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

Eine kurze Geschichte von CRISPR

CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, das sind Segmente prokaryotischer DNA, die kurze Wiederholungen von Basensequenzen enthalten. Diese sind Teil eines bakteriellen Abwehrsystems, das zusammen mit CRISPR-assoziierten (Cas)-Proteinen die Grundlage der CRISPR-Cas9-Genom-Editierungstechnologie bildet. Im Wesentlichen zielt es auf das genetische Material von Viren ab, um deren Vermehrung zu stoppen.

CRISPR-Moleküle können zusammen mit dem Cas9-Protein (Cas steht für CRISPR Associated Protein) verwendet werden, um die CRISPR-Cas9-Technologie zu bilden. Diese Technologie wird genutzt zum Editieren von Genen in lebenden Zellen und Organismen mittels modifizierter CRISPR-Sequenzen.

Ein wesentlicher Vorteil der Methode besteht darin, dass sie es ermöglicht, den DNA-Bereich, der bearbeitet wird, sehr präzise zu treffen – etwas, das frühere Techniken nicht erreichen konnten. Die Erfinder von CRISPR-Cas9 erhielten 2020 den Nobelpreis für Chemie.

Aber Cas-9 ist nicht die einzige mögliche Anwendung von CRISPR. Es gibt auch Cas13, das zur Bearbeitung von RNA verwendet werden kann. Und das für diesen Artikel relevante, Cas12a

Cas12a vs Cas9

Dies wird Cas12a so weit wie möglich erklären, auf eine für Nicht-Biochemiker verständliche Weise, sodass einige Details etwas vereinfacht werden, und wir können zunächst betrachten, was CRISPR-Cas12a ist.

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

• Bietet alternative Schnittstellen im Vergleich zu Cas9.
  • Non-technical translation: schwer lösbare Probleme mit Cas9 könnten mit Cas12a lösbar sein
• Es schneidet DNA so, dass ein “klebriger” DNA-Abschnitt entsteht, im Gegensatz zum “stumpfen” Schnitt von Cas9, und kann mehrfach geschnitten werden.
  • Non-technical translation: Dies führt zu höheren Chancen, dass Gen-Editierung stattfindet.
• Für Cas12a ist im Gegensatz zu Cas9 kein transaktivierendes crRNA (tracrRNA) erforderlich. Aufgrund der kleineren Größe würde es ein einfacheres multiplexes Genom-Editing ermöglichen.
  • Non-technical translation: mehrere Gene können gleichzeitig mit Cas12a modifiziert werden

Quelle: Wikipedia

Einzigartige Eigenschaften von Cas12a2

Mit CRISPR-Cas12a dachten Forscher, sie hätten eine neue, leicht abgewandelte Version des inzwischen besser verstandenen CRISPR-Cas9. Aufgrund dieser Variationen bot es viele interessante Anwendungsmöglichkeiten, blieb jedoch derselbe grundlegende Mechanismus.

Und dann kam Cas12a2.

Die letzte Ziffer, “2” am Ende, steht für eine Variante von Cas12a, die sehr unterschiedliche Eigenschaften zu besitzen scheint. Tatsächlich verhält sie sich deutlich anders als das “normale” Cas12a, genauso wie Cas12a sich von Cas9 unterscheidet.

Die CRISPR-Cas-Systeme sind darauf ausgelegt, fremde Gene anzugreifen und Bakterien vor Viren zu schützen. Forscher haben diese Fähigkeit für die Gen-Editierung umfunktioniert. Cas12a2 funktioniert jedoch völlig anders. Wenn es virale RNA erkennt, beginnt es ALLE Nukleinsäuren innerhalb der Zelle anzugreifen. Meistens tötet es die betroffene Zelle, schützt den Rest der Bakterienkolonie und blockiert die Virusreplikation.

Dieser völlig neue Mechanismus verschaffte seinen Entdeckern Anfang Januar 2023 in zwei verschiedenen Artikeln einen Platz in der renommierten Fachzeitschrift Nature (etwas, das für jeden Biologen fast karriereentscheidend ist).

Anwendungen von Cas12a2

Der Grund für die Begeisterung der Nature‑Gutachter ist ziemlich einfach. Der Cas12a2‑Mechanismus ermöglicht die Entwicklung eines Werkzeugs, um Zellen „programmgesteuert zu töten“.

Die erste Anwendung könnte ein wesentlich effizienteres Editieren mit der anderen CRISPR‑Methode sein. Die Kombination von Cas12a2 mit anderen CRISPR‑Cas‑Systemen könnte die Effizienz der CRISPR‑Gen-Editierung durch Gegen­selektion steigern.

Es könnte auch sehr effizient bei der Erkennung von viraler RNA sein. Daher ist die zweite Anwendung, dass Cas12a2 zu einem quasi‑perfekten Test zur Erkennung von Viren umfunktioniert werden könnte. Das veröffentlichte Papier demonstriert bereits einen Proof‑of‑Concept dieser Idee.

Cas12a2‑basierte Tests würden die sehr hohe Empfindlichkeit eines PCR‑Tests mit der Einfachheit und Günstigkeit eines Heimtests kombinieren. Und das ganz ohne komplexe Geräte.

Das Beste daran ist, dass er so eingestellt werden kann, praktisch jedes RNA‑Virus zu erkennen, eine Familie, zu der Viren wie COVID‑19, die Grippe, Ebola und Zika gehören, sowie jede Mutation, die den ersten Testchargen entgehen würde.

Alles, was zur Entwicklung eines neuen Tests nötig wäre, ist das Wissen um das Genom des Virus und die Gestaltung individueller crRNA‑Sequenzen. Das lässt sich in nur wenigen Wochen erledigen, wie uns die Pandemie gezeigt hat.

Daher erscheint das Testen bei dem derzeitigen Kenntnisstand von Cas12a2 eine unkomplizierte Anwendung.

Die dritte mögliche Anwendung könnte die Nutzung von CRISPR‑Cas12a2 in der Krebsbehandlung sein. Ein theoretisches Beispiel wäre, Cas12a2 so zu programmieren, dass es nur auf genetische Sequenzen reagiert, die spezifisch für Krebszellen sind, und die Krebszelle zum „Suizid“ zwingt. Diese Anwendung könnte jedoch aufgrund der Komplexität der Genetik von Krebszellen weiter in der Zukunft liegen als die anderen.

Investitionsfazit

Die CRISPR‑Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, mit völlig neuen Mechanismen, die entdeckt werden müssen. Es dauerte die sieben Jahre, die Forscher, die an Cas12a2 arbeiten, um ausreichend gute Ergebnisse zu erzielen, um es zu verstehen. CRISPR‑Cas12a2 wurde gerade erst veröffentlicht und ist noch ein weiter Weg bis zur Kommerzialisierung. Ich wäre nicht überrascht, wenn weitere Varianten von CRISPR‑Cas‑Systemen noch in den Vorläufigen Ergebnissen anderer Forschungsteams weltweit verborgen sind.

Cas12a2 wird ein Feld sein, das im Kontext von Testtechnologien aufmerksam zu beobachten ist und langfristig eine potenzielle Bedrohung für Antigentests und PCR‑Tests darstellen könnte.

Es könnte auch mit anderen CRISPR‑Techniken kombiniert werden, um sie effizienter zu machen oder technische Hürden zu überwinden. Insgesamt scheint Cas12a2 ein guter Grund zu sein, optimistischer gegenüber der CRISPR‑Technologie im Allgemeinen und ihrem Potenzial, die Medizin zu verändern, zu sein. Auch im Bereich der Tests, etwas, das bis Januar 2023 von niemandem vorhergesehen wurde.

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