Die umfangreiche Liste der CRISPR-Anwendungen

Die CRISPR/Cas9-Geneditierungstechnik wird als einer der bedeutendsten Fortschritte in der Medizin, ja sogar in der Wissenschaft, seit einer Generation gepriesen.

Veröffentlicht am 13. März 2017

Die Genbearbeitung ist seit über 40 Jahren möglich – die ersten gentechnisch veränderten Bakterien und Mäuse wurden 1973 und 1974 erzeugt –, aber das Verfahren ist nach wie vor teuer, zeitaufwendig und in seinem Anwendungsbereich relativ begrenzt.

Im Vergleich zu diesen traditionellen Methoden ist CRISPR nicht so sehr wie eine Pistole in einem Messerkampf, sondern eher wie ein Apache-Hubschrauber in einer Kneipenschlägerei. Der Hype um CRISPR ist derzeit so groß, dass sogar eine von Jennifer Lopez produzierte TV-Show in Entwicklung sein soll. Wenn das nicht den Status eines etablierten Phänomens bedeutet, dann weiß ich auch nicht, was sonst.

CRISPR ist so leistungsstark, dass es Wissenschaftlern buchstäblich ermöglicht hat, außerirdisches Leben zu erschaffen.

CRISPR, oder Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, um es mit seinem vollständigen Namen zu bezeichnen, ist eigentlich nur die eine Hälfte des Prozesses, während Cas9 die andere Hälfte darstellt. In Kombination ist CRISPR/Cas9 eine sehr einfache und kostengünstige Methode, um Gene zu identifizieren und zu verändern. Das Cas9-Protein spürt die genauen Gene auf, während CRISPR die Veränderung vornimmt.

Für eine etwas besser informierte Erklärung sehen Sie sich dieses Video an:

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CRISPR ist auch nicht das wissenschaftliche Äquivalent zu glutenfrei und wird auch noch lange, nachdem wir alle wieder damit begonnen haben, uns mit leckerem Brot vollzustopfen, an der Spitze der Forschung stehen. Obwohl das Patent für diese Technik erst kürzlich Gegenstand rechtlicher Streitigkeiten war, scheint die kontinuierliche Verbesserung der Technik nicht beeinträchtigt worden zu sein. Ein Team der Western University in Ontario behauptet, die Kapazität für das „Choppin'“ bereits verdoppelt zu haben .

Und im Gegensatz zu anderen wissenschaftlichen Methoden ist CRISPR einfach. Nun ja, einfach, wenn man bereits einen Doktortitel hat oder zumindest ein sehr gutes Auge für Details – man kann es wahrscheinlich nicht einfach zufällig beim Braten eines Spiegeleis machen. Für vorsichtigere Fahrer gibt es jedoch eine Notbremse, die in das System integriert ist – es ist wirklich so clever.

Das Potenzial ist so groß, dass selbst die Möglichkeiten für neue Anwendungen fast schon eine eigene Forschungsaufgabe darstellen, eine Aufgabe, der wir uns gerne stellen. In diesem Artikel werden wir uns einige der besten und seltsamsten Anwendungsmöglichkeiten für CRISPR ansehen, die bisher bekannt sind, und wir werden diesen Artikel regelmäßig aktualisieren.

1. Malaria heilen – bei Mücken

   

   Malaria hat mehr Menschen getötet als alle Kriege in der Geschichte zusammen. Die Bemühungen, die Ausbreitung zu stoppen, konzentrierten sich auf Behandlungen nach der Infektion oder Präventionsmaßnahmen wie Moskitonetze.

   Wenn die Ausbreitung von Malaria ein Lagerfeuer ist, hilft es nicht viel, Wasser darauf zu schütten, um es zu löschen. Anstatt sich darauf zu konzentrieren, größere Becher herzustellen, haben Wissenschaftler der University of California die Streichhölzer angefeuchtet.

   Durch den Einsatz von CRISPR zur Einführung modifizierter Gene in die Insekten, die die Krankheit übertragen, können die Populationen der Mücken gegen die Malaria verursachenden Parasiten resistent werden. Man würde zwar weiterhin ein Moskitonetz benötigen, um sich vor Stichen zu schützen, aber eine Belästigung ist viel leichter zu ertragen als eine Krankheit.

   Dieser Ansatz soll nicht nur Menschenleben retten, insbesondere in Entwicklungsländern, sondern auch gefährdete Vogelarten auf Hawaii.

2. CRISPR + Stamm

   Während Trends immer danach streben (und in der Regel daran scheitern), zu Traditionen zu werden, ist das Mitmachen bei einem Trend so traditionell wie Apfelkuchen und in der Schule verprügelt zu werden. Auch wenn wir alle daran schuld sind, mag niemand wirklich Mitläufer, und das Einzige, was noch schlimmer ist, sind Leute, die versuchen, Trends zu verschmelzen – niemand will dieses glutenfreie, 3D-gedruckte Craft Beer.

   Allerdings bekommt man eine Freikarte, wenn die Verschmelzung zweier Trends sowohl genial als auch lebensrettend ist. Wenn Gen-Editing derzeit in Mode ist, dann ist sein Vorgänger, der bald groß rauskommen wird, aber immer noch in den Kinderschuhen steckt, ganz sicher die Stammzellentechnologie.

   Wenn CRISPR-Editing das Ausschneiden und Einfügen des Gentechnik-Werkzeugkastens ist, dann sind Stammzellen die Wörter und Satzzeichen, die gleichermaßen zu Tolstoi oder Teekuchenrezepten werden können.

   Das Team am Allen Institute in Seattle hat CRISPR verwendet, um Stammzellen farblich zu kennzeichnen, wodurch sie besser beobachtet und somit besser verstanden werden können.

3. Das Wollmammut wieder zum Leben erwecken

   

   Es gibt nichts, was Wissenschaftler und die Presse mehr lieben als Science-Fiction, die sich vom Etikett „Fiktion” befreit. Auch wenn wir vielleicht noch weit von Lichtgeschwindigkeitsantrieben und Zeitreisen entfernt sind, könnte CRISPR die Wissenschaft von Jurassic Park in gewisser Weise Wirklichkeit werden lassen.

   Da DNA in der Regel nicht Millionen von Jahren überdauert, seitdem der letzte Dinosaurier dem Gruppendruck nachgab und sich in eine Taube verwandelte, werden nur Tiere wiederbelebt oder „ausgestorben“ werden, die in der jüngeren Vergangenheit ausgestorben sind.

   Das bekannteste dieser Tiere ist natürlich das Wollmammut. Da es erst seit 4.000 Jahren ausgestorben ist – oder seitdem „Die Simpsons“ zum letzten Mal wirklich lustig waren –, gibt es jede Menge DNA-Stücke, mit denen man herumspielen kann.

   Wissenschaftler der Harvard University verwenden einige dieser Fragmente, um herauszufinden, welche Gene genau das Mammut von seinem schmächtigen Verwandten unterscheiden. Sobald dies bekannt ist, wollen sie diese Gene in einen Elefantenembryo einfügen. Das Team behauptet, dass die Entstehung eines Elefanten-Mammut-Hybriden nur noch zwei Jahre entfernt sein könnte.

4. Dinosaurier-Hühner

   Die Vorstellung, dass Dinosaurier zu den heutigen Vögeln führten, wird heute weithin als einer der peinlichsten Stammbäume angesehen, der nur noch von der Abstammung des Chihuahuas vom Wolf übertroffen wird.

   Um die feinen Nuancen und offensichtlichen Absurditäten der Evolution besser zu verstehen, nutzen Wissenschaftler der University of Chicago CRISPR, um einige der Zwischenarten zwischen Dinosauriern und Vögeln nachzubauen. Erste Ergebnisse der Experimente haben bereits die Entwicklung des Schnabels aufgezeigt.

5. Krankheiten heilen – alle

   

   Früher war medizinische Forschung viel einfacher; wenn jemand dein abgetrenntes Bein mit einem glühenden Eisen verschloss, kamst du wie ein Genie daher, wenn du vorschlugst, vielleicht ein paar fest gewickelte, saubere Bandagen zu verwenden.

   All das änderte sich jedoch im 20. Jahrhundert, als die rasanten Fortschritte in der Medizin dazu führten, dass man mehr tun musste als nur seine Hände zu waschen, um als Pionier zu gelten. Impfstoffe gegen Pocken und Polio sowie Penicillin, Organtransplantationen und MRT-Scanner haben viele Krankheiten ausgerottet, sodass nur noch die hartnäckigen übrig blieben.

   Angesichts des starken Fokus auf medizinischer Forschung und Entwicklung wäre eine Krankheit, deren Heilung auch nur im Entferntesten möglich wäre, längst geheilt worden. Was die Medizin dringend benötigt, ist ein neues Instrument, um einen neuen Ansatz für Krankheiten zu entwickeln, die sich den derzeitigen medizinischen Verfahren widersetzen...

   Teams auf der ganzen Welt haben bereits bedeutende Fortschritte bei der Bekämpfung von Krebs, HIV, Alzheimer, Sichelzellenanämie, Lyme-Borreliose und Herzerkrankungen mithilfe von CRISPR erzielt.

6. Pilze frisch halten

   Es könnte sein, dass Wissenschaftler sowohl die Menge an Lebensmittelabfällen in den Industrieländern reduzieren als auch die Menschen in Entwicklungsländern ernähren wollen, oder dass sie es einfach satt haben, ihre Pilze abgelaufen vorzufinden, wenn sie Lust auf ein Omelett haben. Wenn das Ergebnis das erstere ist, ist die ursprüngliche Absicht akademischer Natur.

   Durch den Einsatz von CRISPR sollte es möglich sein, nicht nur die Haltbarkeit einiger der leicht verderblichsten Lebensmittel zu verlängern, sondern auch den Ernteertrag, die Widerstandsfähigkeit gegen häufige Krankheiten und sogar den Nährstoffgehalt zu steigern.

7. Räche die drei blinden Mäuse

   Es handelt sich eigentlich um Ratten, aber das Kinderlied „Die drei blinden Ratten“ hat sich nie wirklich durchgesetzt, da es die Albträume von Kindern noch verstärken würde. Einem Team des Salk Institute in Kalifornien ist es gelungen, das Sehvermögen der Ratten wiederherzustellen, indem es die defekten Gene ersetzt und damit im Wesentlichen die Erbkrankheit Retinitis pigmentosa beseitigt hat.

   Wie bei anderen Fortschritten mit CRISPR ist die Schnelligkeit der Entwicklung auf die Einfachheit des Verfahrens zurückzuführen; klinische Studien in nur fünf Jahren sind eine vorsichtige Prognose.

   Die Bäuerin sollte sich besser in Acht nehmen.

8. Super-Schweine erschaffen

   Die Schweinegrippe, oder besser gesagt, das Virus des porcinen reproduktiven und respiratorischen Syndroms (PRRSV), ist der schlimmste Albtraum von Schweinezüchtern auf der ganzen Welt – abgesehen vielleicht von Animal Farm.

   Da diese ansteckende Krankheit jedes Huftier befallen kann, kann man kaum etwas gegen ihre Ausbreitung tun, sobald sie einmal in einem Stall ausgebrochen ist. Sie führt zu Fehlgeburten und Todesfällen und kostet allein die US-Wirtschaft jährlich 600 Millionen Dollar (493 Millionen Pfund).

   Impfstoffe haben sich bislang als unwirksam erwiesen, und die fortgesetzte Verabreichung von Antibiotika an Schweine trägt nicht nur nicht zur Gesunderhaltung der Tiere bei, sondern verstärkt auch die zunehmend panikauslösende Wirkungslosigkeit von Antibiotika.

   CRISPR ist wieder einmal zur Stelle, um die Lage zu retten: Durch die Züchtung von drei Ferkeln mit CRISPR-modifizierten Genen ist es Wissenschaftlern der University of Missouri gelungen, nicht nur Infektionen, sondern sogar Kontaminationen vollständig zu verhindern. Nachfolgende Tests zeigten, dass das Immunsystem der editierten Ferkel nicht einmal versucht hatte, Antikörper zu produzieren.

9. …und ihre Organe in Menschen transplantieren

   Und um beim Thema Schweine zu bleiben: Die Xenotransplantation, also die Übertragung von Organen einer Spezies, in der Regel Schweinen, auf eine andere Spezies, idealerweise Menschen, galt einst als Lösung für den chronischen Mangel an geeigneten Organspendern.

   Die Bemühungen scheiterten immer wieder, nicht nur, weil die Idee irgendwie offensichtlich seltsam ist, sondern auch wegen der Unfähigkeit des Immunsystems des Empfängers, mit dem „Gepäck” des Spenders fertig zu werden, selbst mit unglaublich starken Immunsuppressiva. Es ist weniger ein quadratischer Pflock in einem runden Loch als vielmehr ein quadratischer Pflock in einer Lasagne – sie passen einfach nicht zusammen.

   CRISPR ermöglicht es Wissenschaftlern von eGenesis in Boston, Schweinegene schnell zu bearbeiten, um Abstoßungsreaktionen zu verhindern und das Infektionsrisiko zu verringern. Was einst als gute Idee mit geringen Realisierungschancen galt, könnte nun bis 2020 in klinischen Studien am Menschen getestet werden.

10. Entdecke Außerirdische, irgendwie

    Die meisten Dinge auf dieser Liste sind neu, zumindest in gewisser Weise, denn es handelt sich um neue Lösungen für bestehende Probleme. Aber diese neue Erfindung, die am Scripps Research Institute in Kalifornien entwickelt wurde, ist völlig neu, so neu, dass sie noch nicht einmal einen Namen hat.

    Alles überall hat eine DNA, die aus vier Basen besteht, die durch die Buchstaben G, T, C und A dargestellt werden, und das schon seit jeher. Dieses Ding hat sechs, die ursprünglichen vier plus ein X und ein Y. Das Team verwendete einige andere chemische Tricks, um die beiden zusätzlichen Basen zu einer bestimmten Art des E. coli-Virus hinzuzufügen, und CRISPR wurde eingesetzt, um sicherzustellen, dass das Ding die neuen Basen akzeptierte.

    CRISPR ist so leistungsstark, dass es Wissenschaftlern buchstäblich ermöglicht hat, außerirdisches Leben zu erschaffen.

    Die möglichen Verwendungszwecke sowie die moralischen Implikationen sind völlig unbekannt – eine Aussicht, die gleichzeitig erschreckend, unglaublich interessant und hoffnungsvoll ist.

11. Verursachen heftige moralische Debatten und Designer-Babys

    

    Die Idee der Designer-Babys wird schon seit Jahren diskutiert und verkörpert den Satz „Nur weil man etwas kann, heißt das noch lange nicht, dass man es auch tun sollte“. Das war in Ordnung, denn damals war es noch nicht möglich. So blieb die Debatte im Bereich des Hypothetischen, ähnlich wie ein Scherzanruf bei Gandhi, in dem man eine Million Dollar verlangt.

    Doch dann kam CRISPR und hat nicht nur Gandhi wieder zum Leben erweckt, sondern auch seine Telefonnummer und seine Anwesenheitszeiten öffentlich bekannt gegeben.

    Die Verwendung von CRISPR zur Erzeugung sogenannter Designer-Babys könnte nicht nur Erbkrankheiten und andere Leiden beseitigen, sondern im Grunde genommen auch Supermenschen schaffen.

    Das moralische Dilemma ist ein Thema für sich, das mit ziemlicher Sicherheit nicht zufriedenstellend gelöst sein wird, bevor wir die ersten Designer-Babys sehen, die alle anderen beim Sportfest schlagen.

12. Die Welt mit Energie versorgen

    Trotz der besorgniserregend hohen Zahl mächtiger Menschen auf der Welt, die den Klimawandel trotz überwältigender Beweise hartnäckig leugnen, scheint keiner von ihnen jemals das Problem anzusprechen, dass die fossilen Brennstoffe zur Neige gehen, unabhängig davon, ob sie den Planeten in einen verschwitzten Asthmatiker verwandeln oder nicht.

    Während sich ein Großteil der Anwendungen für CRISPR auf einen kleineren Maßstab konzentriert hat, arbeitet ein Forscherteam in Kalifornien an einer Methode zur Bearbeitung einer Hefesorte, die im Wesentlichen kostengünstige, massenhaft produzierte Biokraftstoffe liefern könnte.

    Dies könnte nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern, sondern auch die Kosten für die Rohstoffe senken, die zur Herstellung der derzeitigen Biokraftstoffe benötigt werden.

13. Noch furchterregendere Biowaffen entwickeln

    Die derzeit verfügbaren Biowaffen reichen höchstwahrscheinlich aus, um das eine oder andere Buffet zu ruinieren, aber wie bei jeder neuen Erfindung gibt es immer jemanden, der sich fragt, wie man sie am besten einsetzen kann, um mehr Menschen zu töten, und zwar effizienter als zuvor.

    Eine merkwürdige Eigenart der menschlichen Entwicklung scheint Übertreibungen zu übersehen, insbesondere wenn es um Waffenarsenale geht. Ein typisches Beispiel dafür ist die Zeit auf dem Höhepunkt des Kalten Krieges, als Russland und die USA zusammen über etwa 60.000 Atomwaffen verfügten – genug, um den Jupiter flächendeckend zu bombardieren.

    Leider dürfte CRISPR da keine Ausnahme bilden. Dieselben Techniken, mit denen Möglichkeiten zur Rettung von Menschenleben aufgezeigt werden, können auch dazu genutzt werden, die Fähigkeit zur Heilung eines Virus zu beseitigen, wodurch etwas so Alltägliches wie eine Erkältung zu einer tödlichen, unheilbaren Epidemie werden könnte.

14. CRISPR auf dem Maiskolben

    Mais ist eines der beliebtesten Grundnahrungsmittel der Welt und in jeder Küche und Speisekammer zu finden, nur übertroffen von diesen seltsamen kleinen roten Bonbons, die spontan in Schränken auftauchen.

    Trotz oder vielleicht gerade wegen der Allgegenwärtigkeit von Mais werden dessen Anbau, Produktion und Vertrieb massiv vom Wetter beeinflusst; jede Dürre, jede Überschwemmung oder jede Naturkatastrophe kann zu Hungersnöten führen.

    Durch die Verwendung von CRISPR zur Bearbeitung der Gene der Pflanze hofft man, die Widerstandsfähigkeit von Mais gegenüber Trockenheit oder, was vielleicht noch wichtiger ist, gegenüber steigenden Temperaturen radikal verändern zu können. Das Team von DuPont hofft, innerhalb der nächsten fünf Jahre eine kommerziell nutzbare Version des Maises zu entwickeln. Ersten Berichten zufolge könnten Kinos dann noch höhere Preise verlangen.

15. Die Photosynthese beschleunigen

    Praktisch alle Pflanzen nutzen die Photosynthese und werden ohne Sonnenlicht schnell gelb und welken, aber eine Pflanze, die ständigem Sonnenlicht ausgesetzt ist, wandelt die schönen Strahlen nicht einfach weiter in Nahrung um. Stattdessen kann sie schneller einen Sonnenbrand bekommen als die Jungs am ersten Tag ihres Urlaubs.

    Um dem entgegenzuwirken, haben die meisten Pflanzen einen Schutz entwickelt, der die Photosynthese unterbricht und das übermäßige Licht in Wärme umwandelt, um Schäden zu verhindern. Das Problem bei diesem Prozess, zumindest für die Ernte, wenn nicht sogar für die Pflanze selbst, ist die Geschwindigkeit, mit der die Photosynthese wieder aktiviert wird, sobald keine Gefahr mehr besteht.

    Wissenschaftler der Australian National University in Canberra haben CRISPR verwendet, um diesen Schutz bei einer Tabakpflanzenart zu modifizieren, und bereits das erste Experiment führte zu einem um 20 Prozent höheren Ertrag.

    Diese Entwicklung könnte die von Norman Borlaugs Maisverbesserungen angeführte grüne Revolution wiederbeleben und zu noch höheren Ernteerträgen führen.

16. Brustkranke Kühe heilen

    Sie haben vielleicht noch nie eine Kuh husten hören, aber Tuberkulose tötet jedes Jahr weltweit Millionen von Kühen. Da Rindfleisch das dritthäufigste Fleisch der Welt ist und niemand im Kino einer Kuh zuhören möchte, die verzweifelt versucht, Hustenbonbons auszupacken, hofft man, dass CRISPR erneut Abhilfe schaffen kann.

    Forscher der Northwest A&F University in Shaanxi, China, haben ein neues Gen in das Genom von Kühen eingefügt, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Tiere gegen die Krankheit drastisch erhöht wurde.

17. Katerfreier Alkohol brauen

    

    Krankheiten heilen, die Welt ernähren und die Grundregeln des Lebens neu schreiben – das ist alles schön und gut, aber seien wir ehrlich: Wer würde all das nicht gegen ein garantiertes Mittel gegen Kater eintauschen, wenn er nach einer durchzechten Nacht aufwacht?

    Nun, Forscher der University of Illinois nahmen diesen Wunschtraum ernst und haben sich mit der genetischen Zusammensetzung des Hefestamms befasst, der am häufigsten bei der Wein- und Bierherstellung verwendet wird.

    Nicht nur könnte das – nennen wir es beim Namen –Wunder eines wirklich verkaterungsfreien Alkohols erreicht werden, es wäre auch möglich, die gesundheitlichen Vorteile von Wein zu steigern und die einzelnen Gene der besten Aromen zu isolieren.