Erneut zeigt das berühmte Gentechnik-Werkzeug seine vielseitige Nutzbarkeit: Das Crispr/Cas-Verfahren hat zur Entwicklung eines einfach anzuwendenden Streifen-Testsystems zur Diagnose vieler Erkrankungen geführt. Ein Papierstreifen wird dabei in eine Probe getaucht und anschließend zeigt die Bildung von Linien an, ob die genetischen Signaturen von Krankheitserregern oder Krebs-Markern vorliegen. Viele Anwendungsmöglichkeiten des Systems zeichnen sich ab, sagen die Forscher.
Die Spezifität bei der DNA-Schneidefunktion hat das Crispr/Cas-System zum Hit in der Gentechnik gemacht. Sie beruht auf der Kombination eines Genabschnitts mit der Zielinformation und eines Enzyms, das als Schere fungiert. Dieses Gespann ist in der Lage, gezielt an bestimmte DNA-Abfolgen im Erbgut zu binden und diese zu schneiden. Bereits seit einiger Zeit arbeitet ein Forscherteam des Broad Institute in Cambridge daran, Crispr/Cas für ein Testsystem zu nutzen: Sie haben das Diagnoseverfahren “SHERLOCK” (Specific High Sensitivity Reporter unlocking) entwickelt. Wie sie nun berichten, haben sie es nun entscheidend optimiert, so dass es ohne aufwändige Geräte als Papierstreifen-Test einsetzbar ist.
Schnipsel dienen als Signalmoleküle
Das Verfahren basiert auf der Funktion spezieller Crispr-assoziierter Komponenten – vor allem auf dem Eiweißmolekül namens Cas13: Es kann ebenfalls so programmiert werden, dass es nur an bestimmte Abfolgen genetischer Bausteine bindet. Im Gegensatz zu anderen Cas-Proteinen entfaltet Cas13 bei der Bindung aber eine spezielle Wirkung: Nachdem es das Ziel geschnitten hat, wird es gleichsam wild und beginnt unterschiedslos andere RNA-Moleküle in der Nähe ebenfalls zu spalten.
Genau diesen Effekt haben sich die Forscher zunutze gemacht. Der Probe werden neben dem zu untersuchenden genetischen Material auch Stränge synthetischer RNA hinzugefügt. Nur wenn Cas13 sein Ziel gefunden hat, beginnt das Enzym anschließend diese RNA zu zerhacken. Die Bruchstücke dienen dann als Signalmoleküle für die Diagnose. Den Forschern ist es bei der Weiterentwicklung von SHERLOCK nun gelungen, diese Signalmoleküle so anzupassen, dass sie zur Bildung einer deutlich sichtbaren Linie auf einem Testreifen führen. Das System kann dadurch nun ähnlich simpel wie ein Schwangerschaftstest angewendet werden.
Breites Potenzial
Dank seiner Vielseitigkeit bei der Detektion von Nukleinsäure-Zielsequenzen hat das System großes Potenzial, sagen die Entwickler: “Die Technologie ermöglicht viele Einsatzmöglichkeiten im Gesundheitswesen. Das Ziel von Cas13 kann dabei jede genetische Sequenz sein, einschließlich viraler Genome, Gene, die eine Antibiotikaresistenz in Bakterien verleihen, oder Mutationen, die Krebs verursachen. Außerdem sind auch industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen denkbar”, sagt Zhang. Die Forscher konnten auch die Sensitivität des Systems stark erhöhen. “Das ist besonders wichtig für Anwendungen wie dem Aufspüren von Tumor-DNA in Blutproben, in denen die Konzentration der Zielsequenz extrem niedrig sein kann”, sagt Co-Autor Omar Abudayyeh.
Wie die Forscher berichten, bietet das neue System noch einen weiteren Vorteil: Mit den Test-Streifen sind nun auch Mehrfachnachweise möglich – ein Streifen kann Signale für bis zu vier verschiedene Untersuchungsobjekte gleichzeitig liefern. Das bedeutet, dass weniger Proben nötig sind. So kann die neue Version von SHERLOCK beispielsweise in einer einzigen Reaktion feststellen, ob eine Probe Zika- oder Dengue-Viruspartikel enthält, die bei Patienten ähnliche Symptome hervorrufen.
Die Entwickler stellen ihre Ergebnisse und Reagenzien nun über die Non-Profit-Organisation Addgene der akademischen Gemeinschaft zur Verfügung und hoffen, dass die Entwicklung ihre Erwartungen erfüllen kann. “Das System bietet eine kostengünstige, einfach anzuwendende, empfindliche und vielseitige Diagnosemethode”, resümiert Zhang. “Dies könnte es beispielsweise auch ermöglichen, Diagnosen unter schwierigen Feldbedingungen durchzuführen”, so der Wissenschaftler.
Originalarbeit der Forscher: Science, doi:10.1126/science.aaq017
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