auch bei Coronavirus

von Robert Klatt

Eine neue Genschere kann auch RNA-basierte-Strukturen wie den Coronavirus manipulieren. Das bisherige CRISPR/Cas9-Verfahren war hingegen auf DNA beschränkt.

New York (U.S.A.). Das molekularbiologische Werkzeug CRISPR/Cas9 gilt als eine der größten Innovationen, die die Wissenschaft in den letzten Jahren hervorgebracht hat. Mit der sogenannten Genschere kann das Erbgut von Lebewesen einfacher zu präziser manipuliert werden als zuvor. Es ist so beispielsweise möglich, dass die Medizin Grundlagenwissen über die Gene von Krankheiten erlangt, das nötig ist, um daraus neue Therapiemöglichkeiten abzuleiten. Die Genschere CRISPR/Cas9 soll aber auch die Erträge der Landwirtschaft erhöhen. Außerdem sind in Russland Gen-Experimente an Babys geplant, die auch aus Sicht des Deutschen Ethikrats umstritten sind.

Bisher konnte die Genschere allerdings nur DNA manipulieren, RNA, die zum Beispiel im kürzlich entschlüsselten Coronavirus auftritt, konnte CRISPR/Cas9 hingegen nicht verändern. Eine Weiterentwicklung die auch RNA untersuchen und angreifen kann, ist deshalb zum besseren Verständnis vieler Viren aber auch um die RNA in menschlichen Zellen verändern zu können nötig.

Neue Genschere funktioniert auch bei RNA

Wissenschaftler des New York Genome Center (NYGC) und der New York University (NYU) haben nun im renommierten Fachmagazin Nature Biotechnology eine Weiterentwicklung des CRISPR-Verfahrens vorgestellt, das auch bei RNA funktioniert. Als Basis diente den Forschern um Hans-Herrmann Wessels das kürzlich entdeckte CRISPR-Enzyms Cas13, das im Gegensatz zum Cas9-Enzym nicht nur DNA, sondern auch RNA schneiden kann.

Anschließend entwickelten die Wissenschaftler mithilfe des Schneideenzyms eine Screening-Plattform, bei der die Genschere die Durchmusterung von Zellen auf RNA-Ebene ermöglicht. Das neue Verfahren ermöglicht dabei, dass viele Stellen im Genom gleichzeitig durch die Genschere untersucht werden.

Besseres Verständnis der RNA-Prozesse

Die Wissenschaftler erhoffen sich von der neuen Screening-Technologie die Prozesse der RNA-Regulierung besser verstehen zu können. Cas13 soll aber auch neue Therapieansätze für die Medizin liefern, weil eine Veränderung der RNA die Genexpression beeinflussen kann. Es ist so unter anderem möglich einzelne Gene auszuschalten, ohne dass dabei das Genom dauerhaft verändert wird.

Neville Sanjana, Co-Autor der Studie konstatiert, dass „RNA-angreifende Cas13-Enzyme große Relevanz für die Molekularbiologie und medizinische Anwendungen haben werden.“ Wie er erklärt, „ist bisher allerdings wenig darüber bekannt, was die effektivsten Führungs-RNAs für Genscheren auf dieser Basis sind.“ Führungs-RNAs sind Abschnitte, die die Genschere benötigt, um ihr jeweiliges Ziel zu erkennen.

Präzise Führungs-RNA nötig

Damit bei der Manipulation der RNA-Struktur keine Fehler passieren, ist es möglichst präzise Führungs-RNA nötig. Um herauszufinden, welche RNA-Sequenzen dazu genutzt werden können, haben die Wissenschaftler ein Screeningverfahren angewandt, das es ermöglicht verschiedene Führungs-RNAs zu vergleichen. Anschließend wurde aus den Ergebnissen ein Modell entwickelt, dass es ermöglicht die effektivsten Varianten vorherzusagen.

Den Wissenschaftlern gelang es dabei Schlüsselbereiche zu identifizieren, die besonders oft zu Fehlern der Genschere führen. Außerdem wurden Regionen der Führungs-RNA bestimmt, die für das Verfahren signifikant wichtiger sind als andere Regionen der RNA. In Zukunft soll dieses Grundlagenwissen genutzt werden, um eine möglichst genaue Führungs-RNAs für Genscheren auf Basis des Cas13-Enzyms zu entwickeln.

Coronavirus mit Cas13-Enzym analysiert

Das bereits jetzt vorhandene Vorhersagemodell haben die Studienautoren überdies dazu genutzt, um die zur Diagnose und Therapie des Coronavirus optimale Führungs-RNAs zu identifizieren. Die Ergebnisse der RNA-Analyse, die auf Basis eines mit Corona infizierten New Yorker Patienten erfolgte, kann über die Projektwebseite frei abgerufen werden.

Nature Biotechnology, doi: 10.1038/s41587-020-0456-9

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