Rice University: CRISPR-Enzym im Labor 100-fach empfindlicher

Wissenschaftler nutzen CRISPR, das Werkzeug zur Genbearbeitung, seit Langem, um präzise Veränderungen an der DNA vorzunehmen. Sein Verwandter Cas13a arbeitet mit etwas anderem: RNA, dem genetischen Material, das Viren wie HIV in sich tragen. An der Rice University hat ein Team Cas13a nun im Labortest 100-mal empfindlicher gemacht, was das Erkennen dieser RNA angeht. Die Arbeit wurde von dem außerordentlichen Professor Yang Gao und dem Doktoranden Seye Oladeji geleitet; Oladeji ist Erstautor der Studie, die in Cell Chemical Biology erschienen ist.

Das Problem, das sie lösen wollten, ist in der Diagnostik altbekannt. Ein Nachweistest verwendet ein Enzym, das an einen Ziel-Strang der RNA bindet und dann ein Signal erzeugt, etwa einen Farbumschlag, den ein Mensch oder eine Maschine ablesen kann. Die meisten solcher Tests benötigen harsche Bedingungen, um dieses Signal zu erzeugen. Die Ausgangsversion von Cas13a des Teams konnte mit diesen Bedingungen umgehen, übersah aber sehr geringe Mengen des Ziels. Oladejis erklärtes Ideal ist ein Test, der bereits einen einzigen RNA-Strang pro Mikroliter nachweist, etwa einen Tropfen Blut. Das Ausgangsenzym war davon weit entfernt.

Der Lösungsansatz begann bei der Form des Proteins. Cas13a verändert seine Gestalt beim Binden an sein Ziel stark, weshalb sich seine Struktur nur schwer im Detail erfassen lässt. Oladeji entwickelte eine Methode, um das Enzym und sein RNA-Ziel lange genug ruhig zu halten, damit sich die Struktur auflösen ließ. Mit der Struktur in der Hand wählte das Team zwei mögliche Regionen aus und testete sie im Labor. Veränderte man beide, wurde das Enzym zu empfindlich und signalisierte auch ohne Ziel. Wurde nur eine verändert, stieg die Empfindlichkeit 100-fach, ohne Einbußen bei der Stabilität. Das so veränderte Enzym wurde anschließend mit einer synthetischen, nicht infektiösen HIV-Probe getestet, wo es dieselbe 100-fache Verbesserung zeigte.

Für die Diagnostik bedeutet das vor allem, dass sich das Ziel des Nachweises austauschen lässt. Das Enzym ist mit einer Leitsequenz gekoppelt, und diese lässt sich leicht umprogrammieren. Das Team erklärt, dasselbe Enzym ließe sich auf SARS-CoV-2, Influenza, Ebola, Zika, das respiratorische Synzytialvirus oder das Hepatitis-C-Virus ausrichten. Gao argumentiert, das Enzym selbst sei der entscheidende Teil, und die Version seines Teams sei „für empfindliche und stabile RNA-Nachweistests optimiert“, die potenziell in kommerziellen Tests wie RT-qPCR und Lateral-Flow-Tests eingesetzt werden könnte. Das sind unverbindliche Formulierungen; die Studie testet keine dieser Anwendungen. Die Forscher nennen keinen Zeitplan, und die bisherigen Ergebnisse stammen aus Laborproben, nicht von Patienten oder aus Feldversuchen. Für eine Klinik oder ein Wasserlabor ergäbe sich der praktische Nutzen erst, wenn das Enzym in ein kommerzielles Testkit eingebaut und an realen Proben geprüft ist.