Das neue, technisch elegante Genmanipulationswerkzeug CRISPR/CAS erlaubt es, viel zielgenauer und einfacher als zuvor beliebige Partien des Erbguts zu verändern. Damit steigt zum Beispiel die Aussicht auf eine praktikable Gentherapie von Erbkrankheiten, die weniger Nebenwirkungen haben könnte – auch wenn das in Mäusen derzeit noch besser funktioniert als in menschlichen Zellen. Vor allem aber vereinfacht die Methode Hunderte von unterschiedlichen Einsatzszenarien, die Gentechniklabore nun in ihren Zellkulturen durchspielen: Allein in dieser Woche erscheinen daher mehrere Studien in größeren Fachmagazinen, die etwa untersucht haben, wie mit CRISPR ins Erbgut von Malariaerregern oder multiresistenten Bakterien eingegriffen werden kann, um diese gefährlichen Krankheitserreger in Schach zu halten.

Die Technik ist also auf dem Vormarsch – und damit gleichzeitig auch die Zeit gekommen, an möglicherweise schädliche Nebeneffekte zu denken. Dieses Problems haben sich nun Brian Caliando und Christopher Voigt vom Massachusetts Institute of Technology angenommen: Sie setzen den CRISPR-Mechanismus ein, um in einem definierten Notfall alle mit CRISPR in einen Organismus eingeführten Manipulationen wieder sicher rückgängig zu machen. Zu diesem Zweck programmierten die Forscher einen wirksamen Selbstzerstörungsmechanismus für gentechnisch veränderte Organismen, der auf verschiedene beliebige Signale hin ausgelöst werden kann.

Mit dem zusätzlichen Kontrollschalter, so die Forscher, können sich die gentechnisch veränderten Zellen wenn gewünscht selbst vernichten. Das könnte etwa dann wichtig werden, wenn sie oder Teile ihres veränderten Erbguts aus einer Laborumgebung oder einer Versuchsanlage ins Freiland gelangen. Sinnvoll sei dabei dann aber auch, dass die Organismen im Falle eines Falles nicht nur schlicht absterben, sondern dass auch sämtliche der zuvor gentechnisch veränderten DNA-Moleküle zuverlässig zerstört werden. Andernfalls könnten sich diese vielleicht doch in der Umwelt verbreiten; es bestehe aber auch die Gefahr, dass in den Zellen schlummernde Gen-Patente bei einem Diebstahl von Saatgut, Pflanzen oder genetisch veränderten Bakterien bedroht sind.

Wie beim klassischen CRISPR-Verfahren üblich, haben die Forscher für ihren flexiblen Notfallschalter einen Enzymkomplex in Zellen eingebracht, der, einmal aktiviert, durch die Hilfe von mitgelieferten Adress-Sequenzen an bestimmte Stellen im Erbgut andockt und den DNA-Strang dort öffnet. Dies erlaubt bei der CRISPR/CAS-Methode dann einem zeitgleich verabreichten Molekül, ausgewählte neue Genabschnitte exakt hier einzubauen. Der neue gentechnische Selbstzerstörungsmechanismus hat dagegen nur die Adressen der zu zerstörenden Gensequenzen mitbekommen und schneidet sie überall heraus, worauf sie von der Zelle zerlegt werden. Der Schalter kann dabei leicht so eingestellt werden, dass die Zelle diesen massiven Eingriff nicht übersteht und stirbt: Übrig bleiben nun nur die abgetöteten Zellen ohne Reste von ehemals manipulierter DNA-Sequenz.

Entscheidend ist auch, dass der Selbstzerstörungsmechanismus nicht fälschlich ausgelöst wird. Die Forscher verpackten die CRISPR-Sequenzen und die für die Zerstörung wichtigen Schnitt-Zielsequenzen und Werkzeuge daher in einen längeren DNA-Abschnitt, der nur unter ganz bestimmten Umständen abgelesen wird. Dafür sorgte eine Promotor-Startsequenz, der nur aktiv wird und den Prozess startet, wenn der Zucker Arabinose vorhanden ist. Ohne diesen Zucker wird die gesamte Zerstörungssequenz nie abgelesen und ausgeführt, sondern einfach nur von Generation zu Generation weiter vererbt, wie die Forscher bei Tests überprüften. Erst eine Zugabe von Arabinose startet dann die DNA-Scheren, schneidet die Zielsequenzen aus, zerstört sie und tötet die Zelle. Durch den modularen Aufbau sind verschiedene mögliche Szenarien denkbar, die das Startsignal zur Selbstzerstörung geben können – etwa unterschiedliche Umweltreize, die nur anfallen, wenn ein gentechnisch veränderter Keim aus dem Labor entkommt.

CRISPR – die Abkürzung steht für "clustered regularly interspaced short palindromic repeats", wo unter anderem die Ansatzstellensequenz für den gezielten Schnitt im DNA-Molekül hinterlegt sind – kommt in mannigfaltigen Modifikationen natürlich im Erbgut der unterschiedlichsten Bakterien überall in unserer Umwelt vor. Übernommen hatten Bakterien den molekularen Baukasten wohl vor evolutionsgeschichtlich langer Zeit, womöglich von in ihrem Erbgut herumspringenden mobilen Elementen, die sie dann domestiziert und vor allem als Werkzeug gegen Viren weiterentwickelt haben. Die Prokaryonten, aber auch höher entwickelte Vielzeller nutzen den flexiblen und zielgenauen Mechanismus längst selbst auf vielfältige, von Wissenschaftlern noch nicht völlig verstandene Weise, um ihr Erbgut für ihre Zwecke umzugestalten.