CRISPR war in den letzten Jahren überall in den Nachrichten, und das mit gutem Grund. Dieses Genbearbeitungswerkzeug macht die Genbearbeitung einfacher und schneller als je zuvor, und die Möglichkeiten, die es eröffnet hat, gehen weit über die menschliche Gesundheit hinaus.
Sie haben vielleicht von dem enormen Potenzial gehört, das CRISPR bei der Behandlung von Krankheiten haben könnte. Die Technologie beschleunigt bereits die Erforschung der zugrunde liegenden Ursachen für alle Arten von menschlichen Zuständen. Darüber hinaus laufen klinische Studien mit dem Gen-Editing-Tool zur Behandlung von Krankheiten von Krebs über Blindheit bis hin zu AIDS.
Die medizinischen Anwendungen von CRISPR sind ins Rampenlicht gerückt, insbesondere nach der heftigen Kritik, die aufkam, nachdem ein chinesischer Wissenschaftler der Welt die Geburt von ‚CRISPR-Zwillingen‘ enthüllt hatte, den ersten Menschen, die aus einem genetisch veränderten Embryo geboren wurden. Aber die Technologie bietet endlose (und weniger moralisch fragwürdige) Möglichkeiten, die über ihre Anwendungen in der menschlichen Gesundheit hinausgehen.
Im Gespräch mit mehreren Akteuren in der CRISPR-Arena habe ich eine Liste ungewöhnlicher Anwendungen von CRISPR zusammengestellt, die deutlich zeigen, welches Potenzial die Gen-Editing-Technologie für viele verschiedene Branchen hat.
Tierzucht
Tierhalter sind immer daran interessiert, die neuesten Technologien zu nutzen, um ihren Haustieren zu helfen. Genetische Testdienste, um die Gesundheit und Rasse von Katzen und Hunden zu testen, haben in den letzten Jahren stark zugenommen, und die CRISPR-Technologie könnte bald folgen.
Das Gen-Editing-Tool wurde vorgeschlagen, um die genetischen Krankheiten zu entfernen, die bei reinrassigen Hunden im Überfluss vorhanden sind. Ein gutes Beispiel sind Dalmatiner, die oft eine genetische Mutation tragen, die sie anfällig für Blasensteine macht. Ein Hundezüchter in den USA hat einen Plan ausgearbeitet, um Dalmatiner zu reparieren, obwohl die Tiere eine FDA-Überprüfung durchlaufen müssen, bevor sie verkauft werden können.
Andere Projekte, die CRISPR für die Haustierzucht verwenden, umfassen die Schaffung von Miniaturschweinen und Koi-Karpfen mit benutzerdefinierten Größen, Farben und Mustern.
Allergiefreie Lebensmittel
Nahrungsmittelallergien betreffen einen großen Prozentsatz der Bevölkerung und können in einigen Fällen lebensbedrohlich sein. Mit CRISPR könnte es möglich sein, Milch, Eier oder Erdnüsse herzustellen, die für jedermann unbedenklich sind. „Es gibt vier Proteine im Eiweiß, die Allergien auslösen“, erklärte Tim Doran, Forscher am australischen CSIRO, in einem Podcast. „Wir schreiben im Wesentlichen die Regionen des Gens um, die vom Immunsystem erkannt werden und eine allergische Reaktion auslösen.“
Dorans eigene Tochter ist allergisch gegen Eier. „Zeig mir ein Kind, das an seinem Geburtstag keinen Geburtstagskuchen haben möchte. Das wäre das Ziel – eine schöne große Geburtstagstorte, die sie haben könnte, die ziemlich gut schmeckt.“
Eine andere Forschungsgruppe in den Niederlanden verwendet CRISPR-Cas9, um die DNA von Weizen zu modifizieren, um Gluten zu entfernen und es für Zöliakiekranke geeignet zu machen. Die strenge Regulierung der EU für die Verwendung von CRISPR-Gen-Editing in Pflanzen könnte es jedoch schwierig machen, dass dieses Projekt zumindest in Europa das Licht der Welt erblickt.
Tonbandgeräte für Kinder‘
Wissenschaftler in Harvard haben mit CRISPR ein molekulares Werkzeug namens CAMERA entwickelt — kurz für CRISPR-mediated analogue multi-event recording apparatus. Das Tool zeichnet Ereignisse während der Lebensdauer einer Zelle auf, z. B. die Exposition gegenüber Antibiotika, Nährstoffen, Viren und Licht.
Um dies zu erreichen, wurde CRISPR in Zellen programmiert, so dass eine spezifische DNA-Bearbeitung nur in Gegenwart des Signals vorgenommen wurde. Durch Zählen der Bearbeitungsrate können sie sogar die Dauer und Stärke des Triggers bestimmen. Das System arbeitet sowohl in bakteriellen als auch in menschlichen Zellen und es ist möglich, mehrere Arten von Signalen gleichzeitig aufzuzeichnen.
Langfristig könnten diese Entwicklungen Wissenschaftlern helfen, Umweltschadstoffe im Feld zu erkennen oder die Signale zu verfolgen, die bestimmen, ob Stammzellen zu Neuronen, Muskelzellen oder einem anderen Zelltyp heranwachsen.
Koffeinfreie Kaffeebohnen
Ein britisches Unternehmen namens Tropic Biosciences hat eine genetisch veränderte Sorte von Kaffeebohnen entwickelt, die auf natürliche Weise entkoffeiniert sind. Mit CRISPR konnte das Unternehmen die Gene ausschalten, die die Bohnen dazu bringen, Koffein zu produzieren.
Diese Sorte könnte sich positiv auf den Geschmack, die Ernährung und die Kosten von entkoffeiniertem Kaffee auswirken. Gegenwärtig erfordert die Herstellung von entkoffeiniertem Kaffee einen kostspieligen und aggressiven Prozess, bei dem die Bohnen eingeweicht und gedämpft werden.
„Wenn Sie die Bohnen ohne Koffein oder mit einer geringeren Menge Koffein anbauen, können Sie ein Endprodukt erzielen, das dem normalen Kaffee viel näher kommt, und Sie können einen größeren Gehalt an sehr gesunden Verbindungen aufrechterhalten, die natürlich im Kaffee vorkommen“, sagte CEO Gilad Gershon in einem Interview.
Grünere Kraftstoffe
Gen-Editing könnte die Produktion von Biokraftstoffen durch Algen verbessern. Mit CRISPR-Cas9 hat das Unternehmen Synthetic Genomics Algenstämme geschaffen, die doppelt so viel Fett produzieren, das dann zur Herstellung von Biodiesel verwendet wird. Insbesondere das Gen-Editing-Tool ermöglichte es Wissenschaftlern, Gene zu finden und zu entfernen, die die Produktion von Fetten einschränken.
Bisher produzierten Algen nicht genügend Fett, um die Produktion von Biodiesel wirtschaftlich rentabel zu machen. Mit dieser Modifikation ist ihre Effizienz bei der Umwandlung von CO2 in Biokraftstoff viel höher. Das Unternehmen arbeitet nun mit dem Ölkonzern ExxonMobil zusammen, um das Ziel zu erreichen, bis 2025 10.000 Barrel Algen-Biokraftstoff pro Tag zu produzieren.
Würzige Tomaten
Wissenschaftler in Brasilien und Irland verwenden CRISPR, um die erste Tomate herzustellen, die von Natur aus scharf ist. Es stellt sich heraus, dass die Tomate bereits viele der Gene trägt, um Capsaicin zu produzieren, die Verbindung, die Chilischoten würzig macht. Mit Optimierungen von CRISPR könnten die Forscher ihnen die fehlenden Gene geben, um sie würzig zu machen.
Chilischoten sind schwer zu züchten. Sie erfordern sehr spezifische Bedingungen, produzieren inkonsistente Hitze und haben einen viel geringeren Ertrag als Tomaten. Dank CRISPR wäre es einfacher, das würzige Capsaicin durch Anbau in Tomaten zu erhalten. Die Forscher haben bereits eine erste Hybride aus Tomate und Chili entwickelt, und schon bald könnten wir sie für die Herstellung von würziger Salsa verwenden.
Ausrottung von Schädlingen
CRISPR könnte uns helfen, die Anzahl der Tierarten zu kontrollieren, die Infektionskrankheiten übertragen oder die in einem bestimmten Ökosystem invasiv sind. Die Gen-Editing-Technologie kann verwendet werden, um ‚Gene Drives‘ zu erstellen, die sicherstellen, dass eine genetische Veränderung von allen Nachkommen vererbt wird und sich über mehrere Generationen in einer Tierpopulation ausbreitet.
Letztes Jahr haben Forscher am Imperial College London, Großbritannien, bewiesen, dass diese Technologie gegen die Mückenart eingesetzt werden kann, die für die Ausbreitung von Malaria verantwortlich ist. Sie führten ein Gen ein, das, wenn ihre beiden Eltern es tragen, Frauen daran hindert, Eier zu legen. In einer Studie mit Käfigmücken wurde die Population bereits 7 Generationen nach Einführung des Gene Drive ausgelöscht.
Forscher auf der ganzen Welt planen nun zu testen, ob ein ähnlicher Ansatz dazu dienen könnte, invasive Ratten zu bekämpfen, die das Ökosystem von Inseln mit gefährdeten Arten verwüsten — und sogar den Schaden von Wildkatzen in Australien zu begrenzen. Es gibt jedoch Kontroversen darüber, ob die Verwendung von Gene Drives ethisch vertretbar ist und ob sie verboten werden sollten.
Schnellere Rennpferde
Die argentinische Firma Kheiron-Biotech bearbeitet das Genom von Rennpferden, um Rassen herzustellen, die schneller, stärker und besser springen können. Dank CRISPR konnten Forscher des Unternehmens das Gen modifizieren, das für Myostatin kodiert, ein Protein, das für das Muskelwachstum entscheidend ist. Sie haben gesunde Embryonen produziert und erwarten, dass in diesem Jahr die ersten Pferde geboren werden.
Im Jahr 2013 hob die International Federation for Equestrian Sports ein Verbot auf, das geklonte Pferde daran hinderte, an internationalen Wettbewerben teilzunehmen. Seitdem haben geklonte Pferde an Sportarten wie Polo teilgenommen und gewonnen, und mit der Genbearbeitung erwarten einige, dass sie in Zukunft an den Olympischen Spielen teilnehmen werden.
Nahrhafterer Fisch
Gentechnisch veränderter Lachs, der doppelt so schnell wächst wie normaler Lachs, wird in Kanada bereits produziert. Mit dem Aufkommen der CRISPR-Genbearbeitung könnten Wissenschaftler noch weiter gehen. Eine Forschungsgruppe in Norwegen hat CRISPR-Cas9 verwendet, um sterilen Lachs herzustellen, wodurch er besser wächst und weniger anfällig für Krankheiten ist. Es stoppt auch die Zucht des Lachses, wenn es ihm gelingt, den Aquakulturanlagen zu entkommen.
Die Forscher untersuchen nun Merkmale, die mit CRISPR verbessert werden könnten. „Wir sind daran interessiert, die Genetik für ein besseres Wohlergehen der Fische zu verbessern, einschließlich der Krankheitsresistenz“, sagte Anna Wargelius, Leiterin der Forschungsgruppe. In Zukunft könnte die Technik auch verwendet werden, um den Omega-3-Gehalt des Fisches zu erhöhen, um ihn gesünder und nahrhafter zu machen.
Aussterben
Obwohl der Begriff klingt, als käme er aus einem Science-Fiction-Roman, ist er es nicht. Wissenschaftler arbeiten bereits daran, ausgestorbene Tiere zurückzubringen. Der erste Kandidat ist die Passagiertaube, einst ein Bewohner nordamerikanischer Wälder.
Mithilfe der CRISPR-Technologie planen Forscher, Gene von den Passagiertauben in ihren heutigen Verwandten — die Bandschwanztaube – einzuführen. Die Hybriden werden über mehrere Generationen hinweg gezüchtet, bis die DNA der Nachkommen mit der der ausgestorbenen Arten übereinstimmt. Die erste Generation der wiederbelebten Tauben wird voraussichtlich 2022 schlüpfen.
Nicht lange danach konnten Mammuts folgen. Eine Gruppe in Harvard arbeitet nun daran, das vor Tausenden von Jahren ausgestorbene Wollmammut zurückzubringen.
Titelillustration von Elena Resko. Bilder über . Dieser Artikel wurde ursprünglich im März 2019 veröffentlicht und seitdem aktualisiert, um Änderungen in diesem Bereich widerzuspiegeln.