Revolutionäre Methode ermöglicht gleichzeitige Genomänderungen in einem Schritt

BerlinWissenschaftler an den Gladstone Institutes haben eine neue Methode entwickelt, um mehrere präzise Veränderungen im Genom gleichzeitig vorzunehmen. Dieser Fortschritt wird das Studium von Krankheiten und die Entwicklung neuer Behandlungen erheblich verbessern. Die Forscher nutzten Moleküle, sogenannte Retrons, um ein Werkzeug zu schaffen, das DNA in Bakterien, Hefezellen und menschlichen Zellen effizient verändern kann. Diese neue Methode wird Wissenschaftlern helfen, die Grenzen bisheriger Genom-Editing-Techniken zu überwinden, welche nur Veränderungen an einer Stelle gleichzeitig ermöglichen.

Das ist wichtig:

• Neue Methode ermöglicht mehrere Genom-Änderungen in einem Schritt
• Nutzen von Retrons zur effizienten DNA-Modifikation
• Funktioniert in Bakterien, Hefen und menschlichen Zellen

Genomeditierung spielt eine entscheidende Rolle beim Verständnis von Krankheiten und der Entwicklung von Behandlungen zur Behebung schädlicher genetischer Veränderungen. Aktuelle Methoden sind jedoch ineffizient, da sie nur einen Teil des Genoms gleichzeitig verändern können. Forscher müssen jede Veränderung einzeln vornehmen, was einen erheblichen Arbeitsaufwand erfordert.

Seth Shipman, ein Forscher am Gladstone Institutes, wollte die Genom-Technologien vorantreiben. 2022 kombinierte sein Team Retrons mit CRISPR-Cas9, um eine Methode zur schnellen Bearbeitung menschlicher Zellen zu entwickeln. Eine große Herausforderung blieb jedoch bestehen: Die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Stellen im Genom war noch nicht möglich.

Das Team von Shipman hat sogenannte "Multitrons" entwickelt, wie in ihrer Studie in Nature Chemical Biology beschrieben. Diese modifizierten Retrons können mehrere DNA-Stücke gleichzeitig erzeugen. In eine Zelle eingeführt, ermöglichen Multitrons mehrere gleichzeitige Änderungen der DNA, was diese Methode deutlich schneller macht als traditionelle Techniken.

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Alejandro González-Delgado, Postdoktorand im Shipman-Labor und Mitautor der Studie, erklärt, dass die alte Methode erforderte, mehrere Änderungen nacheinander vorzunehmen und dafür bearbeitete Zellen immer wieder zu verwenden. Dieser Prozess war zeitaufwendig und mühsam. Mit den sogenannten „Multitronen“ können nun mehrere Änderungen gleichzeitig vorgenommen werden, was das Verfahren erheblich vereinfacht.

Multitronen können umfassende Genomabschnitte löschen. Sie entfernen schrittweise die mittleren Teile einer Zielregion, bis das gesamte Segment verschwunden ist.

Das Team demonstrierte, wie ihre Methoden zur Aufzeichnung molekularer Vorgänge und zur Verbesserung der Metabolic Engineering eingesetzt werden können. Früher wurden Retrons verwendet, um die Vorgänge in einer Zelle und deren Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Dank Multitrons sind diese Aufzeichnungen nun präziser und detaillierter. González-Delgado meint, dass diese Technologie im Darm genutzt werden könnte, um beispielsweise Entzündungen zu überwachen.

Wissenschaftler nutzten spezielle Werkzeuge, um mehrere Gene in einem Stoffwechselweg zu verändern. Dadurch konnten sie die Produktion von Lycopin, einem starken Antioxidans, um das Dreifache steigern. Dies zeigt, dass ihre Methode für Industrie und Medizin nützlich sein könnte.

Shipman und sein Team haben bedeutende Fortschritte in der Genom-Editierungstechnologie erzielt. Ihre Methode ermöglicht es Wissenschaftlern, viele präzise Veränderungen gleichzeitig vorzunehmen, wodurch die Forschung beschleunigt wird und das Studium sowie die Behandlung komplexer genetischer Krankheiten erleichtert werden.