Gene in Wurmparasiten aus- und anschalten – Forschende etablieren CRISPR/Cas-Technik

Forschenden der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist es mit einem Team aus den USA gelungen, die Genscheren-Technik bei Schistosomen zu etablieren. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Erforschung der komplexen Parasitenbiologie.

Weltweit verursachen Wurmparasiten Infektionskrankheiten bei Menschen und Tieren. Diese nicht nur zu großen gesundheitlichen Belastungen führen, sondern auch erhebliche sozioökonomische Folgen haben. Die Forschung an Wurmparasiten wird durch die Komplexität ihrer Lebenszyklen erschwert, die Ei- und Larvenstadien umfassen. Diese können im Labor nur mit erheblichem Aufwand etabliert werden. Zudem mangelt es an technischen Werkzeugen, um diese Organismen auf molekularer Ebene zu untersuchen.

Forschenden der JLU ist es gemeinsam mit einem Forschungsteam aus den USA nun gelungen, die sogenannte Genscheren-Technik CRISPR/Cas für den Wurmparasiten Schistosoma mansoni zu etablieren. Dieser Parasit löst die auch als Bilharziose bekannte Schistosomiasis aus. Unter der Erkrankung, die tödlich verlaufen kann, leiden Millionen von Menschen und Tieren. Die Ergebnisse wurden in den Fachzeitschriften „Science Advances“ und „Nature Communications“ veröffentlicht.

Komplexität der Parasitenbiologie stellte eine Herausforderung für das Team dar

Durch moderne Sequenzierungstechniken sind die Genome und die Genausstattungen vieler Parasiten bereits bekannt. „Es fehlt jedoch an Techniken, die die funktionale Untersuchung von spezifischen Genen erlauben, um beispielsweise ihre Bedeutung für die Entwicklung von Parasiten oder ihr Überleben in Menschen und Tieren zu entschlüsseln“, so Prof. Christoph G. Grevelding, Professur für Parasitologie und parasitäre Krankheiten an der JLU. Sein Team hat die Untersuchungen gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof. Paul Brindley (Washington University, USA) durchgeführt. „Auch die für die zielgerichtete Veränderung von Genen und Genomen etablierte Genschere CRISPR/Cas wurde bislang noch nicht in der Wurmforschung eingesetzt, was auf die Komplexität der Parasitenbiologie zurückzuführen ist.“

In seiner Doktorarbeit hat Max Möscheid aus der AG Grevelding einen Weg gefunden, wie man die CRISPR/Cas-Technik in Schistosomeneiern einsetzen kann. Und dies ohne sie in ihrer biologischen Funktion zu beeinträchtigen. Die sich in diesen Eiern entwickelnden Larven können wieder in den Lebenszyklus zurückgeführt werden, so dass daraus Genom-editierte adulte Würmer entstehen.

Weg geebnet für Forschung zu Living-Foundry-Therapeutika

In einer parallelen Studie unter Federführung von Prof. Brindley wurde die neue Technik praktisch angewendet. Möscheid und Grevelding waren ebenfalls an der Studie beteiligt. Hier gelang es über CRISPR/Cas, den Parasiten Schistosoma mansoni über das Einschleusen und Anschalten eines Antikörper-produzierenden Gens, dazu zu bringen, therapeutisch wirksame Substanzen freizusetzen. Dies ermöglicht neue experimentelle Ansätze in der Schistosomen-Biologie und die Erforschung sogenannter Living-Foundry-Therapeutika. Dabei werden die Wurmparasiten als lebende Produktionsstätten zum Beispiel für Antikörper genutzt.

„Neben der praktischen und perspektivisch therapeutischen Anwendung ermöglicht die CRISPR/Cas-Technik zukünftig, Fragestellungen zur Grundlagenforschung an Schistosomen in einer Weise zu bearbeiten, die zuvor so nicht möglich gewesen ist“, sagt Prof. Grevelding. „Zudem kann die neue Technik auch als Schablone für die CRISPR/Cas-Etablierung bei anderen Wurmparasiten dienen, für deren Erforschung dieses Werkzeug für funktionale Analysen noch fehlt.“