Covid-19 meets CRISPR-Cas

Kristallograifsche Darstellung des CRISPR/Cas Systems,
Boghog, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons

Warum es der richtige Zeitpunkt für diesen Nobelpreis in Chemie ist und was das mit der aktuellen Pandemie zu tun hat.

Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an die Genforscherinnen Emmanuelle Charpentier Jennifer A. Doudna für ihre Entdeckung und Entwicklung der CRISPR-Cas Methode. Die biotechnologisch-interessierte Welt hat darauf gewartet und die Entscheidung des Nobelpreiskommittees kommt genau zum richtigen Zeitpunkt. Denn in der Entwicklung von Diagnose- und Therapieverfahren von Sars-Cov-2 (Covid-19) kommt der Methode weltweit eine hohe Bedeutung zu.

Was macht diese Genschere aktuell so attraktiv gegenüber anderen gentechnischen Methoden?

Im Gegensatz zu bisherigen gentechnischen Methoden handelt es sich beim CRISPR/Cas System um ein sehr präzises, molekulares Werkzeug. Es ist in der Lage bestimmte Virensequenzen zu detektieren und diese gezielt abzubauen.

Die Genschere ist Bestandteil des bakteriellen Immunsystems, das sich entwickelt hat um sich gegen virale Attacken zu schützen. Ja, auch Bakterien werden von Viren befallen. Viren besitzen keinen eigenen Stoffwechsel um sich zu vervielfältigen. Aus diesem Grund veranlassen Sie Bakterien die notwendigen virale Proteine für Sie zu produzieren.

Wurde ein Bakterium bspw. von einem bestimmten RNS Virus befallen, schützt es sich vor einem erneuten Virenbefall desselben Typs, indem es sein Immunsystem aktiviert. Dazu wird ein Teil der Viren RNS in das bakterielle Genom eingebaut. Dabei wird die Viren RNS von genetischen Abschnitten, den CRISPR Bereichen, umrahmt. Als Teil der bakteriellen Immunantwort wird ein bakterielles RNS Fragment erstellt, das sowohl virulente als auch bakteriellen Abschnitte enthält. Diese RNS wird wiederum an das Enzym Cas 9 gebunden.  Befallen diese Viren nun wiederholt ein Bakterium so wirkt das CRISPR/Cas System als bakterielles Skalpell. Die kombinierten Viren und CRISPR-Sequenzen verkleben sich mit den bekannten Sequenzen des Eindringlings und das Cas 9 Enzym zerschneidet die verbundene Viren RNS. Dadurch wird das Virus in seiner Funktionsweise für seinen Wirt unschädlich gemacht.

Ein neuartiger Coronalichttest dauert 5 Minuten.

Ein sehr schnelles Covid-19 Diagnose-Verfahren haben nun ein Team um Daniel Fletcher von der Universität von Berkeley und Melanie Ott vom Gladstone-Institut entwickelt. CRISPR Leitsequenzen die sich spezifisch mit bestimmten Virengenen verkleben können, werden mit menschlichem Serum gemischt. Ist der Kandidat positiv dann verbinden sich die Sequenzen, das Enzym Cas-9 zerschneidet die Viren RNS und ein fluoreszierender Marker leuchtet auf.  

Geeignete Impftherapien gibt es aktuell noch nicht aber die Entwicklung ist in vollem Gange. Big Data Simulationen sind auf der Suche nach geeigneten Viren RNS Sequenzen, die eine Immunantwort beim Menschen auslösen können. Dazu müssen Gedächtniszellen des T Lymphocytensystems anlegt werden ohne dass es zu einem schweren symptomatischen Krankheitsverlauf beim Menschen kommt. Sobald die Sequenzkandidaten mit Hilfe der Algorithmen gefunden sind kann die Genschere zum Einsatz kommen.

Quellen:

https://www.mpg.de/11018867/crispr-cas9

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.09.28.20201947v1

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