An der Universität Basel wurde eine neue Methode entwickelt, welche die Crispr/Cas-Technologie verbessert: Sie ermöglicht eine präzisere und nahtlosere Einführung genetischer Marker in Proteinen.
Mit der Crispr/Cas-Technologie lässt sich gezielt die DNA von lebenden Organismen präzise verändern. Dabei wird mit Hilfe einer Guide-RNA, die eine bestimmte DNA-Sequenz erkennt, ein Cas9-Protein angeheftet und die DNA zerschnitten. Dieser gezielte Schnitt ermöglicht es, die DNA an dieser spezifischen Stelle zu reparieren oder zu verändern. Am Biozentrum wurde jetzt eine Methode namens «Seed/Harvest» in der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) entwickelt, welche die Crispr-Cas9-Methode mit dem Single-Strand Annealing (SSA)-Reparaturweg kombiniert. Dies macht genomweite Veränderungen effizienter, ohne «Narben» zu hinterlassen.
In einem ersten Schritt schleusten die Forschenden ein spezielles Marker-Gen an die gewünschte Stelle in der DNA ein. Diese Markierung innerhalb einer protein-kodierenden Region dient dazu zu erkennen, ob das Einschleusen erfolgreich war. Damit können an dieser Zielstelle die gewünschten Änderungen durchgeführt werden. Im zweiten Schritt wird der Marker ausgeschnitten und die DNA-Bruchstellen werden durch den Einzelstrang-Annäherungs-Reparaturweg (Single-Strand Annealing, SSA) repariert. «Dies ermöglicht uns, die DNA nahtlos zu schneiden, während ihre volle Funktion erhalten bleibt», erklärt Gustavo Aguilar, Erstautor der in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlichten Studie. «Die Kombination beider Methoden ermöglicht es, jedes gewünschte Protein im Genom zu markieren, ohne Kollateralschäden zu verursachen. So können wir die Funktionen von Proteinen in lebenden Organismen untersuchen.»
Die präzise und effiziente Methode kombiniert die erfolgreiche und robuste Einführung genetischen Materials mit allen Vorteilen einer nahtlosen Markierung. Proteine in spezifischen Geweben und Zelltypen können so markiert werden. «Wir können in verschiedenen Geweben und Entwicklungsstadien selbst bestimmen, wann und wo die Gene aktiviert oder deaktiviert werden», sagt Aguilar. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, um die Dynamik von Proteinen systematisch in lebenden Zellen in Echtzeit zu untersuchen. Bedeutend ist dies nicht nur für die Genetik und Biotechnologie, sondern auch für die medizinische Forschung, um z.B. fehlerhafte Gene, die Krankheiten verursachen, zu identifizieren.
