Genome Editing

Unter den Begriff „Genome Editing” fällt die Anwendung von Techniken, welche es erlauben, einen DNA-Strang an einer exakt definierten Stelle zu durchtrennen und dadurch eine Modifikation der DNA durch Veränderung, Entfernung oder Hinzufügung von DNA-Sequenzen vorzunehmen. Zu den bekanntesten Techniken dieser Art zählen dabei CRISPR/Cas9, ZFN und TALEN, welche in diesem Zusammenhang häufig als „Genscheren” bezeichnet werden.

CRISPR/Cas9 besteht aus zwei Teilen: Das Protein Cas9 ist ein Enzym mit einer sogenannten Nuklease-Aktivität, die es ihm ermöglicht, einen DNA-Strang vollständig zu durchtrennen. Derartige Enzyme werden als Restriktionsenzyme (auch: Restriktionsendonukleasen, REN) bezeichnet. CRISPR ist ein RNA-Molekül, welches sich an einer genau definierten Stelle der DNA anbindet und der Nuklease Cas9 damit die Schnittstelle anzeigt. Der besondere Vorteil von CRISPR/Cas9 besteht darin, dass RNA-Moleküle kostengünstig und vergleichsweise unkompliziert herzustellen und somit für die Forschung leicht zugänglich sind.

Die Zinkfingernuklease (ZFN) ist ein synthetisches Restriktionsenzym. Dieses besteht aus einer Zinkfingerdomäne, welche die Funktion hat, die entsprechende DNA-Sequenz zu finden und sich daran zu binden sowie aus einer Nukleasedomäne, welche die DNA schneidet. 

Auch bei TALEN (engl.: transcription activator–like effector nucleases) handelt es sich um ein synthetisches Restriktionsenzym. Ähnlich wie die Zinkfingernuklease besteht sie aus einer DNA-bindenden TAL-effector-Domäne und einer Nukleasedomäne zum Schneiden der DNA. 

Im Gegensatz zu CRISPR/Cas9 müssen sowohl ZFN als auch TALEN für jede Anwendung neu konstruiert werden, um eine sequenzspezifische Anbindung an die DNA zu ermöglichen, weshalb sie in der Herstellung deutlich aufwändiger sind. 

Weiterführende Informationen zum therapeutischen Potential von ZFN, TALEN und CRISPR/Cas9:

Gaj, T. / Gersbach, C. A. / Barbas, C. F. (2013): ZFN, TALEN and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. In: Trends in Biotechnology 31 (7), 397–405. doi: 10.1016/j.tibtech.2013.04.004 Online Version (Englisch) 

Zur spezifischen Anwendung von CRISPR/Cas9 siehe außerdem:

Doudna, J. A. / Charpentier, E. (2014): The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. In: Science 346 (6213), 1258096. doi: 10.1126/science.1258096 Online Version (Englisch) 

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