{"id":700645,"date":"2026-01-07T17:50:17","date_gmt":"2026-01-07T17:50:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/700645\/"},"modified":"2026-01-07T17:50:17","modified_gmt":"2026-01-07T17:50:17","slug":"jenseits-der-genschere-neuer-crispr-mechanismus-entdeckt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/700645\/","title":{"rendered":"Jenseits der Genschere: Neuer CRISPR-Mechanismus entdeckt"},"content":{"rendered":"

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07.01.2026 17:08<\/p>\n

Jenseits der Genschere: Neuer CRISPR-Mechanismus entdeckt <\/p>\n

\n Team aus W\u00fcrzburg, Braunschweig und den USA identifiziert Nuklease Cas12a3 mit pr\u00e4ziser Funktionsweise | Aktuelle Studie in Nature<\/p>\n

\n Die \u201eCRISPR-Genschere\u201c ist eine bedeutende Grundlage f\u00fcr Technologien zur Genom-Editierung in vielen Bereichen \u2013 von Biologie \u00fcber Medizin bis hin zu Landwirtschaft und Industrie. Dass CRISPR-Cas-Systeme, die ihren Ursprung bilden, noch vielseitiger sind als gedacht, konnte ein Team des Helmholtz-Instituts f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in W\u00fcrzburg nachweisen. Gemeinsam mit dem Braunschweiger Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Infektionsforschung (HZI) und der Utah State University (USU) in Logan, USA, haben die Forschenden eine g\u00e4nzlich neue CRISPR-Abwehrstrategie entdeckt: Im Gegensatz zu bekannten Nukleasen schneidet Cas12a3 spezifisch f\u00fcr die Proteinbildung wichtige Transfer-Ribonukleins\u00e4uren (tRNA, von engl. transfer ribonucleic acid), um infizierte Zellen lahmzulegen. Seine Ergebnisse hat das Team heute im Fachmagazin Nature ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n

Bakterien verf\u00fcgen \u00fcber eine Vielzahl von Mechanismen, um Eindringlinge wie etwa Viren abzuwehren. Eine dieser Strategien besteht darin, Transfer-Ribonukleins\u00e4uren (tRNA, von engl. transfer ribonucleic acid) zu spalten. Solche tRNAs sind in s\u00e4mtlichen Zellen vorhanden und spielen eine grundlegende Rolle bei der \u00dcbersetzung von Boten-RNA (mRNA, von engl. messenger RNA) in lebenswichtige Proteine. Sie zu deaktivieren, schr\u00e4nkt die Proteinproduktion ein, was dazu f\u00fchrt, dass die infizierte Zelle in einen Ruhezustand \u00fcbergeht. In der Folge kann sich der Angreifer nicht weiter vermehren und in der Bakterienpopulation ausbreiten.<\/p>\n

Eine g\u00e4ngige bakterielle Abwehrmethode, die bisher nicht mit dem Spalten von tRNAs in Verbindung stand, sind CRISPR-Cas-Systeme. CRISPR nutzt RNA-gesteuerte Proteine, sogenannte Cas-Nukleasen (von CRISPR-assoziiert), um Eindringlinge anhand ihres Erbguts zu erkennen und gezielt unsch\u00e4dlich zu machen. Ermitteln sie einen Erreger, f\u00fchren die Nukleasen eine f\u00fcr jedes System einzigartige Immunantwort aus. Dazu geh\u00f6rt beispielsweise das Schneiden bestimmter Angreifer-DNA oder das Einleiten eines Wachstumsstopps durch umfassenden RNA- und DNA-Abbau. Die Forschung hat sich diese Mechanismen bereits auf vielf\u00e4ltige Weise zunutze gemacht und in CRISPR eine wichtige Grundlage f\u00fcr Technologien zur Genom-Editierung erkannt. Dass CRISPR-Cas im Rahmen einer Immunantwort auch bevorzugt auf tRNAs abzielt, war allerdings nicht bekannt \u2013 bis jetzt.<\/p>\n

Eine unerwartete Entdeckung<\/p>\n

Forschende am Helmholtz-Institut f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI), einem Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums f\u00fcr Infektionsforschung (HZI) in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg (JMU), haben gemeinsam mit Wissenschaftler:innen des HZI und der Utah State University (USU) einen neuartigen CRISPR-Mechanismus entdeckt, der auf eben diese tRNAs abzielt. \u201eDieser Fund war g\u00e4nzlich unerwartet\u201c, sagt Chase Beisel, affiliierter Abteilungsleiter am HIRI und korrespondierender Autor der Studie, die heute im Fachmagazin Nature erschienen ist. \u201eEigentlich hatte sich unser Team mit Proteinen befasst, die mit einer einzigartigen Nuklease namens Cas12a2 in Verbindung stehen\u201c, f\u00fcgt Beisel hinzu. <\/p>\n

In zwei im Januar 2023 in der Zeitschrift Nature ver\u00f6ffentlichten Studien beschrieben Teams, denen auch Chase Beisel angeh\u00f6rte, wie sie Cas12a2 in einer Familie von Nukleasen gefunden hatten, die ausschlie\u00dflich DNA schneiden. Im Gegensatz dazu war Cas12a2 in der Lage, sowohl RNA als auch DNA weitl\u00e4ufig abzubauen. \u201eWir stellten die Hypothese auf, dass in dieser Proteinfamilie weitere besondere Funktionen verborgen sein k\u00f6nnten. Und wir hatten Recht: So konnten wir Cas12a3 mit seinen einzigartigen Eigenschaften entdecken\u201c, erg\u00e4nzt Oleg Dmytrenko, ehemaliger Postdoc im Beisel-Labor und Erstautor der j\u00fcngst in Nature erschienenen Studie.<\/p>\n

Das komplette Gegenteil<\/p>\n

Zwar verwendet Cas12a3 wie Cas12a2 ebenfalls RNA, um fremde RNA-Sequenzen ausfindig zu machen. Eine \u00dcbereinstimmung f\u00fchrt jedoch dazu, dass Cas12a3 seine Form \u00e4ndert, sich speziell an eine Schwanzregion der tRNA bindet und sie schneidet. \u201eDiese Genauigkeit macht Cas12a3 zu einem exakten Gegenst\u00fcck seiner n\u00e4chsten Verwandten Cas12a2, die eher unspezifisch, aber daf\u00fcr umfassend schneidet\u201c, sagt Ryan Jackson, Professor an der USU und ebenfalls korrespondierender Autor der Studie.<\/p>\n

Beim sogenannten 3\u2018-Schwanz handelt es sich um den am besten konservierten Teil aller tRNAs. Das bedeutet, dass er \u00fcber viele Organismen hinweg gleichgeblieben ist. Denn: Diese Region ist entscheidend f\u00fcr die Funktion und Stabilit\u00e4t der RNA und hat sich deswegen evolution\u00e4r kaum ver\u00e4ndert. An ihr ist eine aktivierte Aminos\u00e4ure gebunden, der Hauptbaustein von Proteinen. W\u00e4hrend der Proteinbildung werden Aminos\u00e4uren von der tRNA auf eine wachsende Polypeptidkette \u00fcbertragen. Daher ist das Entfernen des tRNA-Schwanzes ein wirksames Mittel, um die Herstellung von Proteinen, einem f\u00fcr die Zelle lebenswichtigen Prozess, zu blockieren.<\/p>\n

Die Struktur von Cas12a3, die das Team mithilfe von Kryo-Elektronenmikroskopie am HZI beleuchten konnte, zeigt, wie die Nuklease tRNAs erkennt: \u201eWir konnten einen einzigartigen Teil identifizieren, den wir \u201atRNA-Ladedom\u00e4ne\u2018 getauft haben\u201c, erkl\u00e4rt Dirk Heinz, Abteilungsleiter am HZI und weiterer korrespondierender Autor. \u201eSeine Aufgabe besteht darin, den 3\u2032-Schwanz der tRNA pr\u00e4zise so zu positionieren, dass er sich an der richtigen Stelle f\u00fcr die Spaltung befindet\u201c, erg\u00e4nzt Biao Yuan, Postdoc im Heinz-Labor und ebenfalls Erstautor des Artikels.<\/p>\n

Die hohe Pr\u00e4zision konnten die Forschenden sich direkt zunutze machen: Sie kombinierten Cas12a3 mit zwei weiteren Nukleasen, die ebenfalls zielgenau schneiden, sich jedoch auf andere spezifische RNAs konzentrieren. Mithilfe dieser Kombination war es dem Team m\u00f6glich, gleichzeitig RNAs von drei verschiedenen Viren \u2013 dem Influenzavirus, dem Respiratorischen Syncytial-Virus (RSV) und SARS-CoV-2 \u2013 nachzuweisen. \u201eDamit waren wir nicht nur in der Lage, die Grenzen der CRISPR-basierten Diagnostik zu verschieben. Unsere Forschungsergebnisse k\u00f6nnten perspektivisch auch kosteng\u00fcnstige und einfach durchzuf\u00fchrende Point-of-Care-Tests gegen eine Vielzahl von Krankheiten erm\u00f6glichen\u201c, sagt Beisel.<\/p>\n

Verborgene Vielfalt<\/p>\n

Das Spalten von tRNA-Schw\u00e4nzen stellt eine neue CRISPR-Immunantwort dar und zeugt damit von den vielf\u00e4ltigen M\u00f6glichkeiten, mit denen Bakterien Infektionen abwehren k\u00f6nnen. Die Arbeit r\u00fcckt somit die enorme funktionelle Vielfalt in den Fokus, die in bereits bekannten bakteriellen Abwehrmechanismen verborgen ist und die es zu untersuchen gilt.<\/p>\n

Seine n\u00e4chsten Schritte hat das Forschungsteam schon geplant: \u201eIn der Hoffnung, weitere Variationen zu entdecken, wollen wir diesen winzigen Ausschnitt der CRISPR-Abwehrmechanismen noch tiefergehend erforschen\u201c, blickt Heinz voraus. \u201eDar\u00fcber hinaus planen wir, Cas12a3 als Technologie f\u00fcr die molekulare Diagnostik und andere Anwendungen nutzbar zu machen\u201c, schlie\u00dft Jackson.<\/p>\n

Kooperationen
Diese Studie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen den Laboren von Chase Beisel und Redmond Smyth am W\u00fcrzburger Helmholtz-Institut f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung, dem Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Infektionsforschung in Braunschweig, der Utah State University in den USA, der Jagiellonen-Universit\u00e4t in Polen und dem Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in \u00d6sterreich.<\/p>\n

F\u00f6rderung
Diese Arbeit wurde durch F\u00f6rdermittel des Europ\u00e4ischen Forschungsrats (F\u00f6rderung f\u00fcr Chase Beisel), der Familie R. Gaurth Hansen (F\u00f6rderung f\u00fcr Ryan Jackson), der National Institutes of Health (F\u00f6rderung f\u00fcr Ryan Jackson), des \u201ePostDoc Plus\u201c-Programms der Graduiertenschule f\u00fcr Lebenswissenschaften der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg (F\u00f6rderung f\u00fcr Oleg Dmytrenko), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie Deutschlands \u2013 dem Berliner Mathematikforschungszentrum MATH+ (F\u00f6rderung f\u00fcr Max von Kleist) und der Helmholtz-Gemeinschaft unterst\u00fctzt.<\/p>\n

Helmholtz-Institut f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung:
Das Helmholtz-Institut f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) ist die weltweit erste Einrichtung ihrer Art, die die Forschung an Ribonukleins\u00e4uren (RNA) mit der Infektionsbiologie vereint. Auf Basis neuer Erkenntnisse aus seinem starken Grundlagenforschungsprogramm will das Institut innovative therapeutische Ans\u00e4tze entwickeln, um menschliche Infektionen besser diagnostizieren und behandeln zu k\u00f6nnen. Das HIRI ist ein Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums f\u00fcr Infektionsforschung (HZI) in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg (JMU) und befindet sich auf dem W\u00fcrzburger Medizin-Campus. Weitere Informationen unter https:\/\/www.helmholtz-hiri.de\/de<\/a><\/p>\n

Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Infektionsforschung:
Wissenschaftler:innen am Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Infektionsforschung (HZI) untersuchen in Braunschweig und an anderen Standorten in Deutschland bakterielle und virale Infektionen sowie die Abwehrmechanismen des K\u00f6rpers. Sie verf\u00fcgen \u00fcber fundiertes Fachwissen in der Naturstoffforschung und deren Nutzung als wertvolle Quelle f\u00fcr neuartige Antiinfektiva. Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und des Deutschen Zentrums f\u00fcr Infektionsforschung (DZIF) betreibt das HZI translationale Forschung, um die Grundlagen f\u00fcr die Entwicklung neuartiger Therapien und Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten zu schaffen. https:\/\/www.helmholtz-hzi.de<\/a><\/p>\n

Medienkontakt:
Luisa H\u00e4rtig
Manager Communications
Helmholtz-Institut f\u00fcr RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI)
luisa.haertig@helmholtz-hiri.de<\/a>
+49 (0)931 31 86688\n <\/p>\n

Originalpublikation:<\/p>\n

Dmytrenko O, Yuan B, Crosby KT, Krebel M, Chen X, Nowak JS, Chramiec-G\u0142\u0105bik A, Filani B, Gribling-Burrer AS, van der Toorn W, von Kleist M, Achmedov T, Smyth RP, Glatt S, Bravo JPK, Heinz DW, Jackson RN, Beisel CL. RNA-triggered Cas12a3 cleaves tRNA tails to execute bacterial immunity. Nature (2026), DOI: 10.1038\/s41586-025-09852-9
https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-025-09852-9<\/a><\/p>\n

Weitere Informationen:<\/p>\n

https:\/\/www.helmholtz-hzi.de\/media-center\/newsroom\/news-detailseite\/jenseits-der…<\/a> Pressemitteilung des HZI<\/p>\n

Bilder<\/b><\/p>\n

\"Kryo-Elektronenmikroskopstruktur<\/a>
\n<<\/a>
Kryo-Elektronenmikroskopstruktur der Nuklease Cas12a3, die den Schwanz einer Transfer-RNA (tRNA) spa …<\/a><\/p>\n

Copyright: HZI\/Biao Yuan<\/p>\n

\"Biao<\/a>
\n<<\/a>
Biao Yuan und Dirk Heinz diskutieren eine Proteinstruktur, die sie mittels Kryo-Elektronenmikroskopi …<\/a>
Quelle: Benjamin Blank
Copyright: HZI\/Benjamin Blank<\/p>\n

\n Merkmale dieser Pressemitteilung:
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\n Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Chemie, Medizin
\u00fcberregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch\n <\/p>\n

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\n Zur\u00fcck<\/a>\n <\/dd>\n<\/dl>\n

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