Was ist CRISPR? Ein Leitfaden für Anfänger

Für etwas, das „ein bekannter Name für Molekularbiologen„Viele von Ihnen haben wahrscheinlich noch nie von CRISPR gehört und wissen nicht, warum Sie aufgeregt (oder möglicherweise verängstigt) sein sollten. Es geht um fortschrittliche Gentherapie und Spleißen – und darum, Science-Fiction-Ideen direkt in die Realität umzusetzen. Hier ist eine kurze FAQ zur Wissenschaft hinter CRISPR und warum die Welt so große Aufmerksamkeit schenkt.

Okay, was ist CRISPR und wofür steht es?

CRISPR bezieht sich auf ungewöhnliche DNA-Sequenzen, die zum Schutz von Organismen beitragen, indem sie Bedrohungen – insbesondere Viren – identifizieren und angreifen. Der Name steht für In regelmäßigen Abständen gebündelt, kurz Palindromisch Wiederholt. Ja, das klingt ein wenig lächerlich, aber es ist tatsächlich eine sehr genaue Beschreibung, wenn man sich die DNA-Sequenzen selbst ansieht. Sie sind gruppiert, in klaren Abständen voneinander angeordnet, und wenn ihnen Buchstabenwerte zugewiesen werden, sehen sie tatsächlich wie kurze Palindrome aus, die sich mit geringfügigen Variationen immer wieder wiederholen.

Caroline Davis2010 | Flickr

CRISPRs wurden erstmals in den 1980er Jahren entdeckt, als Wissenschaftler die Genome von Archaeen und Bakterien untersuchten. Selbst in solch relativ einfachen Genomen bemerkten Biologen (insbesondere Francisco Mojica) diese seltsamen Sequenzen, die sich auf ganz bestimmte Weise mit Zwischenräumen zu wiederholen schienen. Molekularbiologen waren sich sicher, dass sie einen einzigartigen Zweck hatten, und die vorherrschende Theorie wurde bald zur Virusabwehr, die schließlich 2007 unter der Leitung von Philippe Horvath bewiesen wurde. Doch erst in den frühen 2010er Jahren begannen Forscher, sich besonders für das Potenzial von CRISPR zu begeistern.

Es ist also nur ein DNA-Strang?

Ja und nein. CRISPR ist zu einem Wegbereiter für das Spleißen, Editieren und allgemeine Experimentieren von Genen geworden. Um zu verstehen, wie das geht, ist es wichtig, zunächst die Rolle von CRISPRs im Genom zu verstehen und zu verstehen, wie sie Organismen (typischerweise, wie bereits erwähnt, Bakterien) schützen. Ein fairer Vergleich wären Telegrafen, die Morsezeichen aussenden. Jede Sequenz ist eine Nachricht über einen anderen Angriff, und jedes Leerzeichen ist der STOP, der diese Nachricht beendet. Wenn Metaphern nicht Ihr Ding sind, Harvard geht viel tiefer in die Materie ein.

Wenn ein Organismus auf ein neues und gefährliches Virus trifft, weiß er nicht, wie er sich schützen oder das Virus bekämpfen kann – er muss lernen, genau wie die meisten Immunreaktionen. Das kann schwierig sein, weil Viren die DNA direkt angreifen … aber das macht sie in gewisser Weise auch angreifbar. Die CRISPR-Sequenzen stehlen dem Virus wichtige DNA-Stränge und bewahren sie in diesen kleinen Morsecode-Nachrichten auf. Wenn ein ähnlicher Virus erneut angreift, antwortet CRISPR: „Oh, das erkennen wir: So besiegen Sie ihn!“ Und es sendet die entsprechende Morsecode-Nachricht auf das Schlachtfeld.

Wikipedia-Bilder

Dort werden kleine CRISPR-Soldaten namens Cas eingesetzt – Enzyme, die speziell für diese Mission hergestellt und entsprechend nummeriert wurden Ihr Zweck besteht darin, sich an virale DNA zu binden und sie an ihrer Schwachstelle zu zerschneiden, so die darin kodierten Informationen Nachricht. Dadurch wird das Virus ausgeschaltet und der Organismus kann sich erfolgreich verteidigen.

…Okay. Warum ist das nochmal wichtig?

Denn – und es ist schwer, die Bedeutung davon zu unterschätzen – während CRISPR nur seinen Telegraphen verwendet System zur Abwehr von Viren erkannten Wissenschaftler, dass sie diesen Telegraphen dazu nutzen könnten kommunizieren irgendetwas. Ein Gen abschalten? Sicher (es muss nicht einmal ein virales Gen sein). Ein Gen anschalten? Kein Problem – telegrafieren Sie einfach die richtige Anweisung an die Enzym-Cas-Soldaten. Insbesondere CRISPR-Cas9 kann ein hervorragendes Werkzeug zum Schneiden, Rekombinieren und allgemeinen Bearbeiten von DNA werden, solange es die richtigen Nachrichten erhält.

Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, Cas9 zu kontrollieren und später kleine RNA-Leitfäden für Cas9 zu entwickeln Soldaten und sogar Ergänzungssoldaten nennen Cpf1, die besser in der Infiltration und Extraktion ohne Risiko sind Mutation. Im Vergleich dazu wirkten die alten, unhandlichen Werkzeuge der Genmanipulation neben chirurgischen Lasern wie Höhlenmenschenkeulen. Es wurde zu einer großen Neuigkeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft und löste tatsächlich mehrere Auseinandersetzungen zwischen verschiedenen Gruppen und Forschern darüber aus, wer wofür Anerkennung verdient.

So weit, ist es gut. Aber warum ist das in der Technologiewelt eine große Sache?

Denn wir stehen derzeit am Anfang einer gewaltigen Welle von CRISPR-Experimenten. Unsere medizinischen Geräte und wissenschaftlichen Erkenntnisse haben einen Punkt erreicht, an dem wir alles, was wir aus CRISPR gelernt haben, in die Praxis umsetzen und mit der Durchführung schneller, effektiver Experimente zum Genspleißen beginnen können. Für diejenigen, die sich für das Neueste interessieren, RandbereichWer würdige Leistungen der Wissenschaft erfährt, ist hier genau richtig.

Wirklich? Wollen Sie damit sagen, dass wir bearbeiten können? irgendjemandist jetzt DNA?

Gute Frage. Wir sind noch nicht so weit, aber es wurden bereits mehrere vielversprechende Experimente durchgeführt. Es entstand ein Affenpaar mit spezifischen Genveränderungen durch gezielte Mutationen unter Verwendung von CRISPR-Techniken. Ziel war es, genetische Probleme bereits vor der Geburt zu erkennen und die fehlerhaften Gene so zu zerstören sie können keinen Schaden anrichten (es war auch eine große Sache, dass es mit Affen funktionierte, statt nur mit Mäuse). Andere Experimente haben gezeigt, dass das Verfahren auch dazu genutzt werden kann DNA sicher verändern, um einer HIV-Infektion zu widerstehen.

Das aufregendste Experiment läuft jedoch in China, wo Wissenschaftler versuchen, CRISPR-Techniken zu nutzen Entfernen Sie beschädigte DNA aus den Zellen lebender, erwachsener Lungenkrebspatienten. Es gibt viele Augen auf dieses Projekt, um zu sehen, wie erfolgreich es ist.

Okay: Wie sieht die Zukunft von CRISPR aus?

Wir haben viel zu tun. Es ist erwähnenswert, dass die oben genannten Experimente einen langen Zeitraum kostspieliger Forschung und viele, viele gescheiterte Fälle zuvor erforderten Es wurde ein Erfolg erzielt – und selbst dann wird es erhebliche Anstrengungen und Investitionen erfordern, zu lernen, wie man diese Experimente genau wiederholt.

Aber hier geht es mehr um Verfeinerung als um neue Entdeckungen: Mit anderen Worten: Es ist nur eine Frage der Zeit, bis wir lernen, CRISPR gut genug zu nutzen, um Anwendungen in die medizinische Welt zu bringen. Wenn das passiert (und es könnte nur noch ein paar Jahre dauern), werden viele der theoretischen Fragen, die wir zur Genmanipulation haben, Designer-Babys, bewaffnete Organismen, menschliche Augmentation und kostenpflichtige Heilungssysteme werden weit mehr als nur Theorie sein.

Empfehlungen der Redaktion

• Die Bearbeitung des CRISPR-Gens könnte dazu beitragen, einen weit verbreiteten Geflügelvirus zu stoppen
• Die CRISPR-Babysaga geht weiter, da China die zweite gentechnisch veränderte Schwangerschaft bestätigt
• CRISPR-Genbearbeitung schafft kokainresistente Mäuse und soll Suchträtsel lösen