Harvard, MIT machen umstrittene CRISPR-Gen-Editing-Tool Mächtiger

Jüngste Fortschritte in der Bearbeitung von DNA haben das Potenzial, ein breiteres Spektrum von Erkrankungen des Menschen als je zuvor zu behandeln. Aber Wissenschaftler müssen immer noch das Problem lösen, diese Veränderungen in allen Zellen des Körpers zu machen, die sie brauchen.

Jetzt hat eine Gruppe von Forschern des Broad Institute der Harvard University und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein kleineres Enzym identifiziert, das es einfacher machen wird, die Gen-Editier-Maschinerie direkt in Zellen im Körper zu bringen.

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Dieses hochmoderne Genom-Editing-System - bekannt als CRISPR - wird bereits verwendet, um die DNA von Labortieren präzise zu verändern.

Die Forscher hoffen, mit der Methode schließlich menschliche Krankheiten anzugehen. Durch die Deaktivierung oder Veränderung von Genen in menschlichen Zellen könnten Wissenschaftler eines Tages in der Lage sein, Krankheiten zu behandeln, die von zystischer Fibrose bis zu Herzerkrankungen und Diabetes reichen.

Bei einigen Krankheiten könnten Wissenschaftler Stammzellen aus dem Blut extrahieren und mit CRISPR verändern. Sie würden dann die veränderten Zellen an den Körper des Patienten zurückgeben.

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Für andere Krankheiten müssen Wissenschaftler jedoch einen deaktivierten Virus verwenden, um das gesamte CRISPR-System an Zellen zu liefern. Dieses Paket muss ein bakterielles Enzym - bekannt als Cas9 - enthalten, das die DNA schneidet und ein Stück RNA, das das Enzym an die richtige Stelle leitet.

Einmalige Injektion könnte dauerhaft Cholesterin senken, Herzinfarktrisiko »

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Wissenschaftler lösen ein Lieferproblem

Eines der vielversprechendsten Liefervehikel oder Vektoren für die Lieferung von CRISPR in Menschen ist das Adeno-assoziierte Virus (AAV). Dieser Vektor ist nicht dafür bekannt, eine menschliche Krankheit hervorzurufen, und wurde bereits in Europa für die Verwendung in klinischen Studien zugelassen.

AAV hat jedoch eine begrenzte Frachtkapazität. Dies macht es schwierig, alle für die Bearbeitung des Genoms erforderlichen Teile zu verpacken.

Eine Lösung wäre, einen Vektor zu finden, der mehr tragen kann. Aber AAV hat bereits eine nachgewiesene Erfolgsbilanz. Stattdessen haben Forscher vom Broad Institute versucht, ein kleineres Cas9-Enzym zu finden, das leichter in AAV passt.

Dabei wurden etwa 600 Cas9-Enzyme aus verschiedenen Bakterienstämmen gesichtet. Die Forscher beschränkten diese Liste auf sechs potenzielle Kandidaten.

"Glücklicherweise erwies sich eines dieser kleineren Cas9-Proteine ​​als geeignet für die Entwicklung der in diesem Papier beschriebenen Methodik", sagte Eugene Koonin, leitender Forscher beim National Center for Biotechnology Information und Mitautor der Studie, in einer Pressemitteilung.

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Das in der heute in Nature erschienenen Artikel vorgestellte Cas9-Enzym stammt aus dem Bakterium Staphylococcus aureus, das beim Menschen Staphylokokken-Infektionen verursachen kann.Es ist 25 Prozent kleiner als das derzeit bei CRISPR verwendete, das von Streptococcus pyogenes ist.

Wissenschaftler können nun das menschliche Genom mit einem Buchstaben gleichzeitig bearbeiten »

Kleinere Enzyme, die bei der Genbearbeitung wirksam sind

Nachdem das Verpackungsproblem gelöst war, versuchten die Forscher zu testen, ob das kleinere Cas9-Enzym genauso gut funktioniert die aktuelle Version.

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Sie haben sich die Anzahl der unbeabsichtigten Schnitte oder Fehler angesehen, die Cas9 in anderen Bereichen der DNA gemacht hat. In dieser Hinsicht war das kleinere Cas9 genauso genau wie das Enzym von S. pyogenes.

Dieser neue Cas9 bietet ein Gerüst, um … uns dabei zu helfen, bessere Krankheitsmodelle zu entwickeln, Mechanismen zu identifizieren und neue Behandlungen zu entwickeln. Feng Zhang, Massachusetts Institute of Technology

Als nächstes setzten die Forscher das kleinere Cas9 ein, um an einer möglichen Behandlung von Herzerkrankungen zu arbeiten. Forscher injizierten das AAV-Liefersystem - mit dem kleineren Cas9 im Schlepptau - in die Leber von Mäusen.

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Das Ziel für Cas9 war ein Gen namens PCSK9, das mit hohem Cholesterin und Herzerkrankungen assoziiert ist. Einmal geliefert, machte Cas9 Schnitte zu diesem Gen und deaktivierte es effektiv.

Eine Woche nach der Behandlung sank der Cholesterinspiegel in den Mäusen. Diese Effekte dauerten bis zu einem Monat.

Diese Technologie ist weit davon entfernt, Krankheiten beim Menschen zu behandeln. Wie bei anderen vielversprechenden Gen-Editing-Techniken wird CRISPR wahrscheinlich auch Rückschläge erleiden.

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Aber der Erfolg der Forscher ergänzt die Werkzeuge, die für die Bearbeitung der Gene von Menschen zur Verfügung stehen.

"Unser langfristiges Ziel ist es, CRISPR als eine therapeutische Plattform zu entwickeln", sagte Feng Zhang, ein leitender Wissenschaftler des Teams, ein Mitglied des Broad Institute und ein Forscher am McGovern Institute for Brain Research bei MIT. "Dieses neue Cas9 bietet ein Gerüst, um unser Cas9-Repertoire zu erweitern und uns dabei zu helfen, bessere Krankheitsmodelle zu entwickeln, Mechanismen zu identifizieren und neue Behandlungsmethoden zu entwickeln. "

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Genomics versus Genetics: Werfen Sie einen genaueren Blick"

DNA-Bearbeitung steht vor ethischen Hürden

CRISPR steht auch vor anderen Herausforderungen, bevor es bei der Behandlung von menschlichen Krankheiten eingesetzt werden kann.

Einer ist seine Sicherheit. CRISPR ist schneller und einfacher zu verwenden als andere Gen-Editing-Techniken. Aber das bedeutet nicht, dass es genauer ist. Off-Target-Schnitte zu DNA können auftreten, wenn die Sequenz ähnlich, aber nicht identisch mit der Guide-RNA ist. Dies könnte unbeabsichtigte - und möglicherweise tödliche - gesundheitliche Folgen haben.

Die genaue Art der Gen-Editing-Technik hat auch ethische Fragen aufgeworfen. Die Technik könnte verwendet werden, um Krankheiten zu heilen, aber sie könnte auch verwendet werden, um Eigenschaften wie Intelligenz oder körperliche Erscheinung in sogenannten "Designerbabys" zu verbessern. "

Einige dieser Veränderungen könnten an der menschlichen Keimbahn - Sperma, Eier und Embryonen - vorgenommen werden, damit sie an zukünftige Generationen weitergegeben werden.

Ich persönlich denke, wir sind einfach nicht schlau genug, um uns über die Folgen einer Veränderung der Vererbung selbst in einem einzelnen Individuum wohl zu fühlen.Dr. David Baltimore, California Institut für Technologie

Als Antwort auf diese Bedrohung hat eine Gruppe von Biologen - einschließlich des Erfinders des CRISPR-Ansatzes - ein weltweites Verbot der Verwendung dieser Technik beim Menschen gefordert an Nachkommen weitergegeben werden.

Das Moratorium würde Wissenschaftlern, Ethikern und der Öffentlichkeit Zeit geben, die möglichen Auswirkungen dieser Methode zu untersuchen.

"Wir sorgen uns darum, dass Menschen Veränderungen vornehmen, ohne zu wissen, was diese Veränderungen im Hinblick auf das Gesamtgenom bedeuten", sagte Dr. David Baltimore, ein Mitglied der Gruppe, gegenüber der New York Times. "Ich persönlich denke, wir sind einfach nicht schlau genug - und werden es auch nicht für sehr lange Zeit sein - sich über die Konsequenzen einer Veränderung der Vererbung, selbst in einer einzelnen Person, wohl zu fühlen. "

Designer-Babys könnten gleich um die Ecke sein»