Behördenbezeichnung mit Staatswappen: Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Forschungsprojekt: CRISPR/Cas für die GVO-Analytik

Kurzbeschreibung

Die Entdeckung des CRISPR/Cas9-Systems hat der Forschung im Bereich der Genomeditierung einen großen Vorschub geleistet. Beim CRISPR/Cas9-System handelt es sich um eine RNA-gelenkte sequenzspezifische Nuklease, die ursprünglich Teil des natürlichen Immunsystems von Bakterien gegen bakterienbefallende Viren (sogenannte Bakteriophagen) ist. CRISPR steht dabei für „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“ und beschreibt bestimmte Bereiche (engl.: Cluster) im Genom von Bakterien, in denen sich wiederkehrende (repetitive) DNA-Sequenzen anhäufen. Die CRISPR-Sequenzen befinden sich stets in der Nähe von Cas-(CRISPR-assoziierten-) Genen. Die Cas-Gene kodieren dabei insbesondere für DNA-Schneideenzyme (Nukleasen) die mit Hilfe kurzer, spezifischer RNA-Moleküle an bestimmte DNA-Sequenzen im Genom der Bakteriophagen gelenkt werden. Auf Grundlage dieses Systems wurden in den letzten Jahren zahlreiche molekularbiologische Werkzeuge entwickelt, mit denen es möglich ist, die Genome verschiedenster Organismen gezielt zu verändern (Genomeditierung). Das CRISPR/Cas9 System des Bakteriums Streptococcus pyogenes wurde so umprogrammiert, dass es nahezu jede beliebige DNA-Sequenz (binden und) schneiden kann. Ein kurzes RNA-Stück, welches komplementär zu der zu (bindenden und) schneidenden DNA-Sequenz ist, lenkt die Cas9-Nuklease an die gewünschte Zielsequenz im Genom der zu verändernden Zelle. Dort setzt diese einen gezielten Schnitt und erzeugt dadurch einen DNA-Doppelstrangbruch. Es ist anzumerken, dass das CRISPR/Cas9-System einfacher, schneller und deutlich kostengünstiger ist, als Genomeditierungsverfahren, die auf Protein-gelenkten Nukleasen (z. B. Zinkfingernukleasen oder TALEN) basieren. Durch die hohe Flexibilität und Präzision ist das CRISPR/Cas9-System mittlerweile das am häufigsten angewandte System zur Genomeditierung.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche technische Abwandlungen des ursprünglichen CRISPR/Cas9-Systems beschrieben. So werden aktuell auch Cas9 Enzyme ohne Nukleaseaktivität („dead“ Cas9, dCas9) für analytische Zwecke verwendet. Diese dCas9 Mutanten besitzen dabei noch die Fähigkeit, DNA an gewünschten Stellen gezielt zu binden, nicht aber mehr diese zu zerschneiden. Durch Markierung besagter dCas9 Mutanten sollen diese für die Analytik von GVO, z. B. durch die Bestimmung der Integrationsorte von Transgenen nutzbar gemacht werden.
Weitere Abwandlungen des ursprünglichen CRISPR/Cas9-Systems wie DETECTR oder SHERLOCK beinhalten neu entdeckte Cas Enzyme wie Cas12a oder Cas13. Diese können durch ihre kollaterale Schneideaktivität nach erfolgreicher Erkennung der Zielsequenz und Bildung des RNP-Komplexes als Reportersysteme verwendet werden.
Durch die hohe Spezifität der Zielsequenz-Erkennung sollen diese CRISPR/Cas-Systeme auch zum Nachweis von einzelnen Basenaustauschen, sog. SNPs („single nucleotide polymorphism“), nutzbar gemacht werden.
Darüber hinaus soll die derzeit rasant verlaufende Entwicklung im Bereich neuer molekularbiologischer Techniken verfolgt werden, um ggf. weitere Anwendungsmöglichkeiten zu evaluieren.

Laufzeit: : 01.11.2018 - 31.07.2023

Finanzielle Förderung: Dieses Forschungsprojekt wird durch das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (StMUV) gefördert