Gentechnische Anwendung von CRISPR-Cas9

Der Französin Emmanuelle Charpentier und der US-Amerikanerin Jennifer A. Doudna ist es gelungen, das bakterielle Virenabwehrsystem CRISPR-Cas9 zu einem wirksamen gentechnischen Präzisionswerkzeug umzufunktionieren. Heute ist die Technologie aus den Laboren der Welt nicht mehr wegzudenken. Im Internet werden von Biotechnologiefirmen mittlerweile zahlreiche Unterstützungsmöglichkeiten für die Anwendung in der Praxis angeboten. Die Links zu den Websites der (fiktiven) Firmen World of CRISPR Technologies und Genetic Solutions zeigen Ihnen exemplarisch, welche Angebote bereits existieren.

Abbildung 1 zeigt die Vorgehensweise beim Einbringen einer gezielten Mutation in die DNA einer Zelle unter Verwendung von CRISPR-Cas9 und dem Verfahren der homologen Rekombination.

Exkurs: Informationen zur homologen Rekombination

Bei der homologen Rekombination handelt es sich um einen natürlichen Reparaturmechanismus der Zelle bei DNA-Doppelstrangbrüchen, bei dem in einem der Replikation ähnelnden Prozess das Schwesterchromosom zur Reparatur des Schadens verwendet wird. Diesen Mechanismus macht man sich in der Gentechnik zunutze. Abbildung 2 zeigt stark vereinfacht und schematisiert die Reparatur eines DNA-Doppelstrangbruchs durch homologe Rekombination, Abbildung 3 die gentechnische Anwendung des Prozesses.

Aufgaben

  1. Nennen Sie unter Verwendung von Abbildung 1 und der fiktiven Websites die notwendigen Arbeitsschritte eines Molekulargenetikers in Vorbereitung und Durchführung der gezielten genetischen Veränderung eines DNA-Abschnitts in isolierten Zellen.
  2. Beschreiben und erklären Sie unter Verwendung der Abbildungen 1 und 3 die Vorgänge, die in den behandelten Zellen zur genetischen Veränderung der DNA führen.