Genome Editing könnte eines Tages helfen, Krankheiten zu behandeln
Von Kylie Wolfe
Was wäre, wenn Wissenschaftler das Potenzial des Genome Editing bei Krankheiten, die das Herz oder die Muskeln betreffen, ausschöpfen könnten? Nun, das könnte bald möglich sein, da sich die Genome Editing-Technologien in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt haben und zu schnelleren und präziseren Methoden geführt haben, die es ermöglichen, Abschnitte der DNA zu schneiden und zu ersetzen und so ihre Expression zu verändern.
Ein neuer Ansatz wird an der Rice University in Houston, Texas, erforscht, wo Forscher im Labor von Xue Sherry Gao einen Weg gefunden haben, Dutzende von genetischen Fehlern auf einmal zu korrigieren. Ihr CRISPR-basierter Ansatz, veröffentlicht in Nature Communications, könnte helfen, Krankheiten zu behandeln, die durch Fehler in mehreren Genen ausgelöst werden.
Einfachheit in die Praxis bringen
Um ein fortschrittlicheres Werkzeug für die Genbearbeitung zu schaffen, verwendete das Team Drive-and-Process-Arrays (DAP) anstelle der gebräuchlicheren CRISPR-Cas12a oder CRISPR-Cas9. DAP-Arrays sind einzigartig, weil sie Transfer-RNA-Moleküle (tRNA) verwenden, die normalerweise eine Schlüsselrolle bei der Proteinsynthese spielen. In diesem Fall dient die tRNA als Promotor und Treiber für die Expression der guide RNA (gRNA).
Aus diesem Grund entwickelte das Team ein 75-Nukleotid-tRNA-Molekül, das in der Lage ist, DAP-Arrays zu bilden. Diese Arrays waren dann in der Lage, "bis zu 31 Bearbeitungen mit dem Base-Editor und drei Bearbeitungen mit dem Prime-Editor" durchzuführen, wie in einem Rice News Artikel erwähnt.
"Bisher mussten wir, wenn wir mehrere Gene in derselben Zelle bearbeiten wollten, dies nacheinander tun, was sehr zeitaufwändig und wenig effizient ist", so der Doktorand Qichen Yuan in dem Artikel.
Wenn gRNAs an genomischen Stellen freigesetzt werden, können sie Regionen von Interesse erkennen und die Editoren zu bestimmten DNA-Zielen schicken. Dies führt zu weniger "Off-Target"-Editierungen, was sie zu einem sehr effektiven Werkzeug macht.
"Da wir mehrere Gen-Editoren gleichzeitig einführen, könnte man annehmen, dass dies zu mehr Off-Target-Editoren führen könnte", so Xue Sherry Gao, leitende Forscherin, in demselben Artikel. "Aber unsere experimentellen Daten sind sehr beeindruckend. Wir haben tatsächlich weniger Off-Target-Aktivitäten beobachtet, während das gleiche Maß an On-Target-Editing mit DAP-Arrays beibehalten wurde."
Die neue Strategie des Genome Editing könnte es leichter machen, Fehler mit Effizienz und Präzision zu beheben.
Fehler effizient beheben
Diese neue Genome Editing-Strategie könnte es erleichtern, Fehler effizient und präzise zu beheben. Das Team testete verschiedene DAP-Arrays und stellte fest, dass sie krankheitsunterdrückende Veränderungen in menschlichen Zellen bewirken können. Obwohl einige Versuche erfolgreicher waren als andere, schnitten die gRNAs gut ab und verursachten nur sehr wenige unerwünschte Veränderungen.
Einige bestehende Methoden, wie CRISPR-Cas9, können gRNA nicht auf die gleiche Weise verarbeiten, während andere Strategien weniger Erfolg bei der Vermeidung von Off-Target-Veränderungen haben - ein Vorteil des neuen Ansatzes des Teams.
Die DAP-Arrays könnten nützlicher sein, weil sie die richtige Anzahl von gRNAs freisetzen, um die Änderungen zu vervollständigen. Außerdem benötigen sie keine langen DNA-Promotorsequenzen, um die gRNAs in Bewegung zu setzen und eine Reihe von Zielen zu erreichen.
Fortschritte auf neuen Wegen
Die Verwendung von DAP-Arrays durch das Team könnte ein ansonsten komplexes Feld vereinfachen und hat das Potenzial, die biologische Forschung, das Engineering und die Behandlung von Krankheiten positiv zu beeinflussen.
"Wir gehen davon aus, dass wir DAP-Arrays mit Base-Editoren, Prime-Editoren und anderen aufkommenden CRISPR-Technologien kombinieren können, wie z. B. beim Multiplex-CRISPR-Screening und der Untersuchung polygener Krankheiten in vivo", so Gao in dem Rice News-Artikel. "Unser Labor konzentriert sich derzeit auf die Nutzung dieser Technologien für die Krankheitsmodellierung und Behandlung von Mukoviszidose."
Mit weiteren Experimenten kommen die Wissenschaftler einer Antwort immer näher - einer Antwort, die die Macht des Genome Editing für die Behandlung von Krankheiten nutzen könnte.
Kylie Wolfe ist eine Mitarbeiterin von Thermo Fisher Scientific.
