Genomingenieure haben mehr als 13.000 CRISPR-Bearbeitungen in einer einzigen Zelle vorgenommen

Wolfgang Kumm | AP images

Seit seiner Erfindung hat CRISPR es Wissenschaftlern ermöglicht, DNA-Veränderungen an bestimmten Stellen in einem Genom einzuführen. Oft werden diese genauen Änderungen einzeln vorgenommen.

Vielleicht nicht mehr lange. Ein Team der Harvard University sagt, dass es die Technik verwendet hat, um 13.200 genetische Veränderungen an einer einzelnen Zelle vorzunehmen, ein Rekord für die Gen-Editing-Technologie.



Die Gruppe unter der Leitung des Gentechnologen George Church will Genome in weitaus größerem Umfang umschreiben, als dies derzeit möglich ist, was letztendlich zu einer radikalen Umgestaltung von Arten führen könnte – sogar von Menschen.

Gen-Editing dieser Art im großen Maßstab wurde bereits zuvor versucht. Im Jahr 2017 spickte ein australisches Team unter der Leitung von Paul Thomas das Y-Chromosom von Mäusen mit Bearbeitungen und hatte Erfolg darin, es aus der Existenz zu sprengen . Diese Strategie wird als mögliche Behandlung des Down-Syndroms betrachtet, einer genetischen Störung, die durch ein zusätzliches Chromosom verursacht wird.

Um den neuen Gen-Editing-Rekord aufzustellen, zielten die Teammitglieder Oscar Castanon und Cory Smith mit CRISPR auf eine Art von DNA-Sequenz namens LINE-1, ein mysteriöses sich wiederholendes Element, das im gesamten menschlichen Genom verstreut ist. Diese genetischen Elemente, die sich selbst kopieren können, machen schätzungsweise etwa 17 % unseres Genoms aus.

Da CRISPR die Doppelhelix aufschneidet, werden zu viele Bearbeitungen auf einmal eine Zelle töten. Diese Gefahr hat frühere Versuche einer groß angelegten Bearbeitung eingeschränkt. Geoff Faulkner von der University of Queensland in Australien sagte, er habe 2016 versucht, LINE-Elemente in 500 Mausembryos auszuschalten, in der Hoffnung zu sehen, ob dies das Verhalten der Maus beeinflussen würde. Aber keine dieser Mäuse überlebte, um sich fortzupflanzen.

Um dieses Problem zu vermeiden, hat das Harvard-Team stattdessen eine Variation von CRISPR namens Base Editor angepasst, die das Schneiden von DNA vermeidet und stattdessen einen genetischen Buchstaben durch einen anderen ersetzt – sagen wir, ein C in ein T zu verwandeln.

Nach Ihnen Papier , die im März auf der Preprint-Website BioRxiv veröffentlicht wurden, konnte das Team in einigen Zellen über 13.000 Änderungen auf einmal vornehmen, ohne sie zu zerstören.

Sie fanden einen Weg, das Experiment durchzuführen, ohne eine grobe genomweite Instabilität zu verursachen, sagt Faulkner.

Andere Wissenschaftler waren weniger beeindruckt und sagten, die Arbeit sei nicht der entscheidende Schritt für eine groß angelegte Genom-Editierung, für die sie beworben wird. Gaetan Burgio von der Australian National University bezeichnete die Idee, dass die Technik zu einer radikalen Neugestaltung der Arten führen werde, als übertrieben.

Church sieht jedoch die groß angelegte Bearbeitung als eine Möglichkeit, Genome zu bereinigen, indem der darin enthaltene genetische Müll entfernt wird. 2015 zum Beispiel das Labor gezappt alle 62 Kopien eines Retrovirus, der im Genom von Schweinen lauert. Solche Viren können reaktiviert werden, daher ist die Erzeugung von Schweinen ohne sie ein Sicherheitsschritt in Richtung Organtransplantationen vom Schwein zum Menschen.

Ein aus dem Labor hervorgegangenes Unternehmen, eGenesis, stellt bereits Schweine mit Dutzenden von Bearbeitungen her, damit ihre Organe von menschlichen Transplantatempfängern toleriert werden können.

Church sagt, sein letztendliches Ziel sei es, Vorräte an menschlichen Organen oder Geweben zu schaffen, deren Genome revidiert werden, damit sie gegen alle Viren immun sind. Dieser Prozess, der als Umcodierung bezeichnet wird, würde nach Angaben des Teams etwa 9.811 präzise genetische Modifikationen beinhalten. Church sagt, das Labor habe damit begonnen, die Vorräte seiner eigenen Zellen im Labor neu zu kodieren. Diese sollen sichere … und universelle Stammzellen sein, sagt er.

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