Die meisten Zellen im menschlichen Körper haben zwei genetische Bibliotheken; eine im Kern und die andere in Strukturen, die Mitochondrien genannt werden.
Die Zusammenarbeit mehrerer Forschungsgruppen hat zu einem Prozess geführt, der es Wissenschaftlern eines Tages ermöglichen wird, die Anweisungen, aus denen das „andere“Genom einer Zelle besteht, zu ändern und möglicherweise eine Reihe von Krankheiten zu behandeln.
Die molekulare Basis für dieses revolutionäre Gen-Editing-Tool ist das DddA-Toxin, das vom Bakterium Burkholderia cenocepacia ausgeschieden wird, um andere Mikroben abzutöten, wenn der Wettbewerb um Ressourcen stark wird.
Forscher der University of Washington haben sich schon seit einiger Zeit für das Toxin interessiert und festgestellt, dass es eine Nukleinsäurebase namens Cytosin in eine andere umwandelt, die üblicherweise in RNA namens Uracil vorkommt.
Dies ist nicht das erste Mal, dass sich Forscher Bakterienwaffen zuwenden, um Hinweise zu erhalten, wie DNA auf diese Weise eingestellt werden kann. Tatsächlich wurde bereits eine ganze Familie sogenannter Desaminaseenzyme in der Gentechnik eingesetzt.
Ein Forschungsteam am MIT hat Desaminase mit Code-Austausch mit CRISPR-Technologie kombiniert. Dabei wird eine RNA-Vorlage verwendet, um die Sequenz zu identifizieren, und anschließend Enzyme verwendet, um Änderungen vorzunehmen.
Dies ist kein allzu großes Problem, wenn Sie Änderungen vornehmen möchten, um DNA-Stränge in etwas so Willkommenem wie dem Zellkern zu duplizieren. Das Ändern von RNA-Templates über die selektive Mitochondrienmembran ist jedoch nicht einfach.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Mitochondrien vor mehr als einer Milliarde Jahren selbst Organismen waren und sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben und die Verantwortung für den Abbau von Glukose mit den Zellen teilen.
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Glücklicherweise hatte das DddA-Toxin die einzigartige Fähigkeit, beide DNA-Stränge zu verändern, was den Weg für CRISPR - und seine umständliche RNA-Matrize - zugunsten alternativer Methoden zur Ausrichtung auf die Sequenz, die Sie ändern möchten, ebnete.
Diese Klasse von Enzymen kann angepasst werden, um nach spezifischen Nukleinsäurecodes und deren Trennung zu suchen. Genau das, was für die Einführung eines Toxins benötigt wird, das Cytosin ersetzt.
Zusammen mit DddA kann ein speziell entwickeltes Enzym die Zielsequenz in den Mitochondrien finden und das gefundene Cytosin in Uracil umwandeln, das anschließend in ein ähnliches DNA-spezifisches Rückgrat namens Thymin umgewandelt wird.
So wie Mutationen in der Kern-DNA eine Vielzahl von Gesundheitszuständen verursachen können, können auch Mutationen in mitochondrialen Genen problematisch sein und alles von der Gehirnentwicklung über das Muskelwachstum, das Energieniveau, den Stoffwechsel bis hin zur Immunität beeinflussen.
Die Forschung wird in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
