Was?

Molekularbiologische Methode, mit der das Erbgut gezielt umgeschrieben und verändert werden kann.

Kurzversion

Die Methode ermöglicht es, punktgenaue Veränderungen (Mutationen) im Erbgut zu erzeugen. Gene können an- oder ausgeschaltet, eingefügt oder entfernt werden. Die Erbinformation wird so präzise bearbeitet, als wäre sie ein Text in einem Schreibprogramm – Buchstabe für Buchstabe (Genome Editing). Die Technologie erlaubt es, simpel und mit hoher Präzision, Erbinformation aus dem Genom zu schneiden, neue DNA einzufügen oder die Aktivität gewünschter Gene zu verändern. Ursprünglich ist CRISPR/Cas eine Art Immunsystem, mit dem sich Bakterien gegen für sie schädliche Viren wehren.

Technik

Der Name CRISPR/Cas steht für einen bestimmten Abschnitt auf der DNA (CRISPR) und einen begleitenden Eiweißkomplex, der die DNA schneiden kann (Cas).

Das CRISPR/Cas-System ist eigentlich ein Mechanismus aus Bakterien, dem CRISPR, das der Virenabwehr dient. Es wird verwendet, um DNA an einer bestimmbaren DNA-Sequenz zu schneiden. Dadurch können z. B. DNA-Sequenzen entfernt werden und die virale DNA wird inaktiviert.

Die Bezeichnung CRISPR steht für einen Teil des bakteriellen Immunsystems, das schon 1987 entdeckt, aber in seiner Bedeutung nicht erkannt wurde. Die Funktionsweise der Virenabwehr ist bei Bakterien allerdings ganz anders als beim Menschen. Bei einer Infektion entlässt das Virus ein Teil seiner DNA in die Bakterienzelle. Durch das CRISPR-Cas-System sind die Bakterien in der Lage, die Viren-DNA als fremd zu erkennen und erst nach der Erstinfektion ein gegen das Virus gerichtete Immunsystem aufzubauen. Somit verleiht es Bakterien die Fähigkeit, sich gegen Viren zu wehren, indem sie Teile der Viren-DNA ausschneiden, zerstückeln und als sogenannte Spacer in ihr Genom einbauen. Das Ergebnis ist ähnlich dem Abwehrsystem des Menschen, das durch Infektionen oder Impfungen dazu lernt.

Im Detail: Die Bezeichnung CRISPR steht für kurze, gehäufte, regelmäßig unterbrochene palindromische Wiederholungen, was im Englischen clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) heißt. Es handelt sich dabei um sich wiederholende Abfolgen von gleichen DNA-Bausteinen (Repeats), sogenannte Palindrome – Erbgutabschnitte, die sich vorwärts oder rückwärts lesen lassen, so wie „Anna“ oder „Otto“. Zwischen diesen Strukturen liegen Abschnitte ohne erkennbare Regelmäßigkeit, sogenannte Spacer (Distanzstücke), deren Länge sich zwischen einzelnen Bakterien unterscheiden kann, für einen bestimmten DNA-Strang aber immer dieselbe ist.  Es handelt sich dabei um DNA-Sequenzen aus Viren. Das heißt, die Bakterien bauen bei einer Infektion einen Teil des viralen Erbmaterials in ihre eigene DNA ein, genau zwischen zwei Palindrome. Das Bakterium generiert auf diese Weise Cas-Enzyme (Cas steht für CRISPR associated = begleitend/zugehörig und ist ein DNA-schneidendes Enzym, eine Nuklease) zur Zerstückelung der DNA angreifender Viren – vorausgesetzt, es kam mit diesem in der Vergangenheit bereits in Berührung und hat überlebt. Diese Sequenz funktioniert wie ein Steckbrief, der Informationen über einen bereits bekannten Virus beinhaltet, der zerstört werden soll. Die Arbeit der Virenbeseitigung erledigt dann das Cas-Enzym. Es erkennt die Virus-DNA anhand des Steckbriefes und zerschneidet sie.