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CRISPR-Cas / CRISPR Cas9 [Ein Verfahren des Genom-editing] - [Biologie, Gentechnik, Oberstufe]
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In diesem Video wird es um die CRISPR-Cas-Technologie gehen, mithilfe derer sich spezifische Gene verändern oder inaktivieren lassen. Wenn man von CRISPR/CAS spricht, ist häufig die Rede von einer molekularen Genschere – das ist zwar eine eher umgangssprachliche Umschreibung, die aber durchaus Berechtigung hat, denn es drückt aus, was diese Technologie kann: schneiden. Damit erlaubt dieses Verfahren eine gezielte Manipulation des Erbgutes: Jedes einzelne Gen kann theoretisch auf fast beliebige Weise geschnitte und damit verändert werden – einzelne DNA-Nukleotide können ausgetauscht werden, Teile des Gens gelöscht oder um neue Basensequenzen ergänzt werden.
Ihr wisst, dass man unter Genen Abschnitte auf der DNA versteht, in denen die relevante Information für die Synthese eines Proteins verschlüsselt in einer ganz spezifischen Abfolge von DNA-Basen vorliegt – und diese Synthese erfolgt über den Prozess der Proteinbiosynthese.
Bereits an dieser Stelle kann man sich zurecht fragen, welchen Nutzen das Abschalten oder Verändern von bestimmten Genen haben soll – zumal die Proteine, für die die Gene codieren, meist eine bedeutende Funktion in einem Organismus erfüllen. Ein Anwendungspotenzial der CRISPR-Cas Technologie ist es, kausale Zusammenhänge in der biologischen Forschung zu erklären – beispielsweise die Funktion eines bestimmten Gens. Denn die Bedeutung eines Gens kann vor allem dann nachvollzogen werden, wenn es so verändert wird, dass es seine spezifische Funktion nicht mehr erfüllen kann. In der Biologie ist das ein äußerst bewährter Forschungsansatz: Erst, wenn man einen zu erforschenden Gegenstand manipuliert, fällt auf, welche Funktion von diesen eigentlich ausgeht. Aber auch in der Gentherapie sowie der Pflanzenzüchtung verspricht man sich revolutionäre Fortschritte, wie später noch ersichtlich.
Bei der CRISPR-Cas-Technologie macht man sich einen natürlich in der Natur vorkommenden Abwehrmechanismus von manchen Bakterien zunutze und ahmt diesen nach. Häufig assoziieren wir ein Bakterium als einen Krankheitserreger und entsprechend wenig präsent ist für uns die Vorstellung, dass natürlich auch Bakterien krank werden können. Bakterien können von Viren angegriffen werden – und um sich vor entsprechenden Angriffen durch Viren zu schützen, haben sie ausgeklügelte Mechanismen entwickelt – die Hälfte aller Bakterien nutzen den CRISPR-CAS-Mechanismus. Teile ihrer genomischen DNA (die Gesamtheit der DNA eines Organismus) stammen gar nicht von ihnen selbst – sondern von ihrem Wirt, dem Virus. Die in ihre DNA integrierten Sequenzen ihrer Feinde verleiht der Bakterienzelle eine Art „Gedächtnis“ – ein schlummerndes Gedächtnis, das dann aktiv wird, wenn man nochmal vom Feind angegriffen wird und welches die Bakterienzelle entsprechend warnt.
Schauen wir uns das mal ein wenig genauer an: Bereits in den 1980er Jahren erkannten Forscher den seltsamen Aufbau von DNA-Sequenzen im Erbgut der Bakterien aus kurzen palindromischen Sequenzen – Sequenzen, deren spezifische Basenabfolge sich in beide Richtungen der beiden DNA-Einzelstränge gleich lesen lässt -denkt beispielsweise an Palindrome wie Anna oder Otto, die auch rückwärts gelesen immer noch Anna und Otto sind. Entsprechend nannte man diese Sequenzen abgekürzt CRISPR – clustered regulary interspaced short palindromic repeats (gehäuft auftretende, regelmäßig unterbrochene, kurze Palindrom-Wiederholungen“.) Der Name verrät uns zudem eine zweite Eigenschaft der CRISPR-Sequenz: Die palindromischen Sequenzen werden unterbrochen – zwischen ihnen liegen ca. 24 Basenpaare lange Sequenzen, die als sogenannte Spacer bezeichnet werden – dabei handelt es sich um DNA-Überreste von früheren eingedrungenen Viren. Wenn ein Virus eine Bakterienzelle befällt, werden Teile seines Erbgutes in die CRISPR-Region des Bakteriengenoms als sogenannte spacer eingebaut. Der aus einem DNA-Fragment eines Virus bestehender Spacer ist also ein Beleg dafür, dass dieses Virus einmal die Bakterienzelle infiziert hat, diese aber nicht zerstört hat.
Der genaue Mechanismus des CRISPR-CAS erfährst du im Video - lasst gerne ein Abo da! :)
Ihr wisst, dass man unter Genen Abschnitte auf der DNA versteht, in denen die relevante Information für die Synthese eines Proteins verschlüsselt in einer ganz spezifischen Abfolge von DNA-Basen vorliegt – und diese Synthese erfolgt über den Prozess der Proteinbiosynthese.
Bereits an dieser Stelle kann man sich zurecht fragen, welchen Nutzen das Abschalten oder Verändern von bestimmten Genen haben soll – zumal die Proteine, für die die Gene codieren, meist eine bedeutende Funktion in einem Organismus erfüllen. Ein Anwendungspotenzial der CRISPR-Cas Technologie ist es, kausale Zusammenhänge in der biologischen Forschung zu erklären – beispielsweise die Funktion eines bestimmten Gens. Denn die Bedeutung eines Gens kann vor allem dann nachvollzogen werden, wenn es so verändert wird, dass es seine spezifische Funktion nicht mehr erfüllen kann. In der Biologie ist das ein äußerst bewährter Forschungsansatz: Erst, wenn man einen zu erforschenden Gegenstand manipuliert, fällt auf, welche Funktion von diesen eigentlich ausgeht. Aber auch in der Gentherapie sowie der Pflanzenzüchtung verspricht man sich revolutionäre Fortschritte, wie später noch ersichtlich.
Bei der CRISPR-Cas-Technologie macht man sich einen natürlich in der Natur vorkommenden Abwehrmechanismus von manchen Bakterien zunutze und ahmt diesen nach. Häufig assoziieren wir ein Bakterium als einen Krankheitserreger und entsprechend wenig präsent ist für uns die Vorstellung, dass natürlich auch Bakterien krank werden können. Bakterien können von Viren angegriffen werden – und um sich vor entsprechenden Angriffen durch Viren zu schützen, haben sie ausgeklügelte Mechanismen entwickelt – die Hälfte aller Bakterien nutzen den CRISPR-CAS-Mechanismus. Teile ihrer genomischen DNA (die Gesamtheit der DNA eines Organismus) stammen gar nicht von ihnen selbst – sondern von ihrem Wirt, dem Virus. Die in ihre DNA integrierten Sequenzen ihrer Feinde verleiht der Bakterienzelle eine Art „Gedächtnis“ – ein schlummerndes Gedächtnis, das dann aktiv wird, wenn man nochmal vom Feind angegriffen wird und welches die Bakterienzelle entsprechend warnt.
Schauen wir uns das mal ein wenig genauer an: Bereits in den 1980er Jahren erkannten Forscher den seltsamen Aufbau von DNA-Sequenzen im Erbgut der Bakterien aus kurzen palindromischen Sequenzen – Sequenzen, deren spezifische Basenabfolge sich in beide Richtungen der beiden DNA-Einzelstränge gleich lesen lässt -denkt beispielsweise an Palindrome wie Anna oder Otto, die auch rückwärts gelesen immer noch Anna und Otto sind. Entsprechend nannte man diese Sequenzen abgekürzt CRISPR – clustered regulary interspaced short palindromic repeats (gehäuft auftretende, regelmäßig unterbrochene, kurze Palindrom-Wiederholungen“.) Der Name verrät uns zudem eine zweite Eigenschaft der CRISPR-Sequenz: Die palindromischen Sequenzen werden unterbrochen – zwischen ihnen liegen ca. 24 Basenpaare lange Sequenzen, die als sogenannte Spacer bezeichnet werden – dabei handelt es sich um DNA-Überreste von früheren eingedrungenen Viren. Wenn ein Virus eine Bakterienzelle befällt, werden Teile seines Erbgutes in die CRISPR-Region des Bakteriengenoms als sogenannte spacer eingebaut. Der aus einem DNA-Fragment eines Virus bestehender Spacer ist also ein Beleg dafür, dass dieses Virus einmal die Bakterienzelle infiziert hat, diese aber nicht zerstört hat.
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