Beim Genom-Editieren möchten Forschende häufig an einer bestimmten Stelle im Genom einen Buchstaben (der DNA-Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin) durch einen anderen ersetzen. Dazu verwenden sie Reagenzien, die die beiden DNA-Stränge in der Nähe der zu verändernden Stelle durchtrennen. Anschließend fügen sie der Zelle DNA-Moleküle zu, die den gewünschten neuen Buchstaben enthalten, in der Hoffnung, dass die Reparatursysteme der Zelle bei der Reparatur des DNA-Bruchs damit die gewünschte Mutation einbauen. Da jedoch verschiedene Reparatursysteme in den Zellen miteinander konkurrieren und nur eines von ihnen in der Lage ist, die gewünschte neue Mutation einzuführen, waren Anwendungen des präzisen Genom-Editierens bisher durch eine geringe Effizienz und unbeabsichtigte Nebenprodukte limitiert.
Durch die kombinierte Hemmung von zwei Reparaturwegen, die mit dem gewünschten Weg konkurrieren, gelang es dem Team nun, beabsichtigte Punktmutationen in bis zu 93 Prozent der Chromosomen von Zellpopulationen zu induzieren. Wichtig ist, dass diese Methode unerwünschte DNA-Sequenzveränderungen im Bereich der gewünschten Mutation sowie unbeabsichtigte Veränderungen an anderen Stellen des Genoms weitgehend verhindert. Dies erhöht die Präzision und Zuverlässigkeit des DNA-Editierens erheblich.
Auswirkungen von Mutationen
Die Effizienz der neuen Methode demonstrierten die Forschenden im Labor, indem sie 58 verschiedene Zielstellen in menschlichen Zellen veränderten. Die Methode dürfte vielfältige Anwendungen in der Grundlagenforschung finden. "Mit dieser Methode können wir genetische Veränderungen einfacher in Zellen einführen und so die Auswirkungen von Mutationen untersuchen, die den modernen Menschen vom Neandertaler unterscheiden", sagt Svante Pääbo, der an der Studie beteiligt war.
Die Wissenschaftler korrigierten zudem krank machende Mutationen in Zellen, die von Patienten stammen, die an den genetischen Krankheiten Anämie, Sichelzellanämie oder Thrombophilie leiden. "Die Bedeutung für die Behandlung von menschlichen Krankheiten ist potenziell enorm. Man könnte sich vorstellen, Patienten Zellen zu entnehmen, sie mit dieser Methode zu behandeln und sie dann den Patienten zurückzugeben", sagt Stephan Riesenberg, der die Studie leitete. "Vom Nachweis, dass die Methode im Labor funktioniert, bis zur Anwendung am Patienten ist es allerdings noch ein weiter Weg", betont Riesenberg.
Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie
Originalpublikation:
Riesenberg, S., Kanis, P., Macak, D. et al. Efficient high-precision homology-directed repair-dependent genome editing by HDRobust. Nat Methods (2023). doi.org/10.1038/s41592-023-01949-1
