Bakterielle Abwehr nutzen: Durchbruch in der Genomeditierung mit DdmD und DdmE

BerlinWissenschaftler haben untersucht, wie sich Bakterien verteidigen, und eine neue Methode gefunden, die die Genomeditierung verbessern könnte. Ihre Forschung beleuchtet, wie zwei Proteine, DdmD und DdmE, zusammenarbeiten, um Plasmide zu deaktivieren. Plasmide sind kleine DNA-Stücke, die Bakterien nutzen, um genetische Informationen auszutauschen. Während sie den Bakterien bei der Evolution helfen können, können sie auch schädlich für sie sein.

Wissenschaftler der Ohio State University haben mittels Kryo-Elektronenmikroskopie die Einzelheiten eines Abwehrmechanismus namens DdmDE untersucht. Dieser Prozess startet, wenn DdmE an ein kurzes DNA-Stück, bekannt als Leit-DNA, bindet. Dies ermöglicht es DdmE, Zielplasmide zu identifizieren und zu erfassen, indem es einen der Doppelstränge des Plasmids öffnet. Anschließend bindet DdmD an den verbleibenden Einzelstrang des Plasmids, teilt sich in zwei Moleküle auf und zerschneidet das Plasmid in Teile.

Wichtige Bestandteile dieser Untersuchung umfassen:

• Leit-DNA: Stärker und kostengünstiger in der Synthese als Leit-RNA.
• DdmD- und DdmE-Proteine: Klein genug, um in Säugetierzellen eingeführt zu werden.
• Kryo-Elektronenmikroskopie: Unverzichtbar, um die Funktion dieser Proteine zu beobachten.
• Rückkopplungsschleife: Ein Prozess, bei dem Plasmidfragmente weiterhin als Leit-DNA fungieren.

Diese Forschung könnte Werkzeuge zur Krankheitsprävention durch Geneditierung entwickeln. Führungs-DNA hilft dabei, spezifische Teile des Genoms präzise anzuvisieren. Im Gegensatz zu Argonaut-Proteinen, die Führungs-RNA verwenden, nutzt DdmE Führungs-DNA, die leichter herzustellen ist und möglicherweise stabiler und genauer.

Gene-Editing-Tools wie CRISPR/Cas9 haben die Biologie revolutioniert, aber sie sind nicht ohne Nachteile. Ein großes Problem ist, dass sie manchmal an unerwünschten Stellen im Genom Änderungen vornehmen. Das DdmDE-System nutzt Leit-DNA und könnte gezielter wirken, wodurch diese unerwünschten Veränderungen reduziert werden.

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Wissenschaftler erforschen, wie dieses System für verschiedene Zwecke genutzt werden kann. Derzeit testen sie seine Wirksamkeit in Säugetierzellen, um genetische Fehler zu beheben, die Krankheiten verursachen.

Ein Abschnitt der Plasmid-DNA kann den Abbau weiterer Plasmide anleiten und zeigt dabei ein eingebautes Abwehrsystem. Dieser Vorgang stärkt den Schutz des Wirts und sorgt dafür, dass die Methode im Laufe der Zeit beständiger wird.

Diese Eigenschaften könnten Fortschritte in der personalisierten Medizin ermöglichen, indem Gen-Bearbeitungstechnologien an die individuellen genetischen Profile angepasst werden. Dies würde die Behandlungsergebnisse für Krankheiten wie Mukoviszidose, Muskeldystrophie und bestimmte Krebsarten verbessern.

Dank der Unterstützung von Organisationen wie den National Institutes of Health hat das DdmDE-System das Potenzial, die Genom-Editierung erheblich zu verbessern. Durch die Untersuchung der Abwehrmechanismen von Bakterien könnten wir neue Wege finden, die menschliche Gesundheit zu verbessern, die früher undenkbar waren.