Zürcher Forscher revolutionieren Technik für Genmanipulation

Forschende der ETH Zürich stellen eine neue Variante der Crispr-Cas-Methode vor, mit der sich Dutzende bis Hunderte Gene gleichzeitig verändern lassen.

Forschende der ETH Zürich berichten im Fachblatt «Nature Methods», dass sie 25 Stellen im Erbgut einer Zelle gleichzeitig verändern konnten. Symbolbild: Keystone

Forschende der ETH Zürich berichten im Fachblatt «Nature Methods», dass sie 25 Stellen im Erbgut einer Zelle gleichzeitig verändern konnten. Symbolbild: Keystone

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Die «Genschere» Crispr-Cas hat die Grundlagenforschung, die Zucht von Nutztieren und -pflanzen sowie medizinische Anwendungen umgekrempelt. ETH-Forschende stellen nun eine neue Variante vor, mit der sich Dutzende bis Hunderte Gene gleichzeitig verändern lassen.

Mit der Methode Crispr-Cas lassen sich Gene im Erbgut präzise und relativ einfach umschreiben. Das Prinzip dahinter ähnelt der «Suchen und Ersetzen»-Funktion bei der Bearbeitung von Texten. Präzise funktionierte das bisher vor allem, wenn sich das Umschreiben auf einzelne Stellen im Erbgut fokussierte. Weil jedoch viele Zellprozesse, aber beispielsweise auch Risiken für Krankheiten auf dem Wechselspiel Dutzender verschiedener Gene beruhen, suchen Forschende nach Möglichkeiten, ein Upgrade für die Genschere zu entwickeln.


Grafik: Unterschied zwischen der traditionellen und der Genschere-Methode Grafik vergrössern


Ein solches stellten Forschende um Randall Platt von der ETH Zürich am Standort Basel vor: Im Fachblatt «Nature Methods» berichteten sie, dass sie 25 Stellen im Erbgut einer Zelle gleichzeitig verändern konnten. Dies lasse sich sogar auf Dutzende bis Hunderte von Genen erweitern, schrieb die ETH in einer Mitteilung vom Mittwoch.

Nützlich für die Medizin

Nützlich ist das zum einen für die Grundlagenforschung, aber auch für konkrete Anwendungen. Beispielsweise für die Zellersatz-Therapie, bei der geschädigte durch gesunde Zellen ersetzt werden, hiess es seitens der ETH. Mit der Methode liessen sich beispielsweise Stammzellen gezielt zu einem gewünschten Zelltyp ausdifferenzieren, zum Beispiel insulinproduzierende Betazellen. Oder umgekehrt könnte man beispielsweise Hautzellen in einen ursprünglichen «Alleskönner»-Zustand einer Stammzelle zurückversetzen, um daraus wiederum andere Zelltypen zu züchten. Das massive Umschreiben Dutzender von Genen könnte aber auch die Erforschung komplexer Krankheiten erleichtern, bei denen das Wechselspiel mehrerer Gene eine Rolle spielt.

Das Verfahren beruht darauf, der Genschere quasi eine Adressliste mitzugeben, wo sie das Erbgut verändern soll. Die bisherige Methode beruht in der Regel auf der molekularen «Schere» – einem Protein namens Cas9 – sowie einem kleinen RNA-Molekül, das als Adressetikett fungiert. Dieses weist die Schere an, wo im Erbgut sie schneiden soll. Statt nur einer Adresse gaben die Forschenden um Platt der Schere – in diesem Fall das mit Cas9 verwandte Protein Cas12a – nun eine ganze Reihe von Adressen mit und konnten so 25 verschiedene Gene gleichzeitig manipulieren.

Grafik: Die bisherige Crispr-Cas9-Methode Zum Vergrössern klicken.

Mehr Gene parallel bearbeitet denn je

Das bisherige Maximum an Genen, das bisher gleichzeitig bearbeitet werden konnte, lag laut Platt bei sieben. Bei anderen bereits entwickelten Verfahren können Forschende zwar beispielsweise eine grössere Anzahl von Genen bearbeiten, dabei allerdings nur ein Gen pro Zelle verändern.

Mithilfe der neuen Methode lassen sich die Gene indes nicht nur umschreiben, sondern auch ihre Aktivität gezielt verändern, schrieb die ETH. Damit können Forschende gezielt an den Stellschrauben von Zellprozessen drehen und auch gezielt den Zeitpunkt dafür bestimmen. (sda)

Erstellt: 14.08.2019, 08:50 Uhr

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