7 Innovationen, die die CRISPR-Technologie vorantreiben
Was kann die CRISPR-Cas9-Technologie nicht? In diesem Artikel untersuchen wir sieben einzigartige Anwendungsbereiche dieser mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Technologie.
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Die Anwendungsmöglichkeiten der CRISPR-Technologie scheinen unbegrenzt zu sein. Zu den jüngsten Durchbrüchen zählen die erfolgreiche Xenotransplantation eines geneditierten Schweineherzens in einen Menschen*, die Behandlung von Blutkrankheiten wie Sichelzellenanämie sowie Verbesserungen in der Landwirtschaft und der Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen.
CRISPR, kurz für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ist ein Bestandteil des Immunsystems von Bakterien, der DNA schneiden und bearbeiten kann. Man kann sich das wie eine molekulare Schere vorstellen, die eine DNA-Sequenz gezielt ausschneiden kann, gesteuert durch eine individuell anpassbare Anleitung. Damit können Wissenschaftler den genetischen Code fast jedes Organismus umschreiben, und das kostengünstiger, einfacher und präziser als mit allen bisherigen Methoden der Genbearbeitung. Es werden jedoch auch viele andere, etwas ungewöhnliche Anwendungsmöglichkeiten für CRISPR erforscht.
In diesem Artikel untersuchen wir sieben einzigartige Anwendungsbereiche dieser mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Technologie.
Themen und verwandte Themen, die anhand ihrer Relevanz für CRISPR ermittelt wurden, gemessen anhand der Gesamtzahl der Veröffentlichungen und der Zitierhäufigkeit – dunklere Kreise stehen für weiter entwickelte Themen.
1. Entkoffeinierter Kaffee
Kaffeeliebhaber werden Ihnen bestätigen: Entkoffeinierter Kaffee ist einfach nicht dasselbe. Er macht Sie zwar nicht hellwach und hält Sie auch nicht die ganze Nacht wach, aber er hat nicht das Geschmacksprofil von „echten“ Kaffee. Um das Koffein zu entfernen, müssen die Röster die Kaffeebohnen einem komplexen chemischen Verfahren unterziehen, bei dem oft Spuren von Chemikalien zurückbleiben und das komplexe Aroma und der Geschmack der Bohnen beeinträchtigt werden.
Zwar wurden einige wenige natürlich vorkommende koffeinfreie Kaffeepflanzen gefunden, doch waren die Erfolge damit minimal. Daher haben sich Pflanzenwissenschaftler der Genom-Editierung zugewandt, um einen Durchbruch zu erzielen.
Tropic Biosciences hat mithilfe von CRISPR erfolgreich die Gene der Kaffeepflanze „ausgeschaltet“, die für die Koffeinproduktion verantwortlich sind. Dadurch entfallen die teuren, verschwenderischen und umweltschädlichen Entkoffeinierungsprozesse. CEO Gilad Gershon ist überzeugt, dass ihr koffeinfreier Kaffee, der in wenigen Jahren auf den Markt kommen soll, „die Tür zu größeren Möglichkeiten“ für die Züchtung klimaresistenter Kaffeepflanzen öffnet, mit deren Entwicklung sie bereits begonnen haben. Kaffeeliebhaber können sich freuen!
2. Würzige Tomaten
Die bescheidene Tomate wird oft als süß, saftig und säuerlich beschrieben. Bald könnte auch „würzig“ zu dieser Liste hinzukommen, denn ein Team von Wissenschaftlern in Brasilien hofft, Tomaten gentechnisch so zu verändern, dass sie einen „Kick“ haben.
Chilischoten und Tomaten haben sich vor Millionen von Jahren von einem gemeinsamen Vorfahren getrennt, jedoch besitzen Tomaten immer noch das genetische Material, das für die Bildung von Capsaicinoiden benötigt wird – den Molekülen, die Chilischoten scharf machen. Die Forscher in Brasilien glauben, dass sie mit Gen-Editierungswerkzeugen wie CRISPR diese ruhenden Capsaicinoid-Gene aktivieren können, um einen wirtschaftlichen Ersatz für traditionelle Chilischoten zu schaffen, deren Anbau bekanntermaßen schwierig ist. Mamma Mia, das ist spannend.
Die CRISPR-Crops-Branche erreichte 2021 mit insgesamt über 600 Millionen US-Dollar ein Rekordhoch bei den Investitionen.
3. Kein Katerwein
Haben Sie sich schon einmal gewünscht, eine Nacht in der Stadt verbringen zu können, ohne am nächsten Tag unter den Folgen eines schlimmen Katters zu leiden? Dann haben Sie vielleicht Glück: Ein Forscherteam der University of Illinois hat die zur Weinherstellung verwendete Hefe genetisch verändert, um den Gehalt einer Verbindung namens Resveratrol zu erhöhen und so den Kater zu verringern.
Die betreffende Hefe, Saccharomyces cerevisiae, verfügt über zahlreiche Kopien jedes ihrer Gene, wodurch sie sehr anpassungsfähig ist und sich mit älteren Methoden nur sehr schwer gentechnisch verändern lässt. Mit CRISPR konnten Gentechniker alle Kopien eines gewünschten Gens auf einmal herausschneiden, wodurch der Resveratrol-Gehalt ihres Weins erhöht wurde und die schmerzhaften Katergefühle der Vergangenheit angehören.
4. Schädlingsbekämpfung
Was wäre, wenn wir in einer Welt leben würden, in der es keine Malaria übertragenden Mücken mehr gäbe? Mit CRISPR ist dieses Szenario möglich. Die Genom-Editierungstechnologie kann dazu beitragen, die Anzahl der Arten zu kontrollieren, die eine Infektionskrankheit übertragen oder in ein bestimmtes Ökosystem eindringen. Dies geschieht durch die Schaffung von „Gen-Treibern“, die sicherstellen, dass eine genetische Veränderung von allen Nachkommen vererbt wird und sich über viele Generationen hinweg in der Population ausbreitet.
Forscher am Imperial College London haben nachgewiesen, dass diese Technologie speziell gegen die Mückenart eingesetzt werden kann, die für die Verbreitung von Malaria verantwortlich ist. Mithilfe von CRISPR haben sie ein Gen eingeführt, das, wenn beide Elternteile es tragen, die Weibchen daran hindert, Eier zu legen. In einem Käfigversuch wurde die Population bereits 7 Generationen nach Einführung des Gens ausgerottet.
Weltweit planen Forscher, diesen Ansatz bei anderen problematischen Arten zu testen, darunter invasive Ratten und verwilderte Katzen in Australien. Allerdings gibt es nach wie vor Kontroversen hinsichtlich der ethischen Überlegungen, die mit dem Einsatz dieser „Gentreiber“ einhergehen.
Die Forschung zu CRISPR-editierten Arten hat in den letzten zehn Jahren zugenommen, wobei die Vereinigten Staaten und China die führenden Veröffentlichungen in diesem Bereich vorweisen können.
5. Allergiefreie Lebensmittel
Zehn Prozent der Erwachsenen und acht Prozent der Kinder in den Vereinigten Staaten leiden an Lebensmittelallergien. Und diese Zahlen steigen in alarmierender Geschwindigkeit. Als „die großen Acht“ bezeichnet man eine Gruppe von Pflanzen, darunter Weizen, Sojabohnen und Erdnüsse, die bekanntermaßen 90 % der Lebensmittelallergien auslösen. Lebensmittelallergien treten auf, wenn das Immunsystem ein Protein als fremd erkennt und eine Immunreaktion auslöst – in seltenen Fällen mit tödlichem Ausgang. Um dieses Problem zu lindern, verändern Wissenschaftler Pflanzen genetisch, damit sie weniger Allergene produzieren.
Forscher in South Carolina arbeiten daran, den Glutengehalt von Weizen zu reduzieren, um ihn für Menschen mit Zöliakie oder Glutenunverträglichkeit besser verdaulich zu machen. Sie glauben, dass die Verbesserung der Lebensmittel zur Linderung dieser Beschwerden einfacher ist als die Suche nach Medikamenten oder Behandlungen. IngateyGen, ein Lebensmitteltechnologieunternehmen in North Carolina, hat sich einem ähnlichen Kampf verschrieben und arbeitet an der Entwicklung einer hypoallergenen Erdnuss. Mithilfe von CRISPR versuchen diese Forscher, die wichtigsten allergenen Proteine in diesen Pflanzen zu entfernen, in der Hoffnung, Pflanzen zu entwickeln, die so allergenfrei wie möglich sind, damit Menschen ihre Mahlzeiten stress- und allergiefrei genießen können.
6. Schnellere Rennpferde
Auf zur Pferderennbahn… aber mit besseren, schnelleren, gentechnisch veränderten Pferden? Forscher haben herausgefunden, dass verschiedene Versionen des Myostatin-Gens, einem Hemmstoff für das Wachstum der Skelettmuskulatur, fast ausschließlich für die genetisch bedingte Neigung von Pferden zu bestimmten Rennstreckenlängen verantwortlich sind – im Wesentlichen handelt es sich dabei um ihr „Geschwindigkeitsgen“.
Das argentinische Unternehmen Kheiron-Biotech nutzt CRISPR, um das Genom von Rennpferden zu verändern und so Rassen zu züchten, die schneller, stärker und springfreudiger sind. Es ist ihnen gelungen, das Myostatin-Gen mit einer Wirksamkeit von 96,2 % zu entfernen, und seitdem haben sie erfolgreich Pferdeembryonen mit dieser Veränderung erzeugt. Langfristig hoffen sie, weitere Allele zu identifizieren, die einem Pferd einen natürlichen Vorteil verschaffen, und diese dann miteinander zu kombinieren, damit auch andere Pferde von denselben Geschwindigkeitsvorteilen profitieren können.
7. De-Extinktion?
Können wir ausgestorbene Arten wieder zum Leben erwecken? Dies ist vielleicht eine der einzigartigsten (wenn auch etwas gruseligen) Anwendungen von CRISPR bis heute. Derzeit wird ernsthaft darüber diskutiert, die Wandertaube wieder zum Leben zu erwecken.
Wandertauben durchstreiften einst in Schwärmen von Hunderten Millionen die Wälder Nordamerikas, doch im 18. und 19. Jahrhundert änderte sich dies. Sie wurden von hungrigen Euro-Amerikanern massenhaft gejagt, was zu einem starken Rückgang der Population zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte. Die letzte bekannte Wandertaube starb 1914 in Gefangenschaft.
Das kalifornische Biotech-Unternehmen Revive and Restore hat ein spezielles Projekt zur Wiederbelebung der Wandertaube gestartet, mit dem Ziel, die Art durch Modifizierung des Genoms der eng verwandten Bandtaube wieder anzusiedeln. Wenn dies gelingt, könnte dieser Ansatz ihrer Meinung nach zur Wiederbelebung vieler ausgestorbener oder sogar vom Aussterben bedrohter Arten genutzt werden. Die Frage, ob dies sinnvoll ist, wird derzeit noch diskutiert – aber es lässt sich nicht leugnen, dass es ziemlich cool wäre, ein echtes, lebendes Wollmammut zu sehen.
Da die Forschung zu CRISPR weitergeht und sich weiterentwickelt, könnten sich viele Aspekte unseres Lebens, wie wir es kennen, verändern. Von der Medizin über Haustiere bis hin zu unseren Lebensmitteln – es gibt viel Verbesserungspotenzial, und die Gentechnik ist bereit, sich einzubringen. Man kann mit Sicherheit sagen, dass CRISPR das Unmögliche möglich macht oder bald möglich machen wird und sogar das, was einst als Science-Fiction galt, realistisch erscheinen lässt.
Der Mann, der erfolgreich das erste gentechnisch veränderte Schweineherz erhalten hatte, ist zwei Monate nach der Operation verstorben.
Obwohl die Todesursache noch unklar ist (die Untersuchung läuft noch), werden die Ergebnisse den Forschern helfen zu verstehen, wie nah wir daran sind, die Organknappheit durch Xenotransplantation zu lösen.
