Wie Wissenschaftler daran arbeiten, die DNA-Reparatur (fast) zum Kinderspiel zu machen

Ich war schon immer von der Genetik fasziniert, einem Zweig der Biologie, der alles erklärt, von der auffallenden Ähnlichkeit zwischen verschiedenen Familienmitgliedern bis hin zur Tatsache, dass Erdbeerpflanzen frostbeständig sind. Es ist ein beeindruckendes Feld!

Ich habe auch eine persönliche Verbindung zur Genetik. Als ich aufwuchs, erfuhr ich, dass Mitglieder meiner Familie an einer Form von Muskeldystrophie namens Dysferlinopathie litten. Ich sah zu, wie meine Mutter nach und nach die Fähigkeit zum Treppensteigen verlor und sich auf einen Gehstock, dann auf eine Gehhilfe und schließlich auf einen Rollstuhl verlassen musste. Ihre Beinmuskeln konnten sich immer weniger selbst reparieren und wurden mit der Zeit schwächer.

Meine Eltern erklärten mir, dass all diese Veränderungen auf den Fehler eines einzelnen Buchstabens unter Milliarden von Buchstaben in einer langen DNA-Sequenz zurückzuführen seien. Dieser Fehler verhindert die Produktion des Proteins, das für die Reparatur der Arm- und Beinmuskulatur verantwortlich ist.

Heute bin ich Doktorand im Bereich Molekulare Medizin. Ich beschäftige mich mit der Behandlung von Erbkrankheiten, um Familien wie meiner eigenen helfen zu können. In diesem Artikel werde ich Erbkrankheiten entmystifizieren und zeigen, welche Forschung zu ihrer Behandlung betrieben wird.

Ein Stück Kuchen? Nicht ganz

Beginnen wir damit, uns DNA als ein Rezeptbuch vorzustellen. Jedes Gen repräsentiert ein anderes Rezept. Die Seite mit dem Schokoladenkuchen-Rezept hat ein schönes Bild, es fehlen jedoch einige Informationen. Im Rezept heißt es, den Ofen vorzuheizen und das Mehl abzumessen, aber der Rest der Seite ist zerrissen. Es ist also unmöglich, den Kuchen zu backen. Wir servieren unser Essen nach allen anderen Rezepten, aber es gibt keinen Schokoladenkuchen, obwohl dieser ein besonders wichtiger Teil des Essens ist.

Das Gleiche gilt auch für Erbkrankheiten. In diesem Fall kann der Körper bis auf eines alle benötigten Proteine ​​selbst herstellen. Bei der Dysferlinopathie, von der meine Familie betroffen ist, fehlt das Rezept für das Protein, das die Muskeln der Arme und Beine repariert. Jede Erbkrankheit hat in ihrem Rezeptbuch eine eigene beschädigte Seite.

Genauer gesagt wird ein Fehler in der DNA als Mutation bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Mutationen. Einige werden durch das Hinzufügen von Buchstaben verursacht, beispielsweise durch das Hinzufügen einer Zutat zum Rezept. Diese Zugabe könnte zu einem köstlichen Schokoladenkuchen mit Erdbeeren führen oder zu einem Kuchen, der nicht mehr essbar ist, weil wir ihm Motoröl hinzugefügt haben.

Andere Mutationen werden durch die Entfernung (oder Eliminierung) eines oder mehrerer Buchstaben (oder Bestandteile) oder durch Ersetzungen verursacht, die einen Buchstaben durch einen anderen ersetzen. Alle diese Veränderungen können zu günstigen oder unwirksamen Veränderungen führen, wie zum Beispiel dem Erscheinen der ersten blauen Augen in der Evolution oder der Fähigkeit, außerhalb des Wassers zu atmen. Diese Veränderungen können aber auch ungünstige Folgen haben, etwa eine Erbkrankheit oder Krebs.

DNA reparieren

Schon in jungen Jahren wurde mir klar, dass meine Mutter aufgrund eines Genfehlers krank war, ich aber nicht an dieser Krankheit erkranken würde, weil mein Vater nicht den gleichen Fehler hatte. Dies wird als rezessive Erkrankung bezeichnet, da bei jedem der beiden Elternteile ein Fehler im Gen vorliegen muss, damit sich die Krankheit manifestiert. Andere Erbkrankheiten sind dominant, das heißt, eine Mutation in der DNA, die nur von einem Elternteil vererbt wird, reicht aus, um die Produktion eines Proteins zu beeinträchtigen.

Im Rahmen meiner Forschung schaue ich mir die DNA-Sequenz jedes Dysferlinopathie-Patienten an, um herauszufinden, wo der Fehler liegt.

Um dies zu korrigieren, verwende ich Prime Editing, eine Technik, die es ermöglicht, die DNA in der Nähe der Mutation zu schneiden und die Sequenz korrekt neu zu schreiben. Prime Editing ist eine Version von CRISPR-Cas9, einer Technik, die es ermöglicht, DNA an einer bestimmten Stelle zu schneiden.

Bei der Prime-Bearbeitung wird ein Protein namens Cas9 verwendet, das natürlicherweise in Bakterien vorkommt. Dieses Protein ermöglicht es Bakterien, die DNA-Sequenzen von Viren zu zerstören, die sie infizieren könnten. Die Aufgabe des Cas9-Proteins besteht darin, eine Sequenz zu erkennen und zu zerschneiden.

Wenn wir Cas9 in unseren menschlichen Zellen verwenden, binden wir es an ein anderes Protein, das die DNA-Sequenz anhand einer Vorlage neu schreibt. Mit anderen Worten: Wir geben der Zelle eine fehlerfreie Sequenz, damit sie das Protein selbst herstellen kann. Es ist ein bisschen so, als würde man die Originalseite des Rezeptbuchs wiederherstellen, damit man endlich den Schokoladenkuchen servieren kann.

Ein Schritt in die richtige Richtung

Warum hören wir also nichts von Prime Editing, wenn es doch zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt werden könnte? Denn die Technologie ist noch nicht ausgereift. Derzeit sind wir in der Lage, DNA direkt in Zellen im Labor zu reparieren, aber uns fehlen die Mittel, um die beiden großen Proteine ​​(Cas9 und das, das umschreibt) in die zu behandelnden Zellen (z. B. ins Zentrum der Zelle) zu bringen betroffene Muskeln).

Mit anderen Worten: Wir haben das Schokoladenkuchen-Rezept gefunden, aber es ist auf einer Seite geschrieben, die zu groß ist, um in eine E-Mail zu passen oder in einen Umschlag zu stecken. Viele Labore, darunter auch meines, suchen nach einem effizienten und sicheren Vehikel, das diese Proteine ​​liefern kann.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.