Was ist CRISPR-Cas12a2? & Warum ist es wichtig?

Eine kurze Geschichte von CRISPR

CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, die Segmente von prokaryotischer DNA enthalten, die kurze Wiederholungen von Basensequenzen enthalten. Diese sind Teil eines bakteriellen Abwehrsystems, das zusammen mit CRISPR-assoziierten (Cas) Proteinen die Grundlage für die CRISPR-Cas9-Genomeditierungstechnologie bildet. Es zielt im Wesentlichen auf das genetische Material des Virus ab, um dessen Verbreitung zu stoppen.

CRISPR-Moleküle können zusammen mit dem Cas9-Protein (Cas bedeutet CRISPR-assoziierter Protein) zur Bildung der CRISPR-Cas9-Technologie verwendet werden. Diese Technologie wird für die Bearbeitung von Genen in lebenden Zellen und Organismen verwendet, indem CRISPR-Sequenzen modifiziert werden.

Ein wichtiger Vorteil dieser Technik ist, dass sie es ermöglicht, sehr präzise die DNA-Bereiche zu bearbeiten, die bearbeitet werden sollen, was frühere Techniken nicht konnten. Die Erfinder von CRISPR-Cas9 erhielten den Nobelpreis für Chemie 2020.

Aber Cas-9 ist nicht der einzige mögliche Weg, CRISPR zu verwenden. Es gibt auch Cas13, das für die Bearbeitung von RNA verwendet werden kann. Und das, was in diesem Artikel behandelt wird, Cas12a.

Cas12a vs Cas9

Dies wird Cas12a so erklären, dass es für einen Nicht-Biochemiker verständlich ist, sodass einige Details vereinfacht werden und wir uns zunächst mit dem ansehen können, was CRISPR-Cas12a ist.

CRISPR-Cas12a ist in einigen Aspekten ein anderes System als Cas9:

• Es bietet alternative Schnittstellen zu dem, was Cas9 kann.
  • Non-technische Übersetzung: Schwierige Probleme mit Cas9 könnten mit Cas12a lösbar sein
• Es schneidet DNA auf eine Weise, die einen “klebrigen” Abschnitt von DNA hinterlässt, anstatt des “stumpfen” Schnitts von Cas9, und kann mehrmals geschnitten werden.
  • Non-technische Übersetzung: Es resultiert in höheren Chancen für die Genbearbeitung.
• Es gibt keine Notwendigkeit für eine transaktivierende crRNA (tracrRNA) für Cas12a, im Gegensatz zu Cas9. Aufgrund der kleineren Größe würde es eine einfachere Multiplex-Genomeditierung ermöglichen.
  • Non-technische Übersetzung: mehr als ein Gen kann gleichzeitig mit Cas12a modifiziert werden

Quelle: Wikipedia

Einzigartige Eigenschaften von Cas12a2

Mit CRISPR-Cas12a dachten Forscher, sie hätten eine neue, leicht abweichende Version der jetzt besser verstandenen CRISPR-Cas9. Es hatte viele interessante Anwendungen aufgrund dieser Variationen, aber es war immer noch der gleiche grundlegende Mechanismus.

Und dann kam Cas12a2.

Die letzte Zahl, “2” am Ende, ist für eine Variante von Cas12a, die sehr unterschiedliche Eigenschaften aufwies. Tatsächlich verhält es sich viel anders als “normales” Cas12a, als Cas12a sich von Cas9 unterscheidet.

Die CRISPR-Cas-Systeme sind dafür ausgelegt, fremde Gene anzugreifen und Bakterien vor Viren zu schützen. Forscher haben diese Fähigkeit in die Genbearbeitung umgewandelt. Was Cas12a2 tut, ist sehr unterschiedlich. Wenn es virale RNA erkennt, beginnt es, alle Nukleinsäuren innerhalb der Zelle anzugreifen. Meistens wird es die Zelle töten, die betroffene, schützt den Rest der Bakterienkolonie und blockiert die Replikation des Virus.

Dieser völlig neue Mechanismus brachte den Entdeckern einen Platz in der renommierten Zeitschrift Nature im Januar 2023 in 2 verschiedenen Artikeln (etwas, das für jeden Biologen karrierefördernd ist).

Anwendungen von Cas12a2

Der Grund für die Begeisterung der Nature-Rezensenten ist ziemlich einfach. Der Cas12a2-Mechanismus ermöglicht die Schaffung eines Werkzeugs, um “programmgesteuert Zellen zu töten”.

Die erste Anwendung könnte eine viel effizientere Bearbeitung mit der anderen CRISPR-Methode sein. Die Kombination von Cas12a2 mit anderen CRISPR-Cas-Systemen könnte die Effizienz der CRISPR-Genbearbeitung durch Gegenauswahl erhöhen.

Es könnte auch sehr effizient sein, um virale RNA zu erkennen. Also könnte eine zweite Anwendung darin bestehen, dass Cas12a2 in einen quasi-perfekten Test zur Erkennung von Viren umgewandelt werden könnte. Der veröffentlichte Artikel zeigt bereits einen Nachweis dieses Konzepts.

Cas12a2-basierte Tests würden die sehr hohe Empfindlichkeit eines PCR-Tests mit der Einfachheit und Billigkeit eines Heimtests kombinieren. All dies ohne komplexe Maschinen.

Das Beste daran ist, dass es auf fast alle RNA-Viren abgestimmt werden kann, eine Familie, die Viren wie COVID-19, die Grippe, Ebola und Zika sowie jede Mutation, die den ursprünglichen Test überwinden würde, enthält.

Alles, was benötigt würde, um einen neuen Test zu entwerfen, wäre, das Genom des Virus zu kennen und benutzerdefinierte crRNA-Sequenzen zu entwerfen. Etwas, das in nur wenigen Wochen gemacht werden kann, wie die Pandemie gezeigt hat.

Also, auf dem aktuellen Verständnisniveau von Cas12a2, scheint die Testung eine einfache Anwendung zu sein.

Die dritte mögliche Anwendung könnte in der Verwendung von CRISPR-Cas12a2 in der Krebsbehandlung liegen. Ein theoretisches Beispiel könnte darin bestehen, Cas12a2 so zu programmieren, dass es auf genetische Sequenzen reagiert, die nur in Krebszellen vorkommen, und die Krebszelle dazu zwingt, “Selbstmord” zu begehen. Allerdings könnte diese Anwendung weiter entfernt sein als die anderen, aufgrund der Komplexität der Genetik von Krebszellen.

Investment-Takeaway

CRISPR-Technologie ist noch in den Kinderschuhen, mit völlig neuen Mechanismen, die entdeckt werden müssen. Es dauerte den Forschern, die an Cas12a2 arbeiteten, 7 Jahre, um gute Ergebnisse zu erzielen, um es zu verstehen. CRISPR-Cas12a2 wurde gerade veröffentlicht und ist noch weit entfernt von der Kommerzialisierung. Ich wäre nicht überrascht, wenn andere Varianten von CRISPR-Cas-Systemen noch in den vorläufigen Ergebnissen anderer Forschungsteams auf der ganzen Welt versteckt sind.

Cas12a2 wird ein Bereich sein, den man genau beobachten muss, im Kontext der Testtechnologie, und könnte möglicherweise eine Bedrohung für Antigentests und PCR-Tests auf lange Sicht darstellen.

Es könnte auch mit anderen CRISPR-Techniken kombiniert werden, um diese effizienter zu machen oder technische Hindernisse zu überwinden. Insgesamt scheint Cas12a2 ein guter Grund zu sein, um optimistischer über die CRISPR-Technologie im Allgemeinen und ihr Potenzial, die Medizin zu verändern, zu sein. Einschließlich der Testung, etwas, das niemand vor Januar 2023 auch nur ansah.

Editas Medicine (EDIT) ist eines der Unternehmen, das derzeit an dieser Technologie arbeitet.