Wissenschaftler der Universität Sydney haben ein Werkzeug zur Genom-Editierung entwickelt, das präziser und flexibler ist als der Industriestandard CRISPR und damit die Gentechnik in Medizin, Landwirtschaft und Biotechnologie revolutioniert hat.
SeekRNA verwendet einen programmierbaren Ribonukleinsäurestrang (RNA), der Einfügungsstellen in genetischen Sequenzen direkt identifizieren kann, wodurch der Bearbeitungsprozess vereinfacht und Fehler reduziert werden.
Das neue Werkzeug zur Genomeditierung wird von einem Team unter der Leitung von Dr. Sandro Ataide an der Fakultät für Lebens- und Umweltwissenschaften entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht In Naturkommunikation.
„Wir sind vom Potenzial dieser Technologie unglaublich begeistert. Die Fähigkeit von SeekRNA, gezielt und flexibel zu selektieren, ebnet den Weg für eine neue Ära der Gentechnik und überwindet die Grenzen aktueller Technologien“, sagte Dr. Ataide.
„Bei CRISPR braucht man zusätzliche Komponenten, um ein ‚Ausschneiden-und-Einfügen-Werkzeug‘ zu haben, wohingegen seekRNA verspricht, dass es ein eigenständiges ‚Ausschneiden-und-Einfügen-Werkzeug‘ mit höherer Genauigkeit ist, das eine breite Palette von DNA-Sequenzen liefern kann.“
CRISPR beruht darauf, in beiden Strängen der Ziel-DNA, dem genetischen Doppelhelix-Code des Lebens, einen Bruch zu erzeugen und benötigt andere Proteine oder den DNA-Reparaturapparat, um die neue DNA-Sequenz einzufügen. Dies kann zu Fehlern führen.
Dr. Ataide sagte: „SeekRNA kann die Zielstelle präzise spalten und die neue DNA-Sequenz einfügen, ohne dass andere Proteine zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht ein viel saubereres Bearbeitungstool mit höherer Genauigkeit und weniger Fehlern.“
Seit der Entwicklung von CRISPR vor mehr als 10 Jahren hat die Genomeditierung völlig neue Forschungs- und Anwendungsbereiche erschlossen. Sie hat zu einer Verbesserung der Krankheitsresistenz bei Obst und Nutzpflanzen geführt, die Kosten und die Geschwindigkeit der Krankheitserkennung beim Menschen gesenkt, die Suche nach einem Heilmittel für die Sichelzellenanämie unterstützt und die Entwicklung einer revolutionären Krebsbehandlung ermöglicht, die als (CAR) T-Zelltherapie bekannt ist.
„Wir stehen noch ganz am Anfang der Möglichkeiten der Genomeditierung. Wir hoffen, dass wir durch die Entwicklung dieses neuen Ansatzes zur Genomeditierung zu Fortschritten in den Bereichen Gesundheit, Landwirtschaft und Biotechnologie beitragen können“, sagte Mitautorin Professorin Ruth Hall von der Universität Sydney.
Präzises genetisches Targeting
SeekRNA stammt aus einer Familie natürlich vorkommender Insertionssequenzen namens IS1111 und IS110, die in Bakterien und Archaeen (Zellen ohne Zellkern) entdeckt wurden. Die meisten Insertionssequenzproteine weisen nur eine geringe oder keine Zielselektivität auf, diese Familien weisen jedoch eine hohe Zielspezifität auf.
Diese Genauigkeit hat seekRNA genutzt, um seine bisher vielversprechenden Ergebnisse zu erzielen. Mit der Genauigkeit dieser Insertionssequenzfamilie kann seekRNA an jede Genomsequenz angepasst werden und die neue DNA in einer präzisen Ausrichtung einfügen.
„Im Labor haben wir seekRNA erfolgreich an Bakterien getestet. Unsere nächsten Schritte werden darin bestehen, zu untersuchen, ob die Technologie an die komplexeren eukaryotischen Zellen des Menschen angepasst werden kann“, sagte Dr. Ataide.
Ein Vorteil des in dieser Studie beschriebenen Systems besteht darin, dass es mit nur einem einzigen Protein von mäßiger Größe und einem kurzen seekRNA-Strang angewendet werden kann, um genetische Fracht effizient zu transportieren. SeekRNA besteht aus einem kleinen Protein mit 350 Aminosäuren und einem RNA-Strang mit 70 bis 100 Nukleotiden.
Ein System dieser Größe könnte in biologische Nanotransportvehikel (Vesikel oder Lipid-Nanopartikel) verpackt werden, um es an die gewünschten Zellen zu liefern.
Direkte Insertion in DNA
Ein weiteres Differenzierungsmerkmal dieser Technologie ist die Fähigkeit, DNA-Sequenzen selbstständig an den gewünschten Stellen einzufügen, was mit vielen aktuellen Bearbeitungswerkzeugen nicht möglich ist.
„Die derzeitige CRISPR-Technologie unterliegt Beschränkungen hinsichtlich der Größe der einführbaren genetischen Sequenzen“, sagte Rezwan Siddiquee, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Sydney und Hauptautor der Studie. „Das schränkt den Anwendungsbereich ein.“
Weltweit betreiben andere Teams ähnliche Forschungen zum Genomeditierungspotenzial der IS1111- und IS110-Familie. Dr. Ataide sagt jedoch, dass sie nur für ein Mitglied der IS110-Familie Ergebnisse gezeigt haben und sich auf eine viel größere RNA-Version verlassen. Das Team in Sydney entwickelt seine Technik durch direkte Laborproben und Anwendung der kürzeren seekRNA selbst weiter.
Mehr Informationen:
Rezwan Siddiquee et al., Eine programmierbare seekRNA steuert die Zielauswahl durch Insertionssequenzen vom Typ IS1111 und IS110, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49474-9