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Viren gegen Viren: Forschende finden eine Spur zum Ursprung von CRISPR

Ein neu beschriebenes Virensystem erkennt DNA mit einem ungewöhnlichen Lesemuster und legt Gene still. Die Studien liefern Hinweise auf die Vorgeschichte der bekannten Genschere.

Von Wolfgang

22. Sep. 20263 Min. Lesezeit

Viren gegen Viren: Forschende finden eine Spur zum Ursprung von CRISPR

Viren können einander bekämpfen. Zwei am 17. September in Science veröffentlichte Arbeiten beschreiben dafür ein ungewöhnliches Werkzeug: Ein System namens VIPR erkennt fremde DNA und kann das Ablesen von Genen blockieren. Die Befunde liefern zugleich Hinweise darauf, dass frühe CRISPR-Abwehrsysteme von Bakterien einen viralen Ursprung haben könnten. Das zeigen die Studie zur Entdeckung von VIPR und die zugehörige Strukturarbeit.

CRISPR ist vielen als Grundlage der Genschere bekannt. In der Natur dient es Bakterien und anderen Mikroorganismen als Schutz vor Viren. Die neue Spur führt damit zu einem überraschenden Rollenwechsel: Ein Werkzeug gegen Viren könnte aus dem Konkurrenzkampf zwischen Viren hervorgegangen sein. Es geht um die Vorgeschichte bestimmter CRISPR-Systeme, nicht um die Herkunft unseres gesamten Immunsystems.

Ein Lesemuster mit Lücken

Um ein bestimmtes Stück Erbgut zu erkennen, nutzt VIPR eine RNA als eine Art Suchvorlage. RNA ist ein mit DNA verwandtes Molekül. Die Besonderheit liegt darin, welche Stellen der Vorlage zum Ziel passen müssen: VIPR erkennt jeweils zwei benachbarte DNA-Bausteine und überspringt den dritten. Dann folgen wieder zwei, wieder eine Lücke. Überspringen bedeutet hier, einen Baustein bei der Erkennung auszulassen, nicht ihn aus dem Erbgut zu entfernen.

Wie das räumlich funktioniert, untersuchten die Forschenden anhand von 21 Strukturen, die sie mit Kryo-Elektronenmikroskopie bestimmten. Nach dem Abstract der Strukturstudie lagern sich Proteinbausteine entlang der RNA zu einem schraubenförmigen Gebilde zusammen. Bei der DNA-Bindung entsteht eine ungewöhnliche Dreifachstruktur: Die RNA verbindet sich abschnittsweise mit einem DNA-Strang und windet sich mit ihm um den anderen. Aus einer scheinbar lückenhaften Suchvorlage wird so ein geordneter Erkennungsmechanismus.

Vereinfachtes Schema mit einer DNA-Reihe: Je zwei türkis markierte Bausteine wechseln mit einem grauen, bei der Erkennung ausgelassenen Baustein. — Je zwei Zielbausteine werden erkannt, der dritte wird übersprungen. KI-generiertes, vereinfachtes Schema; keine Molekülstruktur und keine reale Gensequenz.

Gene blockieren statt DNA zerschneiden

Eine Suchvorlage ist noch keine Schere. Das Team zeigte, dass sich der VIPR-Komplex umprogrammieren lässt, um die Abschrift von Genen zu unterdrücken und dadurch die Vermehrung angreifender Bakterienviren zu behindern. Solche Viren heißen Phagen. Die Forschenden fanden außerdem natürliche Zielsequenzen, die auf einen Einsatz gegen konkurrierende Phagen hindeuten. Der experimentelle Befund und die vermutete natürliche Aufgabe passen damit zusammen.

Die Verwandtschaft mit frühen CRISPR-Bestandteilen lässt eine weitere Deutung zu: Bakterien könnten ein solches Werkzeug übernommen und gegen Viren eingesetzt haben. Das ist eine aus heutigen Befunden erschlossene Evolutionsgeschichte, kein direkt beobachteter Vorgang aus der Frühzeit des Lebens. Auch die Mitteilung des beteiligten Innovative Genomics Institute beschreibt VIPR als wahrscheinlichen Vorläufer.

Der aktuelle Anlass sind die begutachteten September-Veröffentlichungen; eine Vorabfassung der Strukturarbeit war bereits im April öffentlich. Aus dem Mechanismus könnten später neue Forschungswerkzeuge entstehen. Eine einsatzfertige Gentherapie oder ein überlegener Ersatz für CRISPR ist damit nicht nachgewiesen. Schon die Grundlagenfrage ist bemerkenswert: In der Evolution kann aus der Waffe eines Angreifers die Abwehr seines Wirts werden.

Titelbild: KI-generiertes Symbolbild; keine Mikroskopaufnahme.