CRISPR-Systeme zu erforschen, erfordert bis jetzt sehr viel Zeit – dank einer neuen Methode könnte sich das ändern. Doch die Geschwindigkeit der Forschung ist nicht der einzige Vorteil des neuen Ansatzes.
Bei vielen Erkrankungen des menschlichen Organismus stoßen die Mittel und Möglichkeiten der Medizin an ihre Grenzen. CRISPR-Technologien bieten dafür neue Ansätze für Diagnostik und Therapie. Wissenschaftler vom Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg zeigen jetzt eine neue Methode auf, um CRISPR-Systeme zu erforschen und ihre Nutzung voranzutreiben. Dadurch kann viel Zeit in der Analyse von Proteinfunktionen eingespart werden.
CRISPR-Technologien sind Werkzeuge, die unter anderem der Genombearbeitung dienen. In der Natur kommen sie in der bakteriellen Immunabwehr vor, als Schutz der Bakterien vor eindringenden Viren. In der Anwendung stützen sich CRISPR-Verfahren meist auf einzelne Proteine wie Cas9 oder Cas12 und eine RNA-Komponente. Drei Viertel aller bakteriellen Immunsysteme basieren jedoch auf mehreren Proteinen, die Komplexe bilden.
Diese Multiproteinkomplexe haben einzigartige Funktionen bei der Virenabwehr und könnten auch für den Menschen neue Anwendungsmöglichkeiten hervorbringen. Die große Zahl an Proteinen erschwert es jedoch, alle notwendigen Schritte durchzuführen, um die Komplexe zu erforschen und zu charakterisieren.
„Diese Herausforderung hat unser grundlegendes Verständnis von CRISPR-Systemen, die aus mehreren Proteinen bestehen, sowie deren Verwendung als Technologien bislang eingeschränkt“, sagt Franziska Wimmer, eine der beiden Erstautoren der Studie und Doktorandin am HIRI. „Vor diesem Hintergrund stellen wir jetzt einen vielversprechenden neuen Ansatz vor.“ Dieser basiert auf einem zellfreien System – einer flüssigen Mischung, mit deren Hilfe sich im Labor RNA und Proteine herstellen lassen. In Kombination mit weiteren Technologien wie der Hochdurchsatzsequenzierung gelingt eine zügige Analyse der Proteinfunktionen. Die erforderlichen Arbeitsschritte können in weniger als einem Tag abgeschlossen werden.
„Standardverfahren basieren auf extrahierten Proteinen oder zellbasierten Proben und sind extrem langsam. Das erschwert die Erforschung der meisten in der Natur vorkommenden CRISPR-Systeme“, sagt Dr. Ioannis Mougiakos, der im Erstautorenduo mit Wimmer die Untersuchungen vorantrieb. „Unsere neue Methode, genannt PAM-DETECT, ist im Vergleich dazu ein regelrechter Turbo für die CRISPR-Forschung. Sie kann unsere Arbeit künftig radikal beschleunigen.“
Mit PAM-DETECT lässt sich feststellen, welche DNA-Sequenzen von einem CRISPR-System erkannt werden können. Mithilfe dieser Technik konnten die HIRI-Forscher eine große Zahl an CRISPR-Systemen charakterisieren, die auf Proteinkomplexen basieren. PAM-DETECT wurde außerdem verwendet, um CRISPR-Transposons zu erforschen, welche das Einfügen großer DNA-Stücke ermöglichen. Die Ergebnisse der aktuellen Studie könnten zu neuen Technologien in der Diagnostik, der Genom-Editierung und der Genom-Regulation führen.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: Brano, unsplash