CRISPR-Cas-Systeme, auch geläufig als Genschere, funktionieren nur, wenn sich neben der gewünschten Schnittstelle eine bestimmte DNA-Abfolge befindet, die sogenannte PAM-Sequenz. Diese Markierung dient den Cas-Enzymen als Orientierungspunkt, ohne den sie die zu schneidende Stelle im Erbgut nicht finden können. Das hat zur Folge, dass sich nicht jeder Teil des Genoms gleich leicht bearbeiten lässt und viele krankheitsverursachende Mutationen nicht gezielt bekämpft werden können.
Eine Lösung dafür könnte in der Vergangenheit der Genschere liegen: Im Laufe der Evolution wurden Cas-Enzyme für spezifische bakterielle Bedürfnisse optimiert, dabei allerdings auch in ihrer Funktion eingeschränkt. Ihre urzeitlichen Vorfahren waren möglicherweise vielseitiger und konnten somit mehr DNA-Ziele erkennen.
Genau diese in Vergessenheit geratenen Funktionen will Chase Beisel für die Biotechnologie nutzbar machen: „Man kann sich das als eine Kombination aus archäologischer Ausgrabung und Technologieentwicklung vorstellen. Wir graben die genetische Vergangenheit aus, um die medizinische Zukunft zu gestalten.” Der affiliierte Abteilungsleiter am HIRI, einem Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universität (JMU) in Würzburg, erhält dafür einen Synergy Grant in Höhe von zehn Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat (ERC, von engl. European Research Council). Mit Beisels Wechsel zum Botnar Institute of Immune Engineering (BIIE) in Basel, Schweiz, im Jahr 2025 wird das Projekt in ein Institut integriert, das sich der Umsetzung von Forschungsergebnissen im Bereich der Immuntechnik in Lösungen für die globale Gesundheit von Kindern und Jugendlichen widmet – eine Mission, die sich mit den Zielen von RGNcestry deckt. Neben Beisel gehören auch Samuel Sternberg (Columbia University, USA), Raúl Pérez-Jiménez (CIC bioGUNE, Spanien) und Israel S. Fernández (Biofisika Institute, Spanien) zum Projektteam.
Beisel und Pérez-Jiménez hatten bereits zwei bis drei Milliarden Jahre alte CRISPR-Proteine rekonstruiert. Dabei entdeckten sie, dass diese bemerkenswerte Eigenschaften aufweisen, die sich von denen ihrer modernen Nachfolger unterscheiden. Dazu gehört unter anderem die Fähigkeit, ein breites Spektrum von DNA-Zielen zu erkennen oder andere Nukleinsäuren bei Aktivierung zu spalten.
Solche Funktionen werfen nicht nur Fragen zur frühen Evolution des Lebens auf, sondern eröffnen auch neue Möglichkeiten für maßgeschneiderte biotechnologische Anwendungen. Langfristig könnten diese Technologien Therapien für genetische Erkrankungen ermöglichen, die mit der heutigen CRISPR-Technik noch nicht behandelbar sind. Ebenso denkbar sind robuste Diagnosewerkzeuge, die weltweit und in ressourcenarmen Regionen eingesetzt werden können.
Vom HIRI ans BIIE
Der ERC Synergy Grant wurde vom HIRI eingeworben, wo Chase Beisel als Abteilungsleiter die Anwendung entwickelte. Nach Beisels Ernennung zum Fakultätsmitglied am Botnar Institute of Immune Engineering (BIIE) wird die Förderung an das BIIE übertragen. In den nächsten sechs Jahren wird sie dort genutzt, um die Expertise des BIIE in der translationalen Forschung und seine hochmodernen Einrichtungen für die Entwicklung der nächsten Generation von Gen-Editierungs- und Diagnosetools zu nutzen. Die institutionelle Übertragung wird in Abstimmung mit dem ERC koordiniert, wobei das BIIE als Gastgeberinstitution diese internationale Zusammenarbeit leiten wird.
