Genom-Editierung Techniken erlauben es Wissenschaftlern, die DNA eines Organismus zu verändern durch das Hinzufügen, das Entfernen oder der Neuordnung von genetischem Material an spezifischen Genom loci. Diese Techniken könnten wahrscheinlich zur Heilung von genetischen Krankheiten wie Hämophilie und Sichelzellanämie eingesetzt werden. Ein beliebtes und weit verbreitetes Forschungsinstrument zur DNA-Editierung, dass zu einer sicheren und effektiven Behandlungsmethode für genetische Krankheiten führen könnte, ist das CRISPR-Cas9-System. CRISPR-Cas9 steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats und CRISPR-associated Protein 9. Das grundlegende CRISPR-Cas9-System besteht aus einer Cas9-Endonuclease und einer kleinen RNA, die Cas9 zu dir Ziel-DNA führt.
CRISPR-Sequenzen wurden zuerst in Bakterien beobachtet und später in Archaeen identifiziert. Die Forscher entdeckten, dass das CRISPR-Cas9-System einer adaptiven Immunabwehr gegen eindringende Viren dient. Viele Bakterien und die meisten Archaeen fangen kurze Sequenzen der Virus-DNA ein, um eine Bibliothek von Virus-DNA-Segmenten, sogenannte CRISPR-Arrays, zu erstellen. Wenn Prokaryoten erneut dem gleichen Virus oder der gleichen Virusklasse ausgesetzt werden, werden diese CRISPR-Arrays verwendet, um kleine RNA-Segmente zu transkribieren. Diese helfen dabei, virale Eindringlinge zu erkennen und anschließend die virale DNA mit Cas9 oder einer ähnlichen Endonuklease zu zerstören.
Das CRISPR-Cas9 wird regulär im Labor verwendet, um DNA zu entfernen und eine neue DNA-Sequenz an dieser Stelle einzufügen. Um dies zu erreichen, müssen die Forscher zunächst ein kleines RNA-Fragment (spacer-RNA) mit einer kurzen Sequenz (spacer-Sequenz) erstellen, die an eine bestimmte Zielsequenz in der genomischen DNA bindet. Die Spacer-RNA kann auch Cas9 (oder anderen Endonukleasen wie Cpf1) binden. Die Spacer-RNA und das Cas9-Protein werden in die gewünschte Zelle eingeführt, wo dann die spacer-RNA die Ziel-DNA-Sequenz identifiziert und Cas9 sie letztlich spaltet.
Die Maschinerie der Zelle repariert dann die gebrochenen DNA-Stränge durch Einfügen oder Entfernen von zufälligen Nucleotiden. Dadurch wird das Zielgen inaktiviert. Alternativ kann eine spezifische DNA-Sequenz zusammen mit der spacer-RNA und Cas9 in die Zelle eingeführt werden. Diese dient als Vorlage für die Reparaturmaschinerie und ersetzt die entfernte Sequenz. Diese Methode ist hochwirksam, um bestimmte Gene “auszuschalten”, zu untersuchen oder ein mutiertes Gen durch eine normale Kopie zu ersetzen, in der Hoffnung, eine Krankheit heilen zu können.
Aufgrund der signifikanten gentechnischen Möglichkeiten des CRISPR-Cas9-Systems gab es eine große Debatte hinsichtlich seiner Verwendung. Besonders wurde die Verwendung des CRISPR-Cas9-Systems im Hinblick auf die Modifizierung von Embryos diskutiert. Ein chinesischer Wissenschaftler behauptete kürzlich, genomeditierte Babys mit Hilfe der CRISPR-Technologie erzeugt zu haben. Dabei behauptete er ein bei HIV-Infektionen beteiligtes Gen deaktiviert zu haben. Dies führte zu einem weltweiten Aufschrei von Wissenschaftlern, die über die ethischen und sicherheitstechnischen Aspekte des Verfahrens besorgt sind. Viele haben den Schritt als verfrüht bezeichnet, während andere äußerten ihre Bedenken zu möglichen genomischen Off-Target-Effekten. Obwohl die Zahl der möglichen biotechnologischen Anwendungen für das CRISPR-Cas9-System zahlreich ist, sollte man zukünftige Herausforderungen berücksichtigen, die sich aus dem Einsatz des Systems ergeben können.
