CRISPR könnte eine Schlüsselrolle bei neuen Technologien spielen, die zur Identifizierung von Viren wie H5NI und Influenza verwendet werden

CRISPR kann mehr als Gen‑Editierung

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ist am besten als Werkzeug für die Gentechnik bekannt und hat in jüngerer Zeit genetische Krankheiten wie Sichelzellen geheilt. Wir untersuchen viele dieser Anwendungen in unserem Artikel „From Blindness to Meat Substitutes: CRISPR Gene-Editing Continues to Produce Promising Results”.

Was CRISPR als genetisches Werkzeug einzigartig macht, ist seine Fähigkeit, exakte genetische Sequenzen präzise zu erkennen und zu identifizieren.

Diese Genauigkeit wird nun für die Krankheitsdiagnostik umgenutzt und könnte einfacher zu verwenden und kostengünstiger sein als die häufigeren PCR‑Tests.

Forscher vom Broad Institute, MIT und der Princeton University kündigten die Einführung eines Streifentests auf Basis der CRISPR‑Technologie an, der zwischen den beiden Haupttypen der saisonalen Grippe, Influenza A und B, sowie den Subtypen H1N1 und H3N2 unterscheiden kann.

Quelle: Broad Institute

Wie funktioniert es?

Die Technologie wurde erst 2020 unter dem Namen SHINE (Streamlined Highlighting of Infections to Navigate Epidemics) entwickelt. Sie basierte auf einer zuvor entwickelten CRISPR‑basierten Testmethode, SHERLOCK (Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing). Während SHERLOCK effizient war, erhöhten die vielen Schritte des Verfahrens das Risiko von Fehlern und fehlerhaften Ausgaben.

Quelle: Nature

Die neue SHINE‑Methode kann Viren stattdessen sowohl mit einem papierbasierten kolorimetrischen als auch mit einem fluoreszierenden In‑Tube‑Readout nachweisen. Darüber hinaus können die fluoreszierenden Ergebnisse automatisiert über eine begleitende Smartphone‑App interpretiert werden.

Warum das wichtig ist

PCR‑Tests sind teuer und erfordern Spezialgeräte. Daher wird nur eine geringe Anzahl von Patienten getestet (außerhalb von Pandemiesituationen natürlich), meist nur der Teil der Patienten, die ein Krankenhaus statt ihres Hausarztes aufsuchen.

Antigen‑Tests werden häufig als Alternative zu PCR‑Tests verwendet, sind jedoch deutlich weniger zuverlässig und empfindlich.

Bei korrekter Strain‑Identifizierung zu geringen Kosten und einfacher Handhabung könnten Kliniker beispielsweise entscheiden, ob sie Oseltamivir einsetzen. Dieses gängige Antiviral wirkt nur bei einigen Stämmen.

Eine weitere Anwendung wäre, Wissenschaftlern zu helfen, einen Epidemieausbruch besser zu überwachen, indem schnelle Feldtests eingesetzt werden.

CRISPR übertrifft frühere Methoden

Die 2024 erweiterte SHINE‑Version für verschiedene Grippe‑Stämme zielt darauf ab, die derzeit in Pathologielabors verwendete Methode, insbesondere PCR, zu ersetzen.

Typische diagnostische Verfahren wie die Polymerase‑Kettenreaktion (PCR) erfordern lange Verarbeitungszeiten, geschultes Personal, Spezialgeräte und Gefrierschränke zur Lagerung von Reagenzien bei -80 °C, während SHINE bei Raumtemperatur in etwa 90 Minuten durchgeführt werden kann. Derzeit benötigt der Test nur ein kostengünstiges Heizblock, um die Reaktion zu erwärmen, und die Forscher arbeiten daran, den Prozess zu optimieren, um Ergebnisse in 15 Minuten zu liefern.

Insgesamt könnten CRISPR‑basierte Tests aus praktischer und kommerzieller Sicht besser abschneiden und letztlich PCR ersetzen, wenn es um das Testen hochvariabler Viren wie Grippe und Coronaviren geht.

Nächste Viren in der Reihe

Die kommende Version der CRISPR‑basierten Streifentests wird voraussichtlich erweitert, sodass sie das Influenzavirus und den jeweiligen Stamm nachweisen können und zwischen Viren mit ähnlichen Symptomen, wie Coronaviren und Influenza (Grippevirus), unterscheiden.

Ein weiteres dringendes Thema sind die Vogel‑ und Schweineinfluenza‑Stämme. Diese Krankheiten verursachen enorme Schäden in der Landwirtschaft. Sie stellen ernsthafte Risiken für die menschliche Gesundheit dar, sogar mit der Gefahr, eine neue Pandemie auszulösen, wenn sich diese Viren von ihren tierischen Wirten auf Menschen übertragen.

Aufgrund des bereits nachgewiesenen Erfolgs bei COVID und nun bei der Grippe ist es wahrscheinlich, dass CRISPR‑basierte Tests wie SHINE bald deutlich verbreiteter sein werden. Dies wird besonders nützlich für schnell mutierende Viren sein, bei denen die Verfolgung der Verbreitung verschiedener Stämme entscheidend ist – eine Aufgabe, bei der Antigenstreifen in der Regel schlecht abschneiden.

CRISPR‑Unternehmen

1. Ginkgo Bioworks

Das Unternehmen stellt auf Abruf Organismen für spezifische Anwendungen her. Dazu gehören biomedizinische Anwendungen sowie zahlreiche Programme in Industrie und Materialwissenschaften.

Es verfügt zudem über einen großen Bio‑Security‑Bereich, der während der Pandemie stark wuchs.

Ginkgo Bioworks (DNA ) hat seine Anwendungen breit diversifiziert mit vielen Forschungsprogrammen und Partnerschaften:

• Cannabinoide
• mRNA‑Impfstoffproduktion und Nukleinsäure‑Medizin
• Nahrungs‑Proteine
• Biologische Düngemittelproduktion in Zusammenarbeit mit Bayer
• Programmierbare Mikroben für Darmerkrankungen
• Bioremediation von Mikroplastik
• Biosecurity und Erkennung von Pathogenen
• Recycling von Abfällen und Kontaminanten

Es verdient Geld, indem es zunächst für den Entwicklungsprozess im Voraus bezahlt wird und anschließend Lizenzgebühren für das fertige Produkt erhält.

Ginkgos Partnerschaften erweitern sich ständig, mit:

• Eine wachsende Partnerschaft mit Novo Nordisk.
• Eine Partnerschaft mit dem japanischen Handelsunternehmen Sojitz Corporation.
• DARPA‑Finanzierung für neuartige Proteine zur Kontrolle von Eis in extrem kalten Umgebungen.
• $331 M Deal mit Pfizer.
• $490 M Deal mit Merck zur Optimierung der Biologika‑Herstellung.
• $406 M Deal mit Boehringer Ingelheim für nicht medikamentierbare Ziele.

Ginkgo Bioworks arbeitet zudem mit allen großen Agrarkonzernen zusammen, von denen die meisten ein Interesse an Biokraftstoffproduktion und Mikrobiologie haben. Einige davon sind Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta und weitere.

Quelle: Gingko Bioworks

Ginkgos Erfahrung in der kundenspezifischen Gestaltung genetischer Sequenzen sowie in der Bio‑Security‑Überwachung macht es zu einem guten Kandidaten, von der Entstehung neuer DNA‑basierter Testmethoden zu profitieren.

Da CRISPR‑basierte Tests nun als praktikable Alternative zu PCR‑Tests (ein riesiger Markt, auch außerhalb von Pandemiesituationen) nachgewiesen sind, könnte Ginkgo seine Erfahrung und Partnerschaften nutzen, um sich einen Anteil dieses aufstrebenden Marktes zu sichern.

2. Editas Medicine, Inc.

Editas wurde von Jennifer Doudna, einer Entdeckerin von CRISPR‑Cas9, gegründet. Editas begann mit Cas9 zu arbeiten, konzentriert sich nun jedoch auf eine proprietäre Version von Cas12, die sie entwickelt haben: AsCas12a.

Mehr über die einzigartigen Eigenschaften von Cas12a erfahren Sie in unserem speziellen Artikel „What Is CRISPR-Cas12a2? & Why Does It Matter?“.

Zusammengefasst ist Cas12a einzigartig, weil:

• Schwer lösbare Probleme mit Cas9 könnten mit Cas12a lösbar sein
• Dies führt zu höheren Chancen für Gen‑Editierung als mit Cas9.
• Mehr als ein Gen kann gleichzeitig mit Cas12a modifiziert werden.

Eine Übersicht aller Unternehmen von Jennifer Doudna finden Sie ebenfalls im entsprechenden Artikel „Top Jennifer Doudna Companies to Watch“.

Editas konzentriert sich auf Sichelzellenkrankheit (SCD) und Beta‑Thalassämie, zwei Krankheiten, bei denen es im Rennen um die erste Zulassung gegenüber den Wettbewerbern CRISPR Therapeutics und BlueBirdBio verloren hat (CRSP ).

Dennoch besitzt Editas bedeutende Patente auf CRISPR‑Cas12, die von anderen Forschern der University of New South Wales, Australien, zur Entwicklung eines COVID‑19‑Streifentests verwendet wurden (der oben erwähnte Streifentest der Broad‑Institute‑Forscher nutzte CRISPR‑Cas13).

Editas konzentriert sich auf andere CRISPR‑Versionen als das „klassische“ CRISPR‑Cas9, was beim schnellen Einstieg in den CRISPR‑Streifentest‑Markt und der Kommerzialisierung (mit oder ohne Partnerschaft) ihrer eigenen Version der von führenden Universitäten entwickelten Streifentests von Nutzen sein könnte.