WikiDer > CRISPR

CRISPR ist eine Abkürzung für Clustered Regularly Interspaced Short palindrom Wiederholt sich und ist ein wichtiger Teil des bakteriellen Abwehrmechanismus gegen Viren. CRISPRs sind kurze Segmente sich wiederholender Codes im DNA, das das Bakterium verwendet, um einen neuen Virusangriff zu erkennen und abzuwehren.^[1] Zusammen mit dem Enzym Cas9 sie bilden die Basis für die beliebte CRISPR-Cas-Technologie ^[2], die zur gezielten Bearbeitung der Genom von a Organismus.

CRISPR besteht aus Teilen prokaryotisch DNA mit kurzen Wiederholungen der gleichen Basensequenz. Auf jede Wiederholung folgen kurze Bits Spacer-DNA, von früheren Expositionen gegenüber Viren. Das mit CRISPR verbundene System, kurz Cas, verwendet CRISPR-Abstandshalter in ähnlicher Weise wie RNA-Interferenz Biene Eukaryoten. CRISPRs finden sich in 40 % der bakteriell genommen und in 90% der Archaeen.

CRISPR-cas9

Bedienung und Möglichkeiten

CRISPR und cas9 arbeiten zusammen und spielen beide eine separate Rolle. CRISPR kann als riesige DNA-Bibliothek mit den gleichen kurzen Stücken seiner eigenen DNA und eingebauten DNA-Stücken eines aggressiven Virus angesehen werden, die Spacer-DNA wird genannt. Cas9 kann als Schere angesehen werden, die Virus-DNA erkennt und direkt gegen Gefahren vorgeht, indem sie die Virus-DNA zerschneidet. Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien angreifen, indem sie ihre eigene DNA in die Bakterien einschleusen und so die DNA- und Proteinsynthese übernehmen. Wenn Bakterien den Angriff überleben, können sie diese Virus-DNA in der CRISPR-Bibliothek speichern.

Immer wenn das Bakterium von einem Bakteriophagen angegriffen wird, den Angriff aber überlebt, behält das Bakterium ein Stück der Virus-DNA in seiner Bibliothek. Cas9 verwendet RNA-Sequenzen, die aus der Bibliothek transkribiert wurden, um die gesamte DNA des Bakteriums zu vergleichen. Cas9 scannt die gesamte DNA im Bakterium, bis es eine Übereinstimmung zwischen der neuen Virus-DNA, die in das Bakterium eingedrungen ist, und der DNA dieses Bakteriums, die in CRISPR gespeichert wurde, findet. Wie die gleiche Art von Virus wieder Angriffe und eine 100%ige Übereinstimmung gefunden wird, kann cas9 die DNA des eingedrungenen Virus zerschneiden und so unschädlich machen. Auf diese Weise ist das Bakterium genetisch gegen das einmal eingedrungene Virus geschützt.

Dieser Mechanismus könnte beim Menschen angewendet werden, indem man cas9 zum Beispiel nach krankheitsauslösenden Mutationen suchen lässt, wonach cas9 die Mutation ausschalten kann. Wird der Zelle dann ein Beispiel-DNA-Strang mit der richtigen DNA-Sequenz gegeben, kann die Zelle diesen selbst kopieren, woraufhin die Mutation durch eine richtige ersetzt wird. DNA-Sequenz. So können zum Beispiel präzise DNA-Stücke an genauen Stellen bearbeitet werden, sodass Gene in lebenden Zellen dauerhaft verändert werden können. Damit könnten in Zukunft Mutationen im menschlichen Genom repariert und so Grunderkrankungen geheilt werden.

Entdeckung und Anwendungen

Die wiederholten DNA-Codes von CRISPR wurden erstmals in den 1980er Jahren in . gesehen E coli.^[3] Zu dieser Zeit versuchten Wissenschaftler, ein bestimmtes Gen von E. coli zu untersuchen, und stellten fest, dass sich das gleiche DNA-Stück immer wieder wiederholte. Im Jahr 2007 wurde die Funktion von CRISPR-cas9 vom Wissenschaftler Barrangou bestätigt, nachdem er gezeigt hatte, dass das Bakterium S. thermophilus kann eine Resistenz gegen a . entwickeln Bakteriophage nachdem ein Fragment des Virusgenoms zum CRISPR-System hinzugefügt wurde.^[4]

Die Wissenschaftler Jennifer Doudnan (University of California) und Emmanuelle Charpentier (Max-Planck-Institut Berlin) im Labor entdeckt, dass sie diesen Abwehrmechanismus selbst modifizieren können.^[5] Tatsächlich konnten sie sehr präzise an einer gewünschten Stelle in der DNA ausschneiden und einfügen. Im Januar 2013 veröffentlichte der Wissenschaftler Feng Zhang die erste Methode zur Editierung von CRISPR im Genom von Mensch und Maus.^[6]

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass cas9 programmierbar ist und in jeder Art von Zelle funktioniert. So lassen sich zum Beispiel DNA-Stücke einfach, schnell, kostengünstig und äußerst präzise in allen Arten von Zellen verarbeiten. CRISPR-cas9 kann Gene an- oder ausschalten und in Pflanzen, Tieren oder sogar Menschen bearbeiten.^[7][8] Im Jahr 2015 wurde CRISPR-cas9 im Labor verwendet, um das HI-Virus aus lebenden Zellen von Patienten zu schneiden, was zeigte, dass dies möglich ist. In einigen Jahren kann CRISPR-cas9 nicht nur HIV, sondern auch andere Retroviren, die sich in der DNA verstecken, wie Herpes, bekämpfen. CRISPR könnte in Zukunft sogar Krebs bekämpfen, indem es Immunzellen ermöglicht, Krebs besser zu erkennen.

Ein Harvard-Forscher David Liu und Kollegen veröffentlichten 2017 die Technik des „Base Editing“. Ein kodierendes „A“ lässt sich im Gen spezifisch nachweisen und in ein „G“ umwandeln, auch der umgekehrte Weg ist möglich und das alles ohne den DNA-Strang aufschneiden zu müssen.^[9] Sie taten dies von a tRNA Deaminase auf einem „A“ im Erbgut, das so in ein „G“ umgewandelt wurde, ohne das Gen aufzuschneiden.^[10][11]

Bedienung des Cas9

DNA von eindringenden Viren wird in kurze Fragmente geschnitten und dann auf einem CRISPR . platziertOrt zwischen einer Reihe kurzer Segmente mit wiederholten Codes. Durchlaufen der Loci, die die Virus-DNA enthalten Transkription Dadurch werden sie in kurze RNA-Fragmente transkribiert, die dann vom Enzym cas9 gelesen werden. Cas9 ist ein Endonuklease, was bedeutet, dass es bestimmte Nukleotide aus der DNA schneiden kann, in diesem Fall die Sequenzen, die der transkribierten RNA von CRISPR entsprechen.

Zukünftige Anwendungen

Es ist seit langem bekannt, dass genetische Mutationen in der DNA Krankheiten verursachen. Was wäre, wenn Wissenschaftler diese Fehler beseitigen und in der richtigen Reihenfolge bauen könnten? Dies könnte genetische Krankheiten behandeln und vielleicht andere Arten von Veränderungen an der menschlichen DNA vornehmen (denken Sie an stärkere oder klügere Menschen). Mithilfe des CRISPR-cas9-Mechanismus, der aus Bakterien gewonnen wird, könnten präzise Veränderungen im menschlichen Genom vorgenommen werden, die die Möglichkeiten in der Zukunft möglicherweise einschränken.

Denken Sie an mehr als 3000 genetische Krankheiten Farbenblindheit oder Huntington-Krankheit, werden durch nur ein falsch platziertes Nukleotid in der DNA verursacht. Derzeit wird an einer Version von cas9 gearbeitet, die ein bestimmtes Nukleotid ersetzen und so die gentechnisch veränderte Krankheit heilen kann.^[12] Tausende von Krankheiten können wahrscheinlich in wenigen Jahrzehnten geheilt werden. Auf diese Weise ist die CRISPR-cas9-Technologie auf eine einzelne Person beschränkt und wird nicht übertragen. Sobald die Technik in Keimbahnzellen angewendet wird, wird die Veränderung der DNA auf nachfolgende Generationen übertragen.

CRISPR-cas9 kann genetische Veränderungen am menschlichen Genpool vornehmen, wenn sich Keimbahnzellen wird angewandt. Im Jahr 2016 experimentierten japanische Wissenschaftler mit menschlichen Embryonen und waren teilweise erfolgreich, stießen aber auch auf viele Probleme, die noch gelöst werden müssen.

Theoretisch ist CRISPR billig, schnell und extrem genau. Die Praxis ist noch schwierig. Bei den ersten Experimenten wurden ungewollt andere Gene abgeschaltet oder neue Gene an ungewollten Stellen in der DNA platziert. Die CRISPR-cas9-Systeme werden nun in rasantem Tempo aktualisiert und präzisiert. In China, Großbritannien und Schweden hat die Regierung CRISPR-Verfahren an menschlichen Embryonen genehmigt. Keine Kinder wachsen lassen - die Embryonen leben nicht länger als 14 Tage. In den Niederlanden verbietet das Embryonengesetz solche Experimente vorerst.

Gene-Drive

Eine besondere Form der Anwendung von CRISPR bei sich sexuell fortpflanzenden Organismen ist der Gene Drive. Bei dieser Technik wird CRISPR zusammen mit anderen Werkzeugen in die Ziel-DNA eingebaut, sodass theoretisch alle alternativen Allele in einer Population im Laufe der Zeit verschwinden können.

Sehen Gene-Drive für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Moralische Diskussion

Es wird diskutiert, ob es ethisch vertretbar ist, Babys und Embryonen mit gentechnisch veränderten Krankheiten mit CRISPR-cas9 zu behandeln. Wenn genetische Veränderungen gesellschaftlich akzeptiert werden und das Wissen über Veränderungen zunimmt, wird die Versuchung wachsen.

Einer der Philosophen, der sich damit beschäftigt hat, ist Nick Bostrom. Nick Bostrom war überzeugt, dass die menschliche Verbesserung durch Modifikation fortgesetzt werden sollte. Er hatte ein sogenanntes transhumanistisch Perspektive, in der Menschen ohne Modifikation durch ihre mentalen und psychischen Fähigkeiten eingeschränkt wären und von dort aus zu einem besseren Menschen verbessert werden sollten. Dies könnte schließlich zur Posthumanität führen, einer erweiterten Version der heutigen Menschheit. Transhumanisten wie Nick Bostrom glauben, dass nichts falsch daran ist, die menschliche Keimbahn genetisch zu verändern. Potenzielle Gefahren, wie zum Beispiel eine riesige Kluft zwischen armen Menschen, die sich Veränderungen nicht leisten können, und reichen Menschen, die sie voll ausnutzen können, werden zwar erwähnt, aber nicht als Grund gesehen, die Veränderung der Menschen einzustellen.

BioArtists

Biokünstler beschäftigen sich mit dem Thema menschliche Modifikation. Bioart ist eine Kunstform, die mit lebenden Geweben und Organismen arbeitet. Mit Hilfe von Biotechnologie, wie genetischer Veränderung, Züchtung lebender Gewebe außerhalb von Organismen und Klonen, wird Kunst in Labors, Galerien und Ateliers ausgestellt.

Ein Beispiel für einen Biokünstler ist Stephen Wilson. Er nutzte Biotechnologie für eine interaktive Installation namens Protozoa games^[13]. Ein wichtiges Thema der Protozoa-Spiele war die Reflexion über die Ethik des Experimentierens mit Menschen und Tieren und die Intelligenz, das Bewusstsein und die Reflexion über die Essenz des Lebens. Das Konzept der Protozoa-Spiele war eine Installation, in der Protozoen, einzellige Organismen, die das Leben im Allgemeinen repräsentierten, mit dem Menschen interagierten und umgekehrt. Die Menschen mussten versuchen, das Verhalten der Protozoen vorherzusagen. Dies war nur möglich, indem man die Protozoen lange Zeit sorgfältig untersuchte. Zudem konnten die Menschen die Protozoen mit Reizen wie Licht und Ton beeinflussen.

Gesetzliche Regelung

Am 25. Juli 2018 entschied es Europäischer Gerichtshof dass durch Mutagenese gewonnene Organismen genetisch veränderte Organismen und unterliegen daher grundsätzlich den Verpflichtungen der GVO-Richtlinie verschreibt,^[14] Das Urteil löste bei Umweltgruppen Befriedigung aus.^[15] und zur Enttäuschung der Massentierhaltung.^[16] In den Niederlanden hingegen hat der Landwirtschaftsminister Carola Schouten die technik ist unverzichtbar, wie es im koalitionsvertrag heißt.^[17]