Gymnasiasten lernen die Grundlagen der Basisbearbeitung, um „GFP-itis“ zu heilen

Genome Editing wird verwendet, um die Gene lebender Organismen zu verändern, um bestimmte Merkmale hervorzurufen, wie z. B. klimaresistente Pflanzen oder die Behandlung menschlicher Krankheiten auf genetischer Ebene. Es ist in den letzten zehn Jahren in der Landwirtschaft, Medizin und Grundlagenforschung immer beliebter geworden und wird auch in Zukunft relevant und genutzt werden. Angesichts dieser Verbreitung haben Forscher der University of California San Diego ein Outreach-Programm gestartet, das High-School-Schülern Technologien zur Genom-Editierung vorstellt.

Assistenzprofessor für Chemie und Biochemie Alexis Komor und Ph.D. Kandidaten Mallory Evanoff und Carlos Vasquez, entwarfen das Genome Editing Technologies Program als eine Möglichkeit, Studenten über Base-Editing-Technologien zu unterrichten, sie Wissenschaftlern mit unterschiedlichem Hintergrund auszusetzen und Fragen über das College, die berufliche Entwicklung und den Alltag eines Doktoranden oder Fakultätsmitglied innerhalb der Wissenschaft. Das Programm ist detailliert in Das CRISPR-Journal.

Baseneditoren ermöglichen es Wissenschaftlern, Punktmutationen an gezielten Stellen im Genom lebender Zellen mit hoher Effizienz und Präzision einzuführen und haben somit das therapeutische Potenzial, Tausende von menschlichen genetischen Erkrankungen zu behandeln. Proof-of-Concept-Studien haben bereits das Potenzial dieser Technologie in Zelltherapien und bei der Behandlung von Progerie, Sichelzellenanämie und Lebererkrankungen gezeigt.

„Als wir einige dieser Tools getestet haben, haben wir uns gefragt, wie wir Basis-Editoren für Highschool-Schüler zugänglich machen? Wie machen wir diesen Prozess wirklich sichtbar?“ sagte Evanoff.

Das Team von Komor erzeugte mithilfe von E. coli-Bakterien ein Base-Editing-Reportersystem. In diesem System führt die baseneditierende Aktivität zur Expression von grün fluoreszierendem Protein (GFP). Das Team installierte eine Mutation im GFP-Gen des Bakteriums, um dessen Fluoreszenz zu entfernen. Um die Verbindung zu genetischen Krankheiten zu betonen, wird dieser Phänotyp „GFP-itis“ genannt, und die Schüler haben die Aufgabe, die Bakterien zu „heilen“. Mithilfe der Base-Editing-Technologie korrigieren die Schüler die Mutation zurück zum Wildtyp, was zu grün fluoreszierenden Bakterienzellen führt.

Das Programm erstreckt sich über drei Tage, schafft eine sinnvollere Partnerschaft mit der Schule und baut eine bessere Vertrauensbasis zu den Schülern auf. „Wir wollten, dass die Schüler uns besser kennenlernen und sich wohlfühlen, Fragen zu einer Karriere im MINT-Bereich zu stellen“, sagte Komor. „Eine beliebte Frage ist einfach: ‚Wie komme ich in die Bachelor-Forschung?‘ Einer der Schüler der ersten Schule, die wir besuchten, der Sage Creek High School, ist jetzt eigentlich ein Student im Grundstudium in unserem Labor.“

Diese Studentin ist Preety Iyer, eine Humanbiologin im ersten Jahr, die sich an Komors Besuch an ihrer High School erinnerte als „eine erstaunliche Gelegenheit, praktische Erfahrungen mit der Gen-Editing-Technologie zu sammeln. Als ich es war, erschien es mir wie ein ungreifbares Konzept Ich lernte es in meinem Biologieunterricht. Durch den gesamten Prozess geführt zu werden und es selbst tun zu können, stärkte mein Verständnis von DNA und Gen-Editierung.“

Iyer plant, Ärztin zu werden und mit Patienten mit seltenen genetischen Störungen zu arbeiten, und sie freut sich darauf, weitere wertvolle praktische Erfahrungen in Komors Labor zu sammeln: „Ich konnte Geräte und Übungstechniken wie Durchflusszytometrie und Plasmidpräparation verwenden, die andere Studenten erst später in ihrer akademischen Laufbahn nutzen können.“

Bisher hat das Genome Editing Technologies Program drei lokale High Schools besucht. Die Schulen verfügen über gut entwickelte Wissenschaftsklassen und einen Großteil der Ausrüstung, die für die Durchführung des Experiments benötigt wird. Die Mehrheit der Studierenden hatte auch schon einmal von Genome Engineering gehört oder etwas darüber gelernt. Nachdem das Team von Komor das Programm nun einige Male durchgeführt und Feedback von Schülern eingeholt hat, hoffen sie, es auf Schulen ohne solch solide wissenschaftliche Programme ausdehnen zu können.

„Mein High-School-Hintergrund in Naturwissenschaften war zum großen Teil wegen des Mangels an Mentoring nicht stark“, sagte Vasquez. „Es ist uns wichtig, Schüler zu erreichen, die vielleicht noch nicht einmal an eine Karriere in MINT oder Medizin gedacht haben. Ihnen in die Augen zu sehen und ihnen Selbstvertrauen zu vermitteln, ihnen zu zeigen, dass wir an sie glauben – so jemanden zu haben, als ich in der High School war, hätte mich geprägt eine Welt des Unterschieds.“

Um das Experiment so zugänglich wie möglich zu machen, hat das Team das Base-Editing-Experiment vereinfacht und alle notwendigen Geräte bereitgestellt. Zugänglichkeit bedeutet auch, das Programm anderen Institutionen zur Verfügung zu stellen, die möglicherweise etwas Ähnliches implementieren möchten. Interessierte Wissenschaftler oder Dozenten können Plasmidmaterialien von AddGene bestellen, ein weltweites, gemeinnütziges Plasmid-Repository. Diese Plasmide sind die DNA, die zur Herstellung der GFP-itis-Zellen benötigt wird, sowie die Plasmide, die zur „Heilung“ von GFP-itis benötigt werden.

Das Ziel des Programms ist es, nicht nur Grundschülern zugänglich zu machen, sondern auch kritisches Denken zu fördern und über das Grundeditieren in sozialen und kulturellen Kontexten nachzudenken. Das Team von Komor bat die Studenten, über den Unterschied zwischen einer Krankheit und einem Merkmal nachzudenken und die Auswirkungen der Bearbeitung des Keimbahngenoms zu berücksichtigen, bei der Änderungen an alle zukünftigen Nachkommen der bearbeiteten Person vererbt werden, unabhängig davon, ob diese Nachkommen dem Verfahren zustimmen.

„Die ethische Diskussion ist das, was bei den Studenten einen Volltreffer schlägt“, sagte Vasquez. „Sie werden für zukünftige Gen-Editing-Richtlinien verantwortlich sein. Es ist interessant zu sehen, wie sie über die ethische Seite der Wissenschaft nachdenken.“

„Wir haben einige wirklich gute Diskussionen darüber geführt, was eine Krankheit und was ein Merkmal ist“, sagte Evanoff. „Wenn wir die Fähigkeit haben, genetische Krankheiten zu korrigieren, wer wird sich diese Behandlungen leisten können? Wo liegt die Gerechtigkeit in dieser Technologie? Wir haben keine Antworten darauf. Ich sage den Studenten: ‚Das wird es Es ist Ihre Aufgabe, das herauszufinden!‘“