Universität Stuttgart entwickelt innovatives Werkzeug für die Genforschung
Forschende der Universität Stuttgart haben ein neuartiges Verfahren vorgestellt, das die genetische Forschung revolutionieren könnte: CRISPRgenee. Die Methode baut auf der berühmten CRISPR/Cas9-Technologie auf, die 2020 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde, und macht sie noch präziser und leistungsfähiger. Das Ziel: Zellen und ihre komplexen Steuerungsmechanismen besser zu verstehen – und damit langfristig neue Ansätze für personalisierte Therapien zu entwickeln.
Warum das Verständnis von Zellen so entscheidend ist
Zellen sind die elementaren Bausteine des Lebens. Sie sorgen dafür, dass Energie bereitgestellt, Gewebe aufgebaut und Krankheitserreger abgewehrt werden. Gesteuert wird all das von unseren Genen, die wie Schalter wirken: Sie werden an- oder ausgeschaltet, um die richtigen Prozesse zur richtigen Zeit zu aktivieren.
„Meine Arbeitsgruppe erforscht, wie Zellen die Kontrolle über ihre Gene behalten und so einen gesunden Zellzustand etablieren und erhalten“, erklärt PD Dr. Phillip Rathert, Akademischer Rat und Gruppenleiter am Institut für Biochemie der Universität Stuttgart. Besonders im Fokus: Proteine, die an das Chromatin – die Verpackungsform der DNA – gebunden sind und dort die Aktivität von Genen regulieren.
Das Prinzip der Loss-of-Function-Analysen
Um diese komplexen Prozesse zu verstehen, schalten Rathert und sein Team gezielt einzelne Gene aus. Diese sogenannten Loss-of-Function (LOF)-Analysen ermöglichen Rückschlüsse darauf, welche Aufgabe ein Gen normalerweise erfüllt.
„Wenn wir beobachten, wie sich eine Zelle verändert, nachdem ein bestimmtes Gen nicht mehr aktiv ist, können wir besser verstehen, welche Rolle dieses Gen spielt“, so Rathert. Die Herausforderung: Manche Gene lassen sich mit herkömmlichen Methoden nur schwer ausschalten, was die Analysen erschwert.
CRISPRgenee: Mehr Präzision, mehr Möglichkeiten
Hier kommt die neue Stuttgarter Entwicklung ins Spiel. CRISPRgenee kombiniert zwei Mechanismen – das Ausschalten und das Zerschneiden von Zielgenen – in einer einzigen Zelle. Das macht das Verfahren besonders wirksam, vor allem bei schwer zu deaktivierenden Genen.
„Unsere Methode erlaubt es, nicht nur einzelne Gene gezielt und effizient auszuschalten, sondern auch die Wirkung von zwei Genen gleichzeitig zu untersuchen“, erklärt Jannis Stadager, Erstautor der Studie und Doktorand in der Arbeitsgruppe Rathert. „Das eröffnet uns eine neue Dimension an Genauigkeit und Geschwindigkeit in der Analyse von Zellfunktionen.“
Von der Grundlagenforschung bis zur Medizin
Die Bedeutung von CRISPRgenee geht weit über die Biochemie hinaus. Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung können entscheidend sein, um Krankheitsmechanismen besser zu verstehen – beispielsweise bei Krebs oder genetisch bedingten Stoffwechselstörungen.
„Unsere Arbeit liefert eine wichtige Basis für die medizinische Forschung. Sie kann helfen, neue Diagnosemethoden zu entwickeln oder die Grundlage für personalisierte Therapien zu schaffen“, sagt Rathert.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg
Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit weiteren Spitzenforschenden umgesetzt: Jun.-Prof. Franziska Traube vom Institut für Biochemie, Prof. Dr. Stefan Legewie vom Institut für Biomedizinische Genetik und Prof. Steven Johnsen vom Robert Bosch Centrum für Tumorerkrankungen waren maßgeblich beteiligt. Gemeinsam testeten sie CRISPRgenee in verschiedenen biologischen Systemen – von der Zellteilung über die epitheli-al-mesenchymale Transition bis hin zur neuronalen Differenzierung in humanen iPS-Zellen.
Diese breit angelegten Experimente belegen, dass CRISPRgenee robust, vielseitig und reproduzierbar ist – ein entscheidender Schritt, um es künftig noch breiter in der Forschung einzusetzen.