Wissen-News Neue Methode macht Crispr-Genscheren beobachtbar
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13. Juli 2023, 13:49 Uhr
Ein Forschungsteam der Universität Leipzig hat eine neue Möglichkeit gefunden, die Arbeit der Genschere Crispr/Cas9 an einem DNA-Strang anhand der dabei entstehenden Bewegungen sichtbar zu machen. Dabei haben die Forschenden auch eine Antwort auf das Problem der Kollateralschäden bei Crispr gegeben - eines der Kernprobleme der DNA-Schere.
Die Entdeckung der Genschere Crispr/Cas9 war ein Meilenstein für die Biotechnologie, 2020 bekamen die beiden maßgeblich für ihre Entdeckung verantwortlichen Forscherinnen sogar den Chemienobelpreis. Crispr-Komplexe erkennen Genabschnitte, auf die sie "programmiert" wurden und können dann zielgerichtet DNA-Komplexe verändern oder zerstören. Ein Forschungsteam an der Universität Leipzig hat nun eine neue Methode vorgestellt, mit der es möglich ist, die Genschere quasi bei der Arbeit zu "beobachten".
Bewegungen erkennen dank "DNA-Origami"
Zentral sei es für diese Arbeit gewesen, "ob sich das Entwinden eines nur 10 Nanometer langen DNA-Stücks überhaupt in Echtzeit verfolgen lässt", sagt Dominik Kauert, der als Doktorand an dem Projekt mitarbeitete. Das Entwinden der DNA ist ein Teil des Arbeitsprozesses von Crispr. Um den Entwindungsprozess mit dem Mikroskop verfolgbar zu machen, nutzten die Forschenden DNA-Nanotechnologie. Und zwar genauer die sogenannte "DNA-Origami-Technik". Mit einem 75 Nanometer langen DNA-Rotorflügel, an dessen Ende ein Goldnanopartikel befestigt wurde, lies sich die Bewegung der DNA-Sequenz beim Entwinden nachvollziehbar machen, weil die vergleichsweise kleine Bewegung des ziemlich kleinen DNA-Stranges den DNA-Rotorflügel und schließlich das Goldnanopartikel in eine größere Bewegung versetzte. Dessen Bewegung wiederum konnte mit einem speziellen Mikroskop verfolgt werden.
Crispr hat ein Problem mit "Kollateralschäden"
Mit diesem Aufbau konnten die Forschenden erkennen, dass die Genschere Crispr/Cas9 zunächst den gesamten DNA-Strang abfährt, bevor sie an ihre Zielsequenz bindet. Ein Problem ist dabei aktuell noch, dass Crispr/Cas9 mitunter sogenannte Kollateralschäden verursacht, weil sie quasi "daneben greift" und dann auch benachbarte DNA oder RNA abbaut. Die aktuelle Studie der Universität Leipzig legt nahe, dass dieser Fehler auf zufällige Molekülbewegungen zurückzuführen ist, die nun mit einem speziellen Modell besser erklärt werden können.
Perspektive für die Krebstherapie
Wenn die Genschere dank der aktuellen Forschung der Universität Leipzig in diesem Punkt nun besser arbeiten kann, wäre das ein großer Erfolg für die Weiterentwicklung von Gentherapien. Solche Behandlungen könnten künftig beispielsweise auch dabei helfen, diverse Krebsarten bereits auf Zellebene zu bekämpfen. Eine besonders spannende Veröffentlichung aus diesem Bereich war vergangene Woche die Vorstellung der Genschere "Fanzor", die ähnlich wie Crispr gezielt DNA-Stränge bearbeiten kann, dabei allerdings nach Angaben der entsprechenden Forschungsgruppe keinerlei Kollateralschäden auslöst.
Links/Studien
Die aktuelle Studie The energy landscape for R-loop formation by the CRISPR–Cas Cascade complex ist im Journal nature erschienen.
iz
