Genom-Editierung mit CRISPR-Cas9: finden, schneiden, reparieren
BiologieBiotechnologieAlter 17–18
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Als Nächstes in Biotechnologie
Ein Modell der Genom-Editierung, gezeichnet wie im Schulbuch. Laden Sie eine von vier Guide-RNAs in Cas9 und sehen Sie zu, wie Cas9 eine erfundene DNA absucht: Es öffnet die DNA nur neben einer PAM-Sequenz und schneidet beide Stränge dort, wo die Guide-RNA vollständig paart. Testen Sie jede Guide-RNA in 100 Zellen, um Off-Target-Schnitte zu finden. Verfolgen Sie dann, wie die Zelle den Schnitt repariert: NHEJ verknüpft die Enden und schaltet das Gen oft durch eine Leserasterverschiebung aus, HDR kopiert eine Reparaturvorlage und kann eine falsche Base korrigieren. Ein dritter Reiter behandelt Anwendungen und Ethik: die 2023 zugelassene Therapie der Sichelzellanämie, editierte Nutzpflanzen, Forschungsmodelle, somatische und Keimbahn-Editierung und die 2018 geborenen editierten Babys.
Lektion: Genom-Editierung mit CRISPR-Cas9: Guide-RNA, PAM, Doppelstrangschnitt, Reparatur durch NHEJ und HDR, Gen-Knockout, Anwendungen und Ethik
Was sie zeigt
Mit CRISPR-Cas9 lässt sich DNA an genau einer gewählten Stelle schneiden. Eine Guide-RNA trägt eine Sequenz, die mit der Ziel-DNA paart, und Cas9 schneidet beide Stränge nur dort, wo das Ziel neben einer kurzen Sequenz namens PAM liegt. Danach repariert die Zelle den Schnitt. Das direkte Verknüpfen der Enden (NHEJ) fügt oft einige Basen ein oder entfernt sie und schaltet das Gen aus; das Kopieren einer bereitgestellten Vorlage (HDR) kann eine Korrektur einbauen. Das Modell nutzt erfundene DNA als farbige Blöcke, eine Guide-RNA aus 10 statt etwa 20 Basen und veranschaulichende Schnitt- und Reparaturraten.
So funktioniert es
Wählen Sie unter 1. Finden und schneiden die Guide-RNA in Cas9 und klicken Sie auf Start, um Cas9 beim Prüfen jeder PAM-Stelle zuzusehen; tippen Sie auf eine Stelle, um sie zu vergrößern. In 100 Zellen testen notiert die Schnitte in Gen X und Gen Y. Wählen Sie unter 2. Reparieren das Gen in den Zellen, setzen Sie bei Bedarf Reparaturvorlage hinzufügen und klicken Sie auf Start für eine Zelle oder auf 100 Zellen reparieren. Wählen Sie unter 3. Anwendungen und Ethik Editierte Zellen und ein Beispiel.
Einstellbare Parameter
- Ansicht 1. Finden und schneiden, 2. Reparieren, 3. Anwendungen und Ethik
- Guide-RNA in Cas9 Guide A, Guide B, Guide C, Guide D
- Gen in den Zellen Funktionierendes Gen, Fehlerhaftes Gen (eine Base verändert)
- Reparaturvorlage hinzufügen
- Editierte Zellen Körperzellen (somatisch), Embryo (Keimbahn)
- Beispiel Therapie der Sichelzellanämie (2023), Editierte Nutzpflanzen, Forschungsmodelle, Editierte Babys (2018)
Fragen zum Erkunden
- Guide-RNA B paart vollständig mit einem Abschnitt von Gen X, doch Cas9 schneidet dort nie. Was fehlt neben diesem Abschnitt?
- Warum schaltet der Verlust einer Base an der Schnittstelle das Gen meist aus, der Verlust von drei Basen dagegen oft nicht?
- Warum wird eine Änderung in einem Embryo an spätere Generationen weitergegeben, eine Änderung in Blutstammzellen aber nicht?
