CRISPRCasSystemen

CRISPR-Cas-Systeme sind eine Familie prokaryotischer Abwehrmechanismen gegen eindringende DNA von Phagen und Plasmiden. Sie beruhen auf drei Bausteinen: einem CRISPR-Locus mit wiederholten Sequenzen und Spacer-Elementen, einer Reihe von Cas-Genen, die Nukleasen und Hilfsproteine kodieren, sowie einem Mechanismus zur Verarbeitung von CRISPR-RNA. Bei der Adaptation speichert das System kurze DNA-Fragmente aus fremder DNA als Spacer; in der Expression entstehen daraus guide RNAs (gRNAs); in der Interferenz führt die gRNA die Erkennung an der Zielstelle an und das Cas-Effektorprotein schneidet die Zielnucleinsäure.

CRISPR-Cas-Systeme werden in Klassen (Klasse 1 vs Klasse 2) und Typen eingeteilt. Klasse 1 verwendet mehrteilige Effektorproteine, Klasse 2 besitzt ein einzelnes Effektorprotein. Typische Beispiele sind Cas9 (Klasse 2, Typ II), Cas12 (Typ V) und Cas13 (Typ VI). Cas9 und Cas12 schneiden DNA, Cas13 schneidet RNA. Die Zielerkennung erfolgt über eine Guide-RNA in Verbindung mit einer kurzen PAM-Sequenz neben der Zielstelle.

Aufgrund ihrer Programmierbarkeit haben CRISPR-Cas-Systeme breite Anwendungen in Biotechnologie und Medizin gefunden. Sie ermöglichen gezielte Genom-Editierungen, Genregulation (CRISPRi/CRISPRa), Basen-Editierung und neue Ansätze wie Prime Editing. Diagnostische Anwendungen umfassen SHERLOCK und DETECTR. Wichtige Herausforderungen sind Off-Target-Effekte, Abhängigkeit von PAM, effiziente Lieferung in Zellen sowie ethische und regulatorische Fragen bei Anwendungen am Menschen oder in der Landwirtschaft.

Die CRISPR-Cas-Systeme wurden in Bakterien und Archaea als Immunsystem beschrieben; der Durchbruch zur nutzbaren Genome-Editing-Technologie kam 2012–2013 durch Doudna und Charpentier. 2020 erhielten sie den Nobelpreis für Chemie. Die Forschung konzentriert sich auf verbesserte Präzision, sicherere Anwendungen und neue therapeutische, landwirtschaftliche und industrielle Einsatzmöglichkeiten, begleitet von Debatten über Sicherheit, Governance und Ethik.