CRISPR-Diagnostik: Eintauchen in die zellbasierte Diagnostik

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  Quantumrun-Vorausschau
• 17. Oktober 2022

Zusammenfassung der Einblicke

CRISPR ist eine Gen-Editing-Technologie, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Gene zu modifizieren oder zu „schneiden“. CRISPR ermöglicht eine neue Ebene der präzisen Genmanipulation, wenn es mit dem Cas9-Protein verwendet wird. Forscher untersuchen, wie die Vielseitigkeit und das Potenzial dieser Technologie genutzt werden können, um genauere Diagnosewerkzeuge zu entwickeln.

CRISPR-Diagnosekontext

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ist eine Methode, die es Wissenschaftlern ermöglicht, Gene in Organismen wie Bakterien, Tieren und Menschen zu bearbeiten. Die Technologie funktioniert, indem Teile der DNA entfernt und durch neue, verbesserte Sequenzen ersetzt werden. Ziel dieser Methode ist es, mutierte Gene oder Erbkrankheiten zu korrigieren. CRISPR kann möglicherweise viele DNA-basierte Krankheiten wie Blutkrankheiten und Krebs heilen.

In einem 2017 von der Temple University und der University of Pittsburgh durchgeführten Experiment gelang es Forschern, HIV (Human Immunodeficiency Virus) in lebenden Mäusen erfolgreich zu eliminieren. Allerdings sind weitere Untersuchungen an Primaten erforderlich, bevor Forscher eine ähnliche Therapie am Menschen testen können. Trotz der zahlreichen Vorteile von CRISPR befürchten einige Wissenschaftler, dass einige Unternehmen das Tool zur Bearbeitung von Fortpflanzungszellen verwenden werden, was zu Designerbabys führen wird.

Abgesehen von der Gentherapie ist CRISPR in der Diagnostik sehr vielversprechend. Nukleinsäure-basierte Biomarker sind für die Diagnostik unerlässlich, da sie aus minimalen Mengen an DNA oder RNA amplifiziert werden können, was sie sehr spezifisch für die Erkennung von Krankheiten macht. Daher ist diese Art der Diagnostik der Goldstandard für viele Arten von Krankheiten, insbesondere solche, die durch Infektionen verursacht werden. Wie während der COVID-19-Pandemie beobachtet wurde, sind schnelle und präzise nukleinsäurebasierte Tests für eine effektive Viruskontrolle und -verwaltung von entscheidender Bedeutung. Der Nachweis von Nukleinsäure-Biomarkern ist auch für die Landwirtschaft und Ernährungssicherheit sowie für die Umweltüberwachung und die Identifizierung biologischer Kampfstoffe von entscheidender Bedeutung. 

Störende Wirkung

Im Jahr 2021 entwickelten Forscher der University of California in San Diego mithilfe von Molekulargenetik, Chemie und Gesundheitswissenschaften ein Schnelldiagnosetool zur Identifizierung von SARS-CoV-2, dem Coronavirus, das COVID-19 verursacht. Das neue SENSR-Tool (Sensitive Enzymatic Nucleic Acid Sequence Reporter) nutzt CRISPR, um Krankheitserreger durch die Identifizierung genetischer Sequenzen in ihrer DNA oder RNA zu erkennen. Während das Cas9-Enzym das primäre Protein war, das in CRISPR-Gentechnikstudien verwendet wurde, werden zunehmend auch andere Enzyme wie Cas12a und Cas13a für die Erstellung präziser medizinischer Tests eingesetzt.

SENSR ist das erste COVID-19-Diagnosetool, das das Cas13d-Enzym (auch bekannt als CasRx) verwendet. Die Testergebnisse des Tools können in weniger als einer Stunde generiert werden. Forscher glauben, dass CRISPR durch die Erforschung anderer Enzyme neue Möglichkeiten für die genetisch basierte Diagnostik eröffnen kann.

Wissenschaftler und Ärzte können CRISPR auch zur Diagnose nichtinfektiöser Krankheiten nutzen. Beispielsweise wurde die CRISPR-basierte Erkennung von mRNA verwendet, um eine akute Abstoßung von zellulären Nierentransplantaten zu erkennen. Bei dieser Methode wird nach mRNA-Präsenz in einer Urinprobe von jemandem gesucht, der gerade eine Nierentransplantation erhalten hat.

Die Forscher fanden heraus, dass der CRISPR-basierte Sensor eine Sensitivität von 93 Prozent und eine Spezifität von 76 Prozent aufwies. Das Tool wurde auch zur Diagnose von Brustkrebs und Hirntumoren eingesetzt. Darüber hinaus kann CRISPR durch Einzelnukleotidspezifität genetische Krankheiten wie Mutationen und Muskeldystrophie genau identifizieren.

Implikationen der CRISPR-Diagnostik

Weitere Auswirkungen der CRISPR-Diagnostik können sein: 

• Schnelldiagnostik für Infektionskrankheiten – eine Anwendung, die entscheidend sein könnte, um die Ausbreitung zukünftiger Pandemien und Epidemien zu verhindern.
• Genauere Diagnose seltener genetischer Erkrankungen, die die personalisierte Medizin voranbringen könnten.
• Künstliche Intelligenz (KI)-Systeme, die zur Erweiterung der CRISPR-basierten Analyse verwendet werden, was zu schnelleren Testergebnissen führen kann.
• Frühere Diagnose von Krebs, genetischen Mutationen und Transplantationsversagen.
• Mehr gemeinsame Forschung zwischen Biotech-, Pharmaunternehmen und Universitäten, um andere potenzielle Enzyme zu entdecken, die die CRISPR-basierte Diagnose voranbringen können.
• Verbesserter Zugang zu kostengünstigen Gentests für Verbraucher, was möglicherweise zu einer Demokratisierung der personalisierten Gesundheitsversorgung und der Früherkennung von Erbkrankheiten führt.
• Verbesserte staatliche Regulierungsrahmen für Gen-Editing-Technologien, die eine ethische Nutzung gewährleisten und gleichzeitig den wissenschaftlichen Fortschritt fördern.
• Der Fokus der Pharmaindustrie verlagert sich hin zu gezielten Gentherapien, was zu wirksameren Behandlungen mit weniger Nebenwirkungen führt.

Fragen zu berücksichtigen

• Was sind die anderen potenziellen Vorteile der Früherkennung genetischer Krankheiten?
• Wie können Regierungen CRISPR in ihren COVID-19-Managementstrategien einsetzen?