Francisco Mojicas 'Salt Lovers' und der Beginn der CRISPR-Forschung (Teil 2)

#CRISPRhistory – Die Biografie der revolutionären Gen-Schere CRISPR/Cas9

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Dies ist Teil 2 der dreiteiligen Episode (direkt zu Teil 1, direkt zu Teil 3).

11. Dezember 2019

#9.2 |  In den 1990er Jahren häufen sich die Funde eines ungewöhnlichen DNA-Musters im Chromosom von Mikroben. Doch es gibt nur einen Forscher weltweit, der konsequent die Spur verfolgt, um herauszufinden, was sich dahinter verbirgt. Trotz Rückschlägen und Phasen, in denen er aufgeben will, macht er weiter. Dies ist Teil 2 der Geschichte von Francisco Mojica, dem entscheidenden CRISPR-Pionier des ersten Jahrzehnts.

Francisco Mojica ist angefixt. Dass dieses prägnante genetische repeat-spacer-Muster bei Organismen auf zwei der drei Hauptästen des Lebens zu finden ist, spornt den jungen Forscher an. Der junge Spanier und seine Kollegen versuchen mehr über die Wiederholungssequenzen und ihre Funktion herauszufinden und starten einige Experimente.

Sie taufen die repeats TREPs für Tandem Repeats. Das ist eigentlich der falsche Name für solche Sequenzen, denn er beschreibt direkt aufeinanderfolgende repeats, wie in WauWauWau. Diese hier aber sind regelmäßig unterbrochen, eben RepeatSpacerRepeatSpacerRepeat. Mojica weist später alle „Schuld“ von sich für die missglückte Namensgebung: „Das war mein Boss, ich war damit nicht einverstanden“, sagt er lachend. 

Die Spanier machen nicht nur Experimente, um die Funktion herauszufinden, sie schauen diesmal auch genauer ins Genom von Haloferax mediterranei. Dort weisen sie weitere repeats nach, sodass sie von mindestens 21 ausgehen. Ähnlich wie Atsuo Nakata fünf Jahre zuvor suchen auch sie bei anderen Mikroben nach dem erstaunlichen, repetitiven Muster. Bei dem eng verwandten „salt lover“ Haloferax volcanii entdecken sie fast identische TREPs, nur eine Base kürzer. Und sie finden Hinweise für das Muster auch bei zwei weiteren Haloarchaeen.

Der zweite Artikel: CRISPRs Funktion

Mojica beschreibt die Experimente, mit denen sie die Funktion der repeats verstehen wollen, und ihre Suche bei anderen Einzellern 1995 in einem zweiten Artikel in Molecular Microbiology. Dieser widmet sich ganz den TREPs. Die Experimente liefern Hinweise, dass die Sequenzabschnitte bei der Zellteilung der Mikroben eine Rolle spielen. Möglicherweise helfen sie, die verdoppelte DNA des Chromosoms richtig aufzutrennen und auf die beiden Tochterzellen zu verteilen – was indes meilenweit von der Funktion entfernt ist, für die CRISPR heute bekannt ist.

In der zweiten Arbeit aus dem Jahr 1995 beschreibt Mojica Experimente, um zu verstehen, wozu die Mikroben die repeats-spacer-Strukturen verwenden. Er berichtet von weiteren, mit H. mediterranei enge verwandte Haloarchaeen, die das Muster besitzen.

Die Spanier sind mit dieser Arbeit in der Mitte der 1990er Jahre weltweit die einzigen, die versuchen, etwas über die Funktion von CRISPR herauszubekommen. Oder zumindest sind sie die einzigen, die etwas dazu publizieren, und daher auch immer zitiert werden, wenn mal wieder jemand auf das Muster stößt. Im Laufe dieses Jahrzehnts entdecken zunehmend mehr Forscherteams die regelmäßig unterbrochenen repeats. Doch niemand sonst nimmt die Spur auf.

Die Funde bleiben sporadisch aufflackernde Leuchtfeuer am unendlichen Himmel der Entdeckungen. 

Nur Francisco Mojica hält die Augen offen. Er möchte seinen Verdacht untermauern, dass es sich bei den regelmäßig unterbrochenen repeats um eine grundlegend wichtige biologische Struktur handelt. Er muss weitere Berichte bei anderen Organismen finden.

Wie verbreitet ist CRISPR?

Nach seiner Doktorarbeit wechselt er 1993 für einen kurzen Abstecher von drei Monaten an die Universität von Utah in Salt Lake City, kommt dann aber für ein Jahr zurück nach Alicante, um schließlich für zwei Jahre an der Universität von Oxford zu forschen. Hier kann er bei der Literatursuche aus dem Vollen schöpfen; die Bibliothek in Oxford ist legendär.

Irgendwann stößt er auch auf die Ergebnisse der Niederländer um Jan van Embden bei Tuberkulosebakterien – und sieht sich bestätigt. Die Erreger gehören zwar auch zu den Bakterien, wie die Kolibakterien der Japaner, aber sie sind nicht gramnegativ, sondern – wenn überhaupt – grampositiv (siehe der Artikel "CRISPR, Tuberkulose und die Suche des Jan van Embden"). Damit gehören sie zu einer ganz anderen großen Gruppe – und tragen doch das praktisch gleiche repeat-spacer-Muster im Genom wie E. coli und H. mediterranei.

1997 kehrt Mojica schließlich zurück an seine Alma mater in Alicante, wo er heute noch arbeitet. Er tritt seine erste Professorenstelle an. Mit dieser Position im Rücken hat der Spanier endlich die Möglichkeit, Gelder für eigene Projekte zu beantragen. Jetzt kann er richtig loslegen!

Er fordert Mittel für Experimente an, um herauszufinden, wozu die salzliebenden Mikroben die TREPs benötigen. 

Doch er bekommt eine Absage. 

Ein Verantwortlicher der Förderagentur empfiehlt ihm, die repeats bei einem Modellorganismus und nicht bei so exotischen Einzellern wie Haloferax mediterranei zu studieren, um die Chancen für eine Zusage zu erhöhen. Mojica wählt den Modellorganismus schlechthin: Escherichia coli, das Bakterium, bei dem CRISPR zehn Jahre zuvor zum ersten Mal entdeckt worden war und mit dem der Spanier auch in Oxford gearbeitet hatte. Kein Lebewesen ist in so vielen Laboren weltweit zu finden, wie das Kolibakterium.

Doch er bekommt wieder eine Absage.

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#10 | Die #CRISPRhistory-Übersicht

Eine Übersicht der Beiträge in der #CRISPRhistory: die Kapitel der Wissenschaftsserie, die Links zu den Texten mit aktuellen Themen und zu Artikeln über das Projekt.

Das Logo der Koralle #CRISPRhistory, das Cas9 Molekül vor blauem Hintergrund mit schwach sichtbaren Titel wichtiger Fachartikel und wichtigen Jahreszahlen. Unter dem Molekül der Schriftzug von #CRISPRhistory und "erzählt von Marcus Anhäuser"
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#9.1 | Francisco Mojicas 'Salt Lovers' und der Beginn der CRISPR-Forschung (Teil 1)

Francis Mojica entdeckt wie andere auch durch Zufall die CRISPR-repeats. Er ist der Erste, der beginnt, sie zu erforschen, trotz vieler Rückschläge wird er der wichtigste CRISPR-Pionier im ersten Jahrzehnt.

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#9.3 | Franciso Mojicas 'Salt Lovers' und der Beginn der CRISPR-Forschung (Teil 3)

Ein Student und die Computer retten Francisco Mojica. Er entdeckt das CRISPR-Muster überall auf dem Stammbaum des Lebens.

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#4 | Erstmals sollen CRISPR-Babys geboren worden sein (fortlaufend aktualisiert)

Ende November 2018 wurde bekannt, dass in China erstmals Babys geboren worden sein sollen, deren Genom zuvor mit der Gen-Schere CRISPR/Cas9 verändert wurde, um sie vor Aids zu schützen. Die Chronologie der wichtigsten Artikel.

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#7 | CRISPR, Tuberkulose und die Suche des Jan van Embden

Als CRISPR noch nicht mal seinen Namen hat und niemand weiß, was das überhaupt ist, nutzt ein niederländisches Team die DNA-Sequenz erfolgreich im Kampf gegen Tuberkulose.

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#6 | CRISPR-Beginn: Herr Ishino und die wunderbare Ahnungslosigkeit

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#5 | CRISPR-Babys: Historischer Moment, verpatzt

Die Geburt der CRISPR-Babys ist ein historischer Moment in der Geschichte der Menschheit, auch wenn er anders gelaufen ist, als viele es sich gewünscht hatten.

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