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Hamburger Ärzteblatt 04 2016

© wikipedia – Forluvoft, Viktoria Anselm Abb. 2: CAS 9 ist ein CRISPR-assoziiertes Protein mit Helicase- und Endonuklease- Aktivität. Mit dieser molekularen Genschere kann man an gezielten Stellen des Genoms die Doppelstrang-DNS durchtrennen und ein gesundes Gen einsetzen bzw. ein krankes entfernen 33 0 4 | 2 0 1 6 H A M B U R G E R Ä R Z T E B L A T T Genoms. Die nicht-kodierenden Anteile (In- trons) bilden 26 Prozent des Genoms. Damit wurde verständlich, warum die anfängliche Schätzung von mehr als 100.000 Genen des menschlichen Genoms auf knapp über 20.000 korrigiert werden musste (8). Einige nicht-kodierende DNS-Abschnitte ent- halten Gene für RNS-Moleküle mit wichti- gen biologischen Funktionen, beispielsweise ribosomale RNS (r-RNS) und Transfer-RNS (t-RNS). Die Untersuchung der Funktion und des evolutionären Ursprungs der nicht-kodie- renden DNS wurde bald zu einem vorrangigen Ziel der Genomforschung. Mehr als die Hälfte des gesamten humanen Ge- noms besteht aus endlosen Wiederholungen, aus einem Genbuchstabenwirrwarr, für den man noch keinen verständlichen Algorithmus gefunden hatte: sogenannte LINEs und SINEs, Retrovirus-ähnliche Elemente, DNS-Transpo- sons und segmentale Duplikationen (9). Rettung durch Encode The Encyclopedia of DNA Elements (Encode) brachte einen Durchblick und Hinweise für einen Algorithmus im „Genwörtersalat“. Ziel des Encode-Projekts war, die Rolle der übrigen Komponenten des Genoms zu bestimmen, die neben den 20.000 Protein-kodierenden Ge- nen existieren. Diese Komponenten wurden als „junk“ (Trödel oder Plunder) bezeichnet – DNS, die nicht transkribiert wird. Das Encode- Projekt konnte aber zeigen, dass ungefähr 90 Prozent des SNP (Single Nucleotide Polymor- phism), also des Austauschs von nur einer Base im humanen Genom, außerhalb der Protein- kodierenden Regionen gefunden werden. Die SNPs betragen etwa drei Millionen Basen- positionen in einem typischen menschlichen Referenzgenom. In großen Genomanalysen konnten direkte Verbindungen von SNP-Kom- binationen zu einer Reihe von Krankheiten ge- funden werden. Faszinierende Gentherapie Die Gentherapie fasziniert Wissenschaftler und Kliniker, weil sie die Möglichkeit bietet, Krank- heiten an ihren genetischen Wurzeln zu heilen. Nach anfänglicher Skepsis und Misserfolgen haben in jüngster Zeit klinische Gentherapie- Studien, unter Einhaltung exzellenter Sicher- heitsstandards, therapeutische Erfolge gezeigt. Der Gentransfer muss komplexe Zell- und Gewebsbarrieren überwinden, um neue gene- tische Information in die Zielzelle zu bringen, ohne essenzielle regulatorische Mechanismen zu unterbrechen oder Onkogene zu aktivieren. Eine Reihe von Phase I/II-gentherapeutischen klinischen Studien berichten von bemer- kenswerter Evidenz der Wirksamkeit und Sicherheit bei der Behandlung von unter- schiedlich schweren Erbkrankheiten des Blut-, Immun- und Nervensystems, beispielsweise primäre Immunschwächen, Leukodystrophi- en, Thalassämien, Hämophilien und bestimm- te Krebserkrankungen. Diese Erfolge sind alle auf eine verbesserte Vektortechnologie zu- rückzuführen. Lentivirale Vektoren platzieren therapeutische Gene an die exakte Stelle im Genom (10). Die faszinierendste Variante der Gentherapie im Sinne einer Genedition: gezieltes Einfügen von Genen oder Herausschneiden ist eine von Bakterien weiterentwickelte Genschere (Abb. 2), die sich hinter dem Akronym CRISPR-CAS 9 (clustered regularly interspaced short palin- dromic repeats) verbirgt. CAS 9 ist ein CRIS- PR-assoziiertes Protein mit Helicase- und En- donuklease-Aktivität. Mit dieser molekularen Genschere kann man an gezielten Stellen des Genoms die Doppelstrang-DNS durchtren- nen und ein gesundes Gen einsetzen bzw. ein krankes entfernen (11). Kurz vor Drucklegung dieses Artikels sagte der Leiter der Abteilung „Antivirale Strategien“, Prof. Dr. Joachim Hau- ser vom Heinrich-Pette-Institut in Hamburg, dass die Genschere das Potenzial habe, in der Aids-Therapie „das erste Mal eine Heilung zu erzielen“. Es würde nicht erstaunen, wenn im Dezember dieses Jahres der Nobelpreis für Physiologie/Medizin an Forscher und Forsche- rinnen vergeben wird, die entscheidende Ar- beiten zu CRISPR-Cas 9 veröffentlicht haben. Literaturverzeichnis im Internet unter www.aekhh.de/haeb-lv.html Dr. Hans Melderis Internist E-Mail: hans.melderis@web.de knalls. Der russische Wissenschaftler erkannte die Tragweite der Entdeckung der Doppelhelix und schrieb: „Dear Drs. Watson & Crick, I am a physicist, not a biologist … but I am very much excited by your article in May 30th (sic!) Nature, and I think that this brings Biology over into the group of ‚exact‘ sciences.“ (7) Basensequenzen entschlüsselt Wie aber die genaue Reihenfolge der Millionen und Abermillionen „Basenbuchstaben“ heraus- finden und mit welcher chemischen Metho- de? Der Biochemiker Walter Gilbert und der Molekularbiologe Allan Maxam aus den USA und Frederick Sanger, britischer Biochemiker, bestimmten mit unterschiedlichen Methoden die ersten DNS-Basensequenzen. Die heute ge- bräuchlichste Methode der Sequenzierung ist die Kettenabbruchmethode von Sanger. Die erste Basensequenz eines „Lebewesens“ bestimmten Sanger et al. von einem Bakterio- phagen mit dem Namen phi X 174. Sie erschien 1977 ebenfalls in „Nature“ und zeigte die exak- te Sequenz der 5.386 Basen des Phagengenoms. Es folgten die Genomsequenzen einiger Bak- terien (z.B. E. coli) und 1996 die erste Basen- sequenz eines eukaryotischen Genoms: die 12 Millionen Basen der Brauerhefe. Des Weiteren 1998 die Sequenz eines Plattwurms (Caenor- habditis elegans), 2000 die der Taufliege (Dro- sophila melanogaster) und im gleichen Jahr das erste humane Chromosom Nr. 21. Dann, 2001, erfolgte der erste grobe Entwurf des gesamten menschlichen Genoms, gefolgt von der zu 99 Prozent genauen Sequenz im Jahre 2003. Aufbau des humanen Genoms Doch die Erkenntnisse aus der Sequenzanalyse der 3,2 Milliarden Basen eines DNS-Strangs des menschlichen Genoms erwiesen sich als sehr ernüchternd. Der Euphorie über den schnellen Ersatz von defekten Genen und den Sieg über Krankheiten wich sehr bald der Einsicht, dass der größte Teil des Genoms aus wenigen ver- ständlichen „Genwörtern“ (Protein-kodierende Gene) und großen Mengen von unverständ- lichem „Genwörtersalat“ bestand. Der Anteil von Protein-kodierenden Abschnitten (Exons) beträgt weniger als zwei Prozent des gesamten Cas9 NGG crRNA RNS für die Gen- modifikation Ziel-DNS Schnittstelle- der Doppelstrang-DNS tracrRNA 04 | 2016 H A M B U R G E R Ä R Z T E B L A T T

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