Vor einigen Jahren markierte die Einführung der CRISPR-Technologie einen großen Durchbruch in der Wissenschaft. CRISPR wird von einer Komponente des bakteriellen Immunsystems abgeleitet und ist in der Lage, doppelsträngige DNA präzise zu schneiden, was es Wissenschaftlern ermöglicht, spezifische Gene in Pflanzen, Tieren und Menschen zu verändern. Diese Präzision macht CRISPR zu einem führenden Werkzeug für die Entwicklung von Behandlungen für genetische und erworbene Krankheiten.
Die Arbeit zeigt den Spaltungsprozess verschiedener einzelsträngiger DNA-Sequenzen durch verschiedene bakterielle Homologe in der neuen Ssn-Enzymfamilie. Bildnachweis: Ella Maru Studio
Kürzlich haben Professor Frédéric Veyrier und sein Team am französischen Nationalen Institut für wissenschaftliche Forschung (INRS) ein neues genetisches Werkzeug entwickelt, das auf der Ssn-Enzymfamilie basiert. Im Gegensatz zu CRISPR zielt dieses Tool nur auf einzelne DNA-Stränge ab und schneidet sie, wodurch die Genbearbeitung auf ein neues Maß an Spezifität gehoben wird. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Dieser große Durchbruch enthüllt einen zentralen genetischen Mechanismus, der zahlreiche biotechnologische Anwendungen revolutionieren könnte.
Einzelsträngige DNA kommt seltener vor als doppelsträngige DNA. Es kommt häufig in bestimmten Viren vor und spielt eine Schlüsselrolle bei bestimmten biologischen Prozessen wie der Zellreplikation oder -reparatur. Einzelsträngige DNA wird auch in vielen Technologien eingesetzt (Sequenzierung, Genbearbeitung, molekulare Diagnostik, Nanotechnologie).
Bisher wurden keine Endonukleasen (Enzyme, die DNA schneiden) beschrieben, die speziell auf einzelsträngige DNA-Sequenzen abzielen, was ein Hindernis für die Entwicklung von Technologien auf Basis solcher DNA darstellt.
Jetzt hat das Team von Professor Veyrier im Labor erstmals eine Familie von Enzymen entdeckt, die in der Lage sind, bestimmte Sequenzen in einzelsträngiger DNA zu schneiden: die Ssn-Endonuklease-Familie.
Um dieses Ziel zu erreichen, identifizierte das Forschungsteam des INRS Armand-Frappilsant Biotechnology Research Center zunächst eine neue Familie von Endonukleasen namens Ssn in der GIY-YIG-Superfamilie. Konkreter konzentrierten sich die Forscher auf ein Enzym im Bakterium Neisseria meningitidis, auch Meningokokken genannt. Das in dieser Studie untersuchte Enzym ist entscheidend für den Austausch und die Veränderung von genetischem Material, das die Evolution von Organismen beeinflusst.
„Im Laufe unserer Forschung haben wir herausgefunden, dass es eine bestimmte Sequenz erkennt, die mehrfach in Bakteriengenomen vorkommt und eine Schlüsselrolle bei der natürlichen Transformation von Bakterien spielt. Diese Interaktion wirkt sich direkt auf die Dynamik von Bakteriengenomen aus“, erklärt Professor Veyrier, Experte für genomische Bakteriologie und Evolution.
Zusätzlich zu dieser grundlegenden Entdeckung haben Wissenschaftler des INRS Tausende anderer ähnlicher Enzyme entdeckt. „Wir haben gezeigt, dass sie in der Lage sind, ihre eigene einzelsträngige DNA-Sequenz zu erkennen und spezifisch zu spalten. Tausende von Enzymen verfügen also über diese Eigenschaft und jedes hat seine eigene Spezifität“, fügte Alex Rivera-Millot, Postdoktorand in der Gruppe von Professor Veyrier und Co-Erstautor der Studie, hinzu.
Diese Ergebnisse stellen ein neues Werkzeug zur DNA-Erkennung und zum DNA-Austausch dar und sind von großer Bedeutung. Sie ebnen den Weg für viele neue Anwendungen in Biologie und Medizin. Einerseits könnte das Verständnis dieses Mechanismus zu einer besseren Kontrolle relevanter Bakterien und der damit verbundenen Infektionen führen.
Andererseits hat die Entdeckung einzelsträngiger DNA-spezifischer Enzyme die Entwicklung präziserer und effizienterer Werkzeuge zur Genmanipulation ermöglicht. Dies könnte Methoden der Genbearbeitung, DNA-Tests und der molekularen Diagnostik verbessern. Diese Enzyme können auch zum DNA-Nachweis und zur DNA-Manipulation in einer Vielzahl medizinischer und industrieller Anwendungen verwendet werden, beispielsweise zum Nachweis von Krankheitserregern oder zur Genmanipulation für medizinische und therapeutische Zwecke.
Alle diese Wege sind vielversprechend für die Lösung vieler Gesundheitsprobleme. Derzeit sind die Ergebnisse dieser Forschung zum Patent angemeldet.
Zusammengestellt von /scitechdaily.com