CRISPR / Cas-Systeme • Vera Mukhina • Wissenschaftliches Bild des Tages über "Elemente" • Genetik

CRISPR / Cas-Systeme

Die Abbildung zeigt den Wirkungsmechanismus der "Smart Scissors" für das DNA – System CRISPR / Cas. Diese Abkürzung verbirgt ein mächtiges Werkzeug zur Bearbeitung von Genomen, deren Wirkungsmechanismus, wie so oft, von der Natur übersehen und in den Dienst des Menschen gestellt wurde.

Viele Bakterien und Archaeen haben ein Analogon unseres Immunsystems. Sie können sich Viren merken und wiederholte Infektionsversuche stoppen. Ein spezieller DNA-Abschnitt (CRISPR-Kassette, engl. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) wird als Speichergerät verwendet und sieht wie eine Vielzahl einzigartiger Sequenzen aus, die durch Wiederholungen voneinander getrennt sind. Eindeutige Sequenzen sind Teile des genetischen Codes von Viren, die einmal versuchten, ein Bakterium zu infizieren, in der Tat ihre Identifikatoren. Jedes Mal, wenn ein Bakterium mit einer Virusinfektion zurechtkommt, wird ein Stück Virus-DNA am Anfang der Kassette eingefügt. Es stellt sich so etwas wie eine medizinische Karte eines Bakteriums heraus, in der alle seine Krankheiten in chronologischer Reihenfolge aufgezeichnet werden.

Die sogenannte CRISPR-RNA (crRNA), die von dieser Stelle aus synthetisiert wird, bindet an den Cas-Proteinkomplex, der ebenfalls im Genom des Bakteriums kodiert wird. Wie ein Sheriff mit einem Kriminellenportrait,Cas (in der oberen Abbildung mit Beige markiert) mit crRNA (grün) bewegt sich um die Zelle und wenn er sich mit dem Kriminellen selbst trifft – der Viruscode mit dem homologen Segment (blau) – schneidet es ab und unterdrückt die Infektion.

Theoretisch sollte dieses System nicht nur die virale DNA schneiden, sondern auch seine eigene, genau dort, wo sich die CRISPR-Kassette befindet. Dies geschieht nicht, weil das Bakterium seine DNA durch zusätzliche DNA-Markierungssequenzen von einem fremden unterscheiden kann. In einigen Arten von Systemen ist bakterielle DNA markiert und in einigen – viralen.

Der Komplex mit Cas9-Protein findet einen Abschnitt der DNA (blau) homolog zur vorhandenen crRNA (grün), hybridisiert mit diesem und macht einen doppelsträngigen Einschnitt, in den dann die gewünschte Region mittels homologer Rekombination auf Basis der Probe eingefügt wird. Die Probe besteht aus einer homologen Sequenz (blau), ausgestattet mit einem Einsatz (das Rot) am richtigen Ort. Bild von sites.tufts.edu

Es stellte sich heraus, dass Cas nicht nur in Bakterienzellen arbeiten kann. Wenn Sie es anstelle eines anderen crRNA c-Viruscodes durchgehen, wird es die DNA schneiden, wo sich ein homologes Fragment befindet.Diese Eigenschaft wurde erfunden, um bei der Bearbeitung des Genoms verwendet zu werden: Zuerst wird mit dieser "intelligenten Schere" ein Schnitt der gewünschten DNA-Sektion gemacht, und dann wird der Schaden mit einer gegebenen DNA-Probe "geheilt", die die erforderlichen Veränderungen enthält.

Bild von artofthecell.com.

Siehe auch:
1) Das prokaryotische Immunsystem wird helfen, das Genom, "Elements", 12.03.2013, zu bearbeiten.
2) Bakterien erben die erworbene Immunität, "Elemente", 21.01.2010.

Vera Mukhina


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