Genscheren mit Lichtschalter

Neue Methoden erlauben die punktgenaue Veränderung von Erbgut. Doch die Eingriffe sollen noch präziser werden, vor allem mit Blick auf die Anwendung am Menschen. Ein neuer Forschungsansatz.

Juliette Irmer
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Gentechnik erobert Forschungslabors in hohem Tempo. (Bild: Mark Schiefelbein/AP (Shenzen, 9. Oktober 2018))

Gentechnik erobert Forschungslabors in hohem Tempo. (Bild: Mark Schiefelbein/AP (Shenzen, 9. Oktober 2018))

Die Genschere Crispr/Cas hat die Forschungslabors dieser Welt in einem beispiellosen Tempo erobert. Sie erlaubt punktgenaue Veränderungen des Erbguts und das schnell und günstig. Wöchentlich erscheinen neue Publikationen zum Einsatz der Genschere in Pflanzenzucht und Medizin, und immer wieder macht Crispr auch Schlagzeilen, vor allem jetzt, da die Vision gen- editierter Menschen Realität geworden ist.

Das Vorpreschen in diesem jungen Forschungszweig erschüttert wohl die gesamte Wissenschaft. Denn so gross das Potenzial erscheint, es existieren auch Einschränkungen. Unter anderem kommt es immer wieder zu «off-target»-Effekten, also ungeplanten Fehlschnitten, weswegen der Einsatz in der Medizin noch umstritten ist: Crispr könnte versehentlich die Funktion lebensnotwendiger Gene verändern und Nebenwirkungen sich erst Jahre später zeigen. Deshalb suchen Forscher weltweit nach Möglichkeiten, die Genschere noch präziser zu kontrollieren.

Zwei junge Technologien wachsen zusammen

Forscher aus Heidelberg und Berlin haben nun eine Methode entwickelt, mit der sich Crispr/Cas von aussen steuern lässt – mit Hilfe von Licht. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich im Fachmagazin «Nature Methods» veröffentlicht.

Grundlage der Methode sind sogenannte Anti-Crispr-Proteine, welche die Genschere blockieren. Diesen Proteinen haben die Forscher zusätzlich einen Lichtsensor eingebaut, der ursprünglich aus der Haferpflanze stammt. Das Hybridmolekül namens Casanova (Crispr/Cas Aktivierung durch ein neues, optogenetisches Verfahren basierend auf Anti-Crispr-Proteinen) haben sie samt Genschere in Zellkulturen eingebracht. «Im Dunkeln bindet sich Casanova effizient an die Schere und schaltet diese dadurch ab. Durch blaues Licht löst sich die Crispr-Genschere vom Anti-Crispr-Protein und wird dadurch aktiv», erläutert Dominik Niopek von der Universität Heidelberg. Denn bei Licht verändert sich die dreidimensionale Struktur von Casanova und gibt die Genschere frei.

«Hier wachsen zwei junge Technologien – Crispr/Cas und Optogenetik – ein Stück weit zusammen», sagt Roland Eils, Direktor des Zentrums für digitale Gesundheit am Berliner Institut für Gesundheitsforschung. Bei der Optogenetik kontrollieren Wissenschafter die Aktivität von Zellen mit Lichtsignalen. Zuvor werden diese gentechnisch so verändert, dass sie Proteine herstellen, die mit Licht aktivierbar sind. Die Optogenetik hat ihren Ursprung in den Neurowissenschaften und führte schon zu aufsehenerregenden Experimenten: So gelang es Forschern, Mäuse auf Knopfdruck im Kreis laufen zu lassen, in dem man Nervenzellen über Licht aktivierte. Mittlerweile hat die junge Disziplin Eingang in andere Forschungszweige wie etwa Kardiogenetik oder Augenheilkunde gefunden.

«Anwendungen auf der Haut oder im Auge eher denkbar»

Durch den exakt vorherbestimmbaren Moment der Genveränderung lassen sich nun auch Zellprozesse beobachten, die in Minuten ablaufen. «Evolutionär sind Zellen so ausgebildet, dass sie Störungen schnell ausgleichen, damit sie ihre Funktion aufrechterhalten können», sagt Niopek. Eils ergänzt: «Überoptimistische Äusserungen zu Therapien sollte man nicht machen. Aber es gibt aktuell eine Vielzahl von Entwicklungen, die uns Grund zur Hoffnung geben, dass es in den kommenden Jahren neue und effektive Therapieansätze geben wird.»

Was die Übertragung der Methode auf Menschen angeht, gibt es jedoch zwei grosse Herausforderungen: Zum einen ist die gentechnische Veränderung menschlichen Erbguts bislang nicht risikolos möglich. Zum anderen dringt blaues Licht nicht tief in das Gewebe ein. «Anwendungen auf der Haut oder im Auge sind deswegen eher denkbar», so Eils.

Derweil freut sich Niopek, dass Casanova, das online für Forschende über die Plattform Addgene verfügbar ist, bereits mehrfach abgerufen wurde. «Es ist schön, wenn eine Idee weltweit Verwendung findet und sich daraus vielleicht Neues entwickelt.»

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