Wissenschaftler des Francis-Crick-Instituts haben ein einfaches Regelwerk entdeckt, um die Genauigkeit der CRISPR/Cas9-Genombearbeitung zu bestimmen.
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CRISPR, ein System, das früher als nahezu undurchdringlich galt, wurde in der Hoffnung entwickelt, auf die DNA abzuzielen, um eine Vielzahl biologischer Krankheiten zu überwinden. Unter anderem bedeutet die erfolgreiche Implementierung von CRISPR, dass Wissenschaftler HIV oder die Alzheimer-Krankheit heilen könnten.
Das Problem bestand darin, CRISPR so zu codieren, dass es auf die DNA richtig abzielt, um sicherzustellen, dass die potenziell gefährliche Bearbeitung gesunder Gene vermieden wird. Bei falscher Durchführung kann das Verfahren das Krebsrisiko erhöhen.
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Früher galt der Erfolg von CRISPR als zufällig, was zu weit verbreiteter Skepsis gegenüber der Anwendung des Verfahrens führte. Es war nicht nur potenziell kostspielig, sondern es war auch nicht abzusehen, welche Auswirkungen es auf das Leben eines Menschen haben könnte, wenn es schlecht verstanden wird – es ist schließlich etwas, das Ihre DNA bearbeitet.
Um den CRISPR-Prozess zu verstehen, untersuchte das Frick-Team 1491 Zielstellen in 450 Genen in menschlichen Zellen. Bei der Überprüfung stellte das Forschungsteam des Crick-Instituts fest, dass die Ergebnisse der CRISPR-Genombearbeitung tatsächlich einem bestimmten Satz von Mustern entsprachen.
Die Forscher stellten fest, dass die Verwendung ihrer synthetischen Moleküle, die als Leit-RNAs bezeichnet werden, stark unterschiedliche Erfolgsraten hatte, abhängig von der Art der Gene, mit denen sie sie kombinierten. Die Leit-RNAs liegen in verschiedenen Formen vor und sollten wie ein Klettverschluss am entsprechenden Gen haften. Bis zu dieser Studie hatten Wissenschaftler jedoch erhebliche Schwierigkeiten, die besten Kombinationen zu erstellen.
Die Leit-RNAs werden durch vier Codebuchstaben unterschieden, wobei jede Reihenfolge der Buchstaben für einen unterschiedlichen Erfolg bei der Genbindung sorgt. Die Forschung des Frick-Teams stellte fest, dass es der vierte Buchstabe war, der einen großen Einfluss auf die erfolgreiche Bindung des synthetischen Moleküls hatte.
Projektleiterin Paola Scaffidi sagt, dass der Prozess aus „eigentlich einfachen, vorhersehbaren Mustern dahinter“ besteht. Wenn es also ganz einfach klang, ist es das, weil es so ist. Die problematische Codierung, die für das gesamte Verfahren eine Schwierigkeit darstellte, hat sich als ein Fall von Überdenken erwiesen.
Das Team fand auch heraus, dass die Art und Weise, wie „offen“ oder „geschlossen“ die Ziel-DNA war, einen großen Einfluss auf den Erfolg des Verfahrens hatte. Sie entdeckten, dass der CRISPR-Prozess viel effizienter war, wenn die Ziel-DNA offen war. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler Verbindungen, die die DNA in einen offenen Zustand zwingen, leicht freisetzen können, was die Erfolgswahrscheinlichkeit drastisch erhöht.
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Ähnlich wie bei den RNAs war die Offenheit oder Geschlossenheit der Gene etwas, was früher von Forschern übersehen wurde, wobei Teammitglied und Crick-Doktorand Josep Monserrat einräumte:„Wir hatten zuvor die Bedeutung der DNA-Offenheit bei der Bestimmung der Effizienz der CRISPR-Genombearbeitung nicht erkannt .“
Monserrat äußert sich positiv über die Zukunft dieser Ergebnisse und erklärt, dass das Team „begeistert ist zu beobachten, dass unterschiedliche Zelltypen in genauen Zielregionen gemeinsam editiert werden, und hofft, dass die Übersetzung unserer Ergebnisse fachübergreifend von Vorteil sein wird.“