Neben der Medizin wird die CRISPR-Genschere auch in anderen Bereichen wie der Biologie, Landwirtschaft und auch Industrie eingesetzt. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HRI) aus Würzburg konnte nun die Vielseitigkeit der zugrundeliegenden CRISPR-Cas-Systeme belegen. Sie entdeckten eine komplett neu CRISPR-Abwehrstrategie in Form der Trennung wichtiger Transfer-Ribonukleinsäuren (tRNA) für die Proteinbildung.
Spezifische RNA-Trennung
Cas12a3 legt durch diese spezifische Trennung der tRNA infizierte Zellen lahm, eine gängige bakterielle Abwehrmethode unter vielen anderen. Bisher standen CRISPR-Cas-Systeme jedoch nicht mit dieser Spaltung in Verbindung. Bisher stand fest: CRISPR nutzt RNA-gesteuerte Proteine, die Cas-Nukleasen, um Eindringlinge anhand des Erbguts zu erkennen und damit unschädlich zu machen. Jedes System löst dabei eine eigene Immunantwort aus, unter anderem das Schneiden der Angreifer-DNA, was zu einer wichtigen Grundlage für die Genomeditierung wurde. Neu ist nun, dass Cas12a3 auch spezifisch auf tRNAs reagiert.
Ein unerwarteter Fund, da sich das Team eigentlich mit Cas12a2 und den damit in Verbindung stehenden Proteinen befasste. In vorherigen Studien beschrieb das Team bereits, wie es Cas12a2 in einer Familie von Nukleasen fand, das ausschließlich DNA schnitt, doch Cas12a2 konnte sowohl DNA als auch RNA abbauen. Daraufhin untersuchten sie, ob in dieser Cas-Familie weitere verborgene Funktionen vorhanden sind: Sie fanden Cas12a3.
Wirkungsvoller Einsatz
Während Cas12a2 unspezifisch, aber umfassend RNA schneidet, ist Cas12a3 genau das Gegenteil. Es heftet sich an das Ende der tRNA und schneidet dort spezifisch. Der sogenannte 3‘-Schwanz ist über viele Organismen hinweg gleich und entscheidend für die Funktion und Stabilität der RNA. Die Abtrennung des Schwanzes ist daher ein wirksames Mittel, um die Herstellung von Proteinen zu blockieren.
Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie konnte das Team zudem zeigen, wie Cas12a3 die tRNAs erkennt und diese Erkenntnis direkt zunutze machen. Sie kombinierten Cas12a3 mit zwei weiteren, hoch präzisen Nukleasen und konnten in der Kombination RNAs von drei unterschiedlichen Viren nachweisen: dem Influenzavirus, dem Respiratorischen Syncytial-Virus (RSV) und SARS-CoV-2. „Damit waren wir nicht nur in der Lage, die Grenzen der CRISPR-basierten Diagnostik zu verschieben. Unsere Forschungsergebnisse könnten perspektivisch auch kostengünstige und einfach durchzuführende Point-of-Care-Tests gegen eine Vielzahl von Krankheiten ermöglichen“, erläutert Chase Beisel, affiliierter Abteilungsleiter am HIRI und korrespondierender Autor der Studie.
Quelle: idw
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