Einzelne „Buchstaben“ der DNA können Wissenschaftler bereits gezielt verändern. Weit schwieriger ist es, gleich einen größeren Abschnitt eines Gens zu ersetzen – besonders ohne einen Doppelstrangbruch der DNA.
Eine neue Arbeit in der Zeitschrift Nature beschreibt die Prime assembly – eine Methode, die die Möglichkeiten des Prime Editing erweitert und es erlaubt, DNA-Fragmente von mehreren tausend Nukleotiden Länge in vorgegebene Abschnitte des Genoms einzubauen.
Das System erzeugt an den beiden DNA-Strängen kurze einzelsträngige 3′-„Schwänze“. Diese werden so gewählt, dass sie mit den Enden des Donor-Fragments übereinstimmen. Danach bauen zelluläre Mechanismen das Molekül selbst weiter auf und verbinden es.
Im Prinzip erinnert das an die Gibson-Assemblierung – eine Methode, um DNA-Fragmente im Reagenzglas zu verbinden. Nur findet hier eine derartige Assemblierung unmittelbar innerhalb einer lebenden Zelle statt.
In einem der Experimente arbeiteten die Forscher mit dem Gen TINF2, dessen Mutationen mit schweren Störungen der Telomererhaltung verbunden sind. Sie ersetzten einen Abschnitt von 106 Nukleotiden Länge und bewahrten dabei die Aminosäuresequenz des Proteins. In K562-Zellen erreichte die Effizienz der Editierung 33,1%.
Die Autoren zeigten außerdem die Integration von Donor-Sequenzen mit einer Größe von bis zu 12,1 Kilobasen sowie die Möglichkeit großer Umbauten eines bereits bestehenden Genoms bis hin zum Megabasen-Maßstab.
Besonders wichtig ist, dass die Prime assembly nicht nur in Labor-Zelllinien funktionierte, sondern auch in primären menschlichen CD34+ hämatopoetischen Zellen und T-Lymphozyten, einschließlich sich nicht teilender Zellen. Die Effizienz ist dort bislang deutlich niedriger, doch allein die Tatsache einer solchen Editierung erweitert das potenzielle Anwendungsgebiet der Methode.
Interessant ist auch die Idee einer Therapie, die nicht von der konkreten Mutation abhängt. Statt für jede Mutation ein eigenes Werkzeug zu schaffen, kann man versuchen, gleich einen ganzen problematischen Abschnitt eines Gens zu ersetzen oder umzuschreiben.
Das heißt, das Prinzip könnte sich ändern: eine Mutation → eine Korrektur für einen Genabschnitt → eine universelle Konstruktion.
Noch bleibt die Prime assembly eine experimentelle Technologie. Sie muss erst effizienter in therapeutisch wichtigen Zellen gemacht werden, und die Aufgabe der Verabreichung der Komponenten direkt in den Organismus ist noch zu lösen.
Doch die Konzeption selbst zeigt einen wichtigen Wandel in der Gentechnik: Die Genomeditierung geht allmählich vom Schneiden der DNA zu ihrer programmierbaren Assemblierung innerhalb der Zelle über.
