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Biologen Stellen Präzisere Molekulare Scheren Für Die Bearbeitung Des Genoms Her
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Anonim

Engineered Enzym macht weniger Fehler beim Schneiden von DNA.

Biologen stellen präzisere molekulare Scheren für die Bearbeitung des Genoms her
Biologen stellen präzisere molekulare Scheren für die Bearbeitung des Genoms her

Durch die Optimierung eines Enzyms, das DNA schneidet, sagen synthetische Biologen, dass sie die Bearbeitung des Genoms noch spezifischer gestalten können - eine wesentliche Verbesserung, wenn die Technik in der Klinik zur Behandlung genetischer Krankheiten eingesetzt werden soll.

Das Enzym Cas9 ist eine Schlüsselkomponente eines molekularen Editiersystems, mit dem Forscher bestimmte DNA-Sequenzen im Genom verändern können. Diese Technologie namens CRISPR-Cas9 ist so schnell, kostengünstig und einfach zu bedienen, dass sie bereits die Art und Weise der Genforschung verändert und eines Tages eine Möglichkeit bieten könnte, genetische Mutationen zu korrigieren, die beim Menschen Krankheiten verursachen. Am 1. Dezember treffen sich Forscher aus den USA, Großbritannien und China in Washington DC, um die Ethik und Anwendungen der Gen-Bearbeitung beim Menschen zu diskutieren.

Vor jeder klinischen Anwendung müssen Patienten und Aufsichtsbehörden jedoch sicher sein, dass das Cas9-Enzym keine gefährlichen Schäden außerhalb des Ziels am Genom verursacht. "Bei therapeutischen Anwendungen möchten wir alle mit größter Vorsicht vorgehen, um sicherzustellen, dass wir das Genom nicht an unerwünschten Orten verändern", sagt David Liu, chemischer Biologe an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts.

Kürzungen der Fehlerrate

Forscher haben bereits die Komponenten von CRISPR-Cas9 optimiert, um die Fehlerrate zu senken. Sie haben beispielsweise die RNAs optimiert, die das Cas9-Enzym zu einer bestimmten Stelle im Genom führen, und das System so konstruiert, dass Forscher es leicht ausschalten können, sodass das Enzym nicht so viele Möglichkeiten hat, unerwünschte Änderungen vorzunehmen.

Der synthetische Biologe Feng Zhang vom Broad Institute of MIT und Harvard in Cambridge beschloss, sich auf die Entwicklung des Cas9-Enzyms selbst zu konzentrieren. Er und sein Team haben das Enzym so verändert, dass es weniger wahrscheinlich an Stellen mit Fehlpaarungen zwischen der RNA, die das Enzym leitet, und der DNA, auf die es abzielt, wirkt. Sie erzeugten mehrere Versionen von Cas9, die die Fehler außerhalb des Ziels im Vergleich zu unveränderten Cas9-Enzymen mindestens verzehnfachten.

"Es geht darum, die übermäßige" Begeisterung "von Cas9 zu mildern, damit es widerwillig Sequenzen auf dem Ziel akzeptiert und sonst nichts", sagt Liu, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Zhangs Team hat drei neue Versionen von Cas9 entwickelt, die, wie sie berichten, weniger Fehler machten, aber an ihren Zielorten genauso aktiv waren wie gewöhnliches Cas9. Und Zhang merkt an, dass die neuen Enzyme im Gegensatz zu anderen Methoden zur Reduzierung der CRISPR-Cas9-Fehlerraten keine Änderungen am CRISPR-Cas9-Protokoll erfordern, das bereits von vielen Forschern verwendet wird.

Mehr als eine Antwort

Für viele Forschungsanwendungen reicht ein unverändertes Cas9-Enzym aus, sagt Liu. Für Therapien möchten die Forscher die Fehlerrate jedoch so senken, dass sie nicht höher ist als die normale Rate der DNA-Mutation in menschlichen Zellen. Allein die zehnfache Verbesserung, die das gentechnisch veränderte Enzym erzielt, reicht nicht aus, schätzt Liu. Er ist der Ansicht, dass für Therapien die Fehlerrate bei der Bearbeitung von CRISPR-Cas9-Genen um mehrere Größenordnungen spezifischer gestaltet werden muss. Die Kombination verschiedener Methoden zur Verbesserung der Spezifität könnte jedoch den Trick machen, sagt er.

Zhang vergleicht das Problem mit dem Versuch, ein Auto schneller zu machen: Das neue Cas9-Enzym ist wie das Einsetzen eines größeren Motors. "Dies kann immer noch mit anderen Modifikationen kombiniert werden, wie dem Hinzufügen eines Spoilers, der zu einem aufgemotzten Enzym führt", sagt er. "Es gibt viele Möglichkeiten, die Geschwindigkeit zu erhöhen."

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