Das CRISPR-Cas-System der Bakterien könnte mit dem Immunsystem des Menschen verglichen werden. Wird eine Bakterienzelle von einem Virus infiziert, wird ein kurzer Abschnitt der Viren-DNA von bestimmten Enzymen herausgeschnitten und in sogenannte CRISPR-Sequenzen der Bakterien-DNA eingebaut. CRISPR ist die Abkürzung für "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats". Darunter versteht man kurze palindromische DNA-Abschnitte, die durch kurze "normale" DNA-Abschnitte unterbrochen sind.

Die so eingebaute Viren-DNA kann dann zusammen mit einem Teil des CRISPR-Abschnitts transkribiert werden, es entsteht dann eine CRISPR-RNA.

Wird die Bakterienzelle erneut von dem gleichen Virus befallen, dient diese CRISPR-RNA quasi als Lotse für das Cas-Enzym, welches die Viren-DNA unschädlich macht. Die CRISPR-RNA setzt sich in das Cas-Enzym und leitet dann den CRISPR-Cas-Komplex zu den eingedrungenen Viren-DNA-Strängen. Die in der CRISPR-RNA enthaltene Viren-RNA paart sich dann mit der komplementären Viren-DNA, und das Cas-Enzym zerschneidet die Viren-DNA an dieser Stelle [1].

Das CRISPR-Cas-System wird seit einigen Jahren auch in der Gentechnik eingesetzt, um eukaryotische DNA an bestimmten Stellen zu zerschneiden und damit bestimmte Gene auszuschalten.

Normalerweise versucht das Reparatursystem der Zelle, die geschädigte DNA wiederherzustellen. Doch dabei passieren meistens Fehler, so dass die "reparierte" DNA nicht mehr abgelesen werden kann. Das entsprechende Gen ist damit quasi ausgeschaltet. Forscher können auf diese Weise herausfinden, welche Aufgaben das Gen eigentlich hat.

An den Schnittstellen können auch neue Genabschnitte gezielt eingebaut werden. Damit ist es möglich, Pflanzen und Tiere gezielt und mit wenig Aufwand genetisch zu verändern. Man könnte so auf recht unkomplizierte Weise neue Gene in Tiere oder Pflanzen einbauen oder bei Erbkrankheiten defekte Gene durch intakte Varianten auszutauschen. Bei den konventionellen gentechnischen Verfahren musste die einzubauende DNA immer erst aufwändig isoliert und dann in eine Bakterienzelle eingebaut werden, damit diese das gewünschte Produkt erzeugt. Die CRISPR-Cas9-Technik hat das alles viel einfacher gemacht.

Quellen:

  1. Max-Planck-Gesellschaft, Artikel "Natürliche Aufgaben von CRISPR-Cas"