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Erforschung der biologischen Grundlagen von CRISPR zum besseren Verständnis und zur Behandlung von Infektionen

ERC Consolidator Grant für HIRI Forscher Chase Beisel

Für sein Forschungsprojekt "CRISPR Combo" erhält Prof. Chase Beisel ein Fünf-Jahres-Förderung in Höhe von zwei Millionen Euro. Er will nach Kombinationen relevanter Schlüsselgene von Krankheitserregern suchen, um diese in Zukunft mit Hilfe einer maßgeschneiderten CRISPR-Genschere gezielt eliminieren zu können. Chase Beisel leitet die Forschungsgruppe "Biologie synthetischer RNA" am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg, einem Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig, das in Zusammenarbeit mit der Julius-Maximilians-Universität Würzburg betrieben wird. Mit den Consolidator Grants fördert der Europäische Forschungsrat (ERC) die Forschung des wissenschaftlichen Nachwuchses in Europa.

CRISPR ist derzeit in aller Munde. Es klingt zwar etwas knusprig und lecker, ist aber in Wirklichkeit ungenießbar - tatsächlich ist es eines der vielversprechendsten Werkzeuge der Gentechnik. CRISPR steht für "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats". Diese kurzen DNA-Abschnitte im Genom von Bakterien sind nach ihrem regelmäßigen Muster aus sich wiederholenden und gespiegelten Sequenzen benannt. Sie wirken als effektive Virusabwehr für Bakterien. Kopien der CRISPR-DNA liegen in Form von RNA-Fragmenten in der Zelle vor. Im Falle eines Virusangriffs, bei dem ein Virus seine DNA in ein Bakterium injiziert, wird der Abwehrmechanismus ausgelöst: Die Proteine, zu denen auch Cas9 gehört, werden aktiv und vergleichen die Sequenz der Fremd-DNA mit der der CRISPR-RNA-Fragmente. Findet es ein passendes Gegenstück, schneidet Cas9 die fremde Virus-DNA und macht so den Eindringling unschädlich. Das CRISPR-Cas9-System wird daher auch als genetische Schere bezeichnet und zur der Genom-Editierung eingesetzt. Mit der maßgeschneiderten CRISPR-Maschinerie können DNA-Sequenzen im Labor gezielt geschnitten und modifiziert werden, zum Beispiel für die Entwicklung verbesserter Nutzpflanzen oder Medikamente, für die Herstellung industriell genutzter Mikroorganismen und in menschlichen Zellen zur Behandlung genetischer Krankheiten.

Der amerikanische Chemieingenieur Chase Beisel widmet sich seit rund neun Jahren der CRISPR-Forschung. "Wir verfügen über ein unglaublich leistungsfähiges gentechnisches Werkzeug", sagt Beisel. "Um sein Potenzial in Zukunft umfassend und sicher nutzen zu können, ist es wichtig, dass wir die grundlegenden biologischen Zusammenhänge der CRISPR-Komplexe in Bakterien besser verstehen. Das bakterielle Immunsystem kann offensichtlich lernen und sich gegen neue Angreifer wappnen, indem es Teile der fremden DNA schnell in das eigene Genom integriert. CRISPR-Arrays kodieren die Erinnerung an frühere Infektionen und ermöglichen es, mehrere Eindringlinge gleichzeitig anzugreifen. Wie genau diese fortgeschrittenen CRISPR-Komplexe entstehen, nach welchen Kriterien neue Sequenzen ausgewählt werden und welche Schlüsselgene des Angreifers dadurch unwirksam gemacht werden, ist noch nicht vollständig verstanden. Genau hier setzt Beisels aktuelles Forschungsprojekt "CRISPR Combo" an, das sich mit diesen offenen Fragen beschäftigt. "Neben der Erforschung der biologischen Grundlagen von CRISPR-Arrays in Bakterien möchten wir auch einen Schritt weiter in Richtung einer genetischen Anwendung von CRISPR-Arrays gehen", so Beisel. "Dazu werden wir speziell entwickelte CRISPR-Arrays verwenden, um mehrere Gene in Krankheitserregern gleichzeitig anzugreifen. So können wir die effektivsten Kombinationen identifizieren und neue Zielmoleküle für Medikamente ermitteln".

Im Jahr 2018 wechselte Beisel von der Abteilung für Chemische und Biomolekulare Technik der North Carolina State University in Raleigh (USA) an das HIRI in Würzburg, wo er seit zwei Jahren die Forschungsgruppe "Biologie synthetischer RNA" leitet. Sein zwölfköpfiges Team besteht aus Postdocs, Doktoranden, Technikern und Studenten. "Die Finanzierung durch den ERC ermöglicht es mir, das Team um vier Mitglieder zu erweitern - das ist wirklich fantastisch", sagt Beisel. "Der ERC-Grant ist für mich persönlich ein wichtiger Meilenstein. Den Sprung nach Deutschland zu machen, um dem HIRI beizutreten, war absolut die richtige Entscheidung, und ich freue mich über diese Finanzierung. Sie ermöglicht es mir, meine Forschung einem Thema zu widmen, das mich fasziniert und gleichzeitig einen erheblichen Nutzen für die Gesellschaft als Ganzes bietet.

ERC-Consolidator Grant:
Der ERC Consolidator Grant finanziert vielversprechende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Beginn ihrer eigenständigen Karriere. Die Förderung ermöglicht den Aufbau und die Stärkung eigener Forschungsgruppen.
https://erc.europa.eu/funding/consolidator-grantshttps://www.eubuero.de/erc-consolidator-grants_en.htm

Autorin: Nicole Silbermann

 

Prof. Chase Beisel © Mario Schmitt

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