Was ist CRISPR-Cas12a2? & Warum spielt es eine Rolle?

Eine kurze Geschichte von CRISPR

CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Dabei handelt es sich um Abschnitte prokaryotischer DNA, die kurze Wiederholungen von Basensequenzen enthalten. Diese sind Teil eines bakteriellen Abwehrsystems, das zusammen mit CRISPR-assoziierten (Cas) Proteinen die Grundlage für die CRISPR-Cas9-Genomeditierungstechnologie bildet. Sie zielt im Wesentlichen auf das genetische Material des Virus ab, um dessen Ausbreitung zu stoppen.

CRISPR-Moleküle können zusammen mit dem Cas9-Protein (Cas bedeutet CRISPR Associated Protein) zur Bildung der CRISPR-Cas9-Technologie verwendet werden. Diese Technologie wird genutzt für eBearbeiten von Genen in lebenden Zellen und Organismen unter Verwendung modifizierender CRISPR-Sequenzen.

Ein wesentlicher Vorteil der Technik besteht darin, dass sie es ermöglicht, sehr genau auf den zu bearbeitenden DNA-Bereich zu zielen, was mit früheren Techniken nicht möglich war. Die Erfinder von CRISPR-Cas9 erhielten 2020 den Nobelpreis für Chemie.

Aber Cas-9 ist nicht die einzige Möglichkeit, CRISPR zu nutzen. Es gibt auch Cas13, das zur Bearbeitung von RNA verwendet werden kann. Und der zu diesem Artikel, Cas12a

Cas12a vs. Cas9

Dadurch wird Cas12a so weit wie möglich auf eine für einen Nicht-Biochemiker verständliche Weise erklärt, so dass einige Details etwas vereinfacht werden und wir uns zunächst ansehen können, was CRISPR-Cas12a ist.

CRISPR-Cas12a unterscheidet sich in einigen Aspekten von Cas9:

• Bieten Sie alternative Schnittstellen zu den Möglichkeiten von Cas9.
  • Nichttechnische Übersetzung: Schwer zu lösende Probleme mit Cas9 könnten mit Cas12a lösbar sein
• Es schneidet DNA auf eine Weise, die einen „klebrigen“ DNA-Abschnitt anstelle des „stumpfen“ Schnitts von Cas9 hinterlässt, und kann mehrfach geschnitten werden.
  • Nichttechnische Übersetzung: Dies führt zu einer höheren Wahrscheinlichkeit einer Genbearbeitung.
• Es besteht keine Notwendigkeit für a transaktivierende crRNA (tracrRNA) für Cas12a, im Gegensatz zu Cas9. Aufgrund der geringeren Größe wäre eine einfachere Multiplex-Genombearbeitung möglich.
  • Nichttechnische Übersetzung: Mit CAs12a kann mehr als ein Gen gleichzeitig verändert werden

Quelle: Wikipedia

Einzigartige Eigenschaften von Cas12a2

Mit CRISPR-Cas12a glaubten die Forscher, eine neue, etwas andere Version des jetzt besser verstandenen CRISPR-Cas9 zu haben. Aufgrund dieser Variationen gab es viele interessante Verwendungsmöglichkeiten, aber es war immer noch der gleiche Grundmechanismus.

Und dann kam Cas12a2.

Die letzte Zahl, „2“ am Ende, steht für eine Variante von Cas12a, die offenbar sehr unterschiedliche Eigenschaften hat. Tatsächlich verhält es sich ganz anders als „normales“ Cas12a als Cas12a und Cas9.

Die CRISPR-Cas-Systeme sollen fremde Gene angreifen und Bakterien vor Viren schützen. Forscher haben diese Fähigkeit auf die Bearbeitung von Genen übertragen. Was Cas12a2 macht, ist ganz anders. Wenn es virale RNA erkennt, wird es gestartet um ALLE Nukleinsäuren innerhalb der Zelle anzugreifen. Meistens tötet es die betroffene Zelle ab, schützt den Rest der Bakterienkolonie und blockiert die Replikation des Virus.

Dieser völlig neue Mechanismus verschaffte seinen Entdeckern Anfang Januar 2023 in zwei verschiedenen Artikeln einen Platz in der renommierten Fachzeitschrift Nature (etwas, das für jeden Biologen ziemlich karrierefördernd ist).

Cas12a2-Anwendungen

Der Grund für die Begeisterung der Nature-Rezensenten ist ziemlich einfach. Der cas12a2-Mechanismus ermöglicht die Schaffung eines Werkzeugs zum „programmierbaren Abtöten von Zellen“.

Die erste Anwendung könnte eine wesentlich effizientere Bearbeitung mit der anderen CRISPR-Methode sein. Die Kombination von Cas12a2 mit anderen CRISPR-Cas-Systemen könnte die Effizienz der CRISPR-Genbearbeitung durch Gegenselektion steigern.

Es könnte auch sehr effizient beim Nachweis von Virus-RNA sein. Also, a Die zweite Anwendung besteht darin, dass CAs12a2 in einen quasi perfekten Test zur Erkennung von Viren umgewandelt werden könnteS. Das veröffentlichte Papier zeigt bereits einen Proof-of-Concept dieser Idee.

CAs12a2-basierte Tests würde die sehr hohe Empfindlichkeit eines PCR-Tests mit der Einfachheit und Kostengünstigkeit eines Heimtests kombinieren. Alles ohne den Einsatz komplexer Maschinen.

Das Beste daran ist, dass es so eingestellt werden kann, dass es praktisch alle RNA-Viren erkennt, eine Familie, die Viren wie COVID-19, die Grippe, Ebola und Zika sowie alle Mutationen enthält, die den ersten Tests entgehen würden.

Um einen neuen Test zu entwickeln, müsste man lediglich das Genom des Virus kennen und maßgeschneiderte crRNA-Sequenzen entwickeln. Wie uns die Pandemie gezeigt hat, ist dies in nur wenigen Wochen möglich.

Auf dem aktuellen Stand des Verständnisses von Cas12a2 scheint das Testen also eine unkomplizierte Anwendung zu sein.

Die dritte mögliche Anwendung könnte der Einsatz von CRISPR-Cas12a2 in der Krebsbehandlung seinEin theoretisches Beispiel wäre, Cas12a2 so zu programmieren, dass es nur auf genetische Sequenzen reagiert, die spezifisch für die Krebszelle sind, und so die Krebszelle zum „Selbstmord“ zu zwingen. Aufgrund der Komplexität der Genetik von Krebszellen könnte diese Anwendung jedoch noch weiter in der Zukunft liegen als die anderen.

Investition zum Mitnehmen

Die CRISPR-Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und es gilt, völlig neue Mechanismen aufzudecken. Der Forscher, der an Cas12a2 arbeitete, brauchte sieben Jahre, um ausreichend gute Ergebnisse zu erzielen, um es zu verstehen. CRISPR-Cas7a12 wurde gerade veröffentlicht und ist noch weit von der Kommerzialisierung entfernt. Es würde mich nicht wundern, wenn in den vorläufigen Ergebnissen anderer Forschungsteams weltweit noch andere Varianten von CRISPR-Cas-Systemen verborgen wären.

Cas12a2 wird im Kontext der Testtechnologie ein Raum sein, der aufmerksam untersucht werden muss, da es auf lange Sicht potenziell eine Bedrohung für Antigentests und PCR-Tests darstellt.

Es könnte auch mit anderen CRISPR-Techniken kombiniert werden, um sie effizienter zu machen oder technische Hindernisse zu beseitigen. Insgesamt scheint Cas12a2 ein guter Grund zu sein, hinsichtlich der CRISPR-Technologie im Allgemeinen und ihrem Potenzial, die Medizin zu verändern, optimistischer zu sein. Einschließlich Tests, wovon sich bis Januar 2023 noch niemand hätte träumen lassen.

Editas Medizin (BEARBEITEN) ist eines der Unternehmen, die es derzeit gibt arbeiten an dieser Technologie.