Neue Waffen gegen Infektionen
17.12.2019Er will die Genschere CRISPR besser verstehen und gezielt gegen Krankheitserreger einsetzen: Für seine Forschung hat der Würzburger Wissenschaftler Chase Beisel jetzt einen mit zwei Millionen Euro dotierten ERC Grant erhalten.
CRISPR ist zurzeit in aller Munde. Was sich so knusprig anhört, ist zwar nicht essbar, aber dafür eines der vielversprechendsten Werkzeuge der Gentechnologie. CRISPR steht für „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“. Diese kurzen DNA-Abschnitte im Genom von Bakterien sind benannt nach ihrem regelmäßigen Muster sich wiederholender und spiegelverkehrt angeordneter Sequenzen. Sie dienen Bakterien als effektives Viren-Abwehrsystem. Abschriften der CRISPR-DNA liegen in Form von RNA-Schnipseln in der Zelle vor.
Kommt es zu einem viralen Angriff, und ein Virus injiziert seine DNA in ein Bakterium, kommt die Abwehrmaschinerie in Gang: Ein Protein namens Cas9 wird auf den Plan gerufen und vergleicht die Sequenz der Fremd-DNA mit der von den CRISPR-RNA-Schnipseln. Findet sich ein passendes Gegenstück, zerschneidet Cas9 die fremde Virus-DNA und macht den Angreifer somit unschädlich.
Das CRISPR-Cas9-System wird daher auch als Genschere bezeichnet und mittlerweile gentechnologisch genutzt. So können mithilfe im Labor designter CRISPR-Genscheren gezielt DNA-Sequenzen geschnitten und verändert werden, etwa für die Entwicklung verbesserter Nutzpflanzen oder Therapeutika, zur Herstellung industriell genutzter Mikroorganismen, sowie in menschlichen Zellen zur Heilung genetischer Erkrankungen.
Suche nach den Schlüsselgenen
Die biologischen Grundlagen von CRISPR besser verstehen und dann gezielt gegen Krankheitserreger einsetzen: Das ist das Ziel der Forschung von Professor Chase Beisel. Für sein Forschungsprojekt „CRISPR Combo“ hat Beisel jetzt vom Europäischen Forschungsrat ERC einen mit zwei Millionen Euro dotierten Consolidator Grant erhalten. Damit kann er in den kommenden fünf Jahren nach Kombinationen relevanter Schlüsselgene von Krankheitserregern fahnden, um diese künftig mithilfe passgenau designter CRISPR-Genscheren gezielt unschädlich zu machen.
Chase Beisel leitet die Arbeitsgruppe „Biologie synthetischer RNA“ am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg, einem Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.
Ein unglaublich mächtiges Werkzeug
Vor rund neun Jahren hat sich der US-amerikanische Chemieingenieur Chase Beisel der CRISPR-Forschung verschrieben. „Wir haben es hier mit einem unglaublich mächtigen gentechnologischen Werkzeug zu tun“, sagt Beisel. „Um seine Möglichkeiten künftig voll und sicher ausschöpfen zu können, ist es wichtig, dass wir die grundlegenden biologischen Zusammenhänge von CRISPR-Komplexen in Bakterien noch besser verstehen.“
Das bakterielle Immunsystem kann nämlich offenbar dazulernen und sich gegen weitere Angreifer wappnen, indem Teile fremder DNA kurzerhand ins eigene Genom integriert werden. CRISPR-Komplexe kodieren die Erinnerung früherer Infektionen und ermöglichen es, mehrere Eindringlinge gleichzeitig zu attackieren. Wie genau diese erweiterten CRISPR-Komplexe entstehen, nach welchen Kriterien die neuen Sequenzen ausgewählt und welche Schlüsselgene des Angreifers so außer Gefecht gesetzt werden, ist bislang noch nicht gänzlich verstanden.
Angriffspunkte in Bakterien identifizieren
Genau hier möchte Beisel mit seinem aktuellen Forschungsprojekt „CRISPR Combo“ ansetzen und die noch offenen Fragen beantworten. „Neben der Erforschung der biologischen Grundlagen von CRISPR-Komplexen in Bakterien möchten wir noch einen Schritt weiter gehen in Richtung einer gentechnologischen Anwendung von CRISPR im Kampf gegen gefährliche und multiresistente Krankheitserreger“, sagt Beisel. „Dafür werden wir Screenings mit unterschiedlich designten CRISPR-Komplexen durchführen, um herauszufinden, welche Kombinationen von Genen sichere Angriffspunkte sind, um bestimmte Krankheitserreger gezielt auszuschalten und eine Infektion behandeln zu können.“
Im Jahr 2018 wechselte Beisel vom Department of Chemical and Biomolecular Engineering an der North Carolina State University in Raleigh (USA) ans HIRI in Würzburg und leitet dort seit nunmehr zwei Jahren die Forschungsgruppe „Biologie synthetischer RNA“. Sein zwölfköpfiges Team besteht aus Postdocs, Doktoranden, Technikern und Studierenden. „Mit den Fördergeldern des ERC kann ich unser Team sicherlich um vier Mitglieder erweitern – das ist wirklich toll“, sagt Beisel. „Der ERC Grant ist für mich persönlich ein wichtiger Meilenstein. Den Sprung nach Deutschland ans HIRI zu wagen, war goldrichtig. Ich freue mich sehr über diese Förderung. Sie ermöglicht es mir, mich mit meiner Forschungsarbeit einem Thema zu widmen, das mich fasziniert und dabei gleichzeitig einen hohen Mehrwert für die Gesellschaft bringt.“
Gratulation des Unipräsidenten
Gratulation kommt von Universitätspräsident Alfred Forchel: „Das HIRI ist eine hochkarätige Erweiterung und ein sehr wichtiger Baustein für die Stärkung des außeruniversitären Umfelds der JMU. Wir freuen uns sehr, dass die Spitzenforschung am HIRI durch den Grant des ERC weiter intensiviert werden kann“.
ERC Consolidator Grant
Der ERC Consolidator Grant fördert vielversprechende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu Beginn ihrer unabhängigen Karriere. Mit dem Geld sollen sie dazu in die Lage gesetzt werden, eine eigene Arbeitsgruppe aufzubauen und zu stärken.
Das Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung
Das Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) wurde im Mai 2017 als gemeinsame Einrichtung des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) gegründet. Mit Sitz auf dem Campus des Würzburger Uniklinikums widmet sich das HIRI als weltweit erstes Institut seiner Art der Rolle von Ribonukleinsäuren (RNAs) in Infektionsprozessen. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden in einem integrativen Forschungsansatz neue Therapieansätze entwickelt und diese durch Entwicklung pharmazeutischer Anwendungsformen klinisch anwendbar gemacht.
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. Das HZI ist Mitglied im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF).
Weblinks
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung
