Point «Aktuelle Biotechnologie» Juni 2023 (Nr. 252)

Medizin: Personalisierte mRNA-Impfstoffe für die Krebstherapie

mRNA-Impfstoffe, die beim Kampf gegen die Covid-19 Pandemie den entscheidenden Durchbruch ermöglicht haben, könnten bald auch zur Behandlung von Krebserkrankungen eingesetzt werden. Erste klinische Versuche bei Pankreas-Krebs und dem Schwarzen Hautkrebs (Melanom) geben Anlass zu grossen Hoffnungen. Der Ansatzpunkt hierbei sind spontane genetische Veränderungen in den Krebszellen, wodurch sich diese von gesunden Zellen unterscheiden und dadurch vom Immunsystem erkannt werden können. Für den neuen Therapieansatz werden Tumorproben der Patienten analysiert, um mit Hilfe künstlicher Intelligenz solche Veränderungen zu identifizieren, und darauf aufbauend personalisierte mRNA-Impfstoffe zu entwickeln. Diese stimulieren dann Immunzellen der Patienten und unterstützen so die Therapie. Der gefährliche und kaum zu behandelnde Pankreaskrebs ist für neun von zehn Erkrankten tödlich. Die individuell entwickelten mRNA-Impfstoffe schlugen bei der Hälfte der Patienten an. Auch 18 Monate nach der Behandlung trat der Krebs bei ihnen nicht wieder auf. Es gibt Ansätze, um die Wirksamkeit weiter zu verbessern. Auch bei der Behandlung des Melanoms konnten personalisierte mRNA-Impfstoffe die Aussichten deutlich verbessern. Möglicherweise werden die neuen biotechnologie-basierten Therapien schon bald eine wichtige Rolle in der Krebsbehandlung spielen.   (mehr…)

Nutzpflanzen: Krankheitsresistenter Reis durch Genomeditierung mit CRISPR/Cas9

Nutzpflanzen mit verbesserter Resistenz gegen Krankheiten erleichtern den Pflanzenschutz und sichern Qualität und Erträge. In den meisten Fällen richten sich Resistenzen nur gegen bestimmte Erreger. Chinesischen Forschenden ist es jetzt gelungen, Reispflanzen mit einer breit wirkenden Widerstandsfähigkeit sowohl gegen Bakterien als auch gegen Pilze auszustatten. Dafür passten sie die Eigenschaften eines Reisgens mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 gezielt an. Sie hatten zuvor beobachtet, dass eine Veränderung in diesem Gen Abwehrmassnahmen der Pflanzen aktiviert und so zu einer verbesserten Resistenz, aber auch reduzierten Erträgen führt. Durch Genomeditierung in Reispflanzen erzeugten sie nun zahlreiche Varianten des Gens mit unterschiedlichen Eigenschaften. Eine der so erzeugten Reissorten wies die gewünschte Merkmalskombination auf: sowohl Resistenz gegen verschiedene Pilz- und Bakterienstämme als auch unveränderte Erträge. Das konnten die Forschenden in ersten Feldversuchen bestätigen, vorerst im kleinen Rahmen. Diese Studien sollen jetzt über mehrere Jahre unter unterschiedlichen Bedingungen fortgeführt werden, um zu prüfen, ob sich Resistenz und Anbaueigenschaften der neuen Sorte in der Praxis bewähren. Der Ansatz könnte auch bei anderen Nutzpflanzen zur Anwendung gelangen.    (mehr…)

Haustiere: Sterilisation von Katzen ohne Operation

Mehr als 600 Millionen Hauskatzen leben auf der Erde – und mehr als drei Viertel von ihnen hat kein festes Zuhause. Streunende Katzen leiden oft unter mangelndem Lebensraum, Hunger und Krankheiten. Sie richten grosse Schäden an Wildtierbeständen an und werden für viele Städte zu einer Belastung. Um eine weitere ungezügelte Vermehrung der Tiere einzuschränken, könnten operative Sterilisationen oder Kastrationen einen wichtigen Beitrag leisten. Aber der Aufwand hierfür ist sehr gross und kaum zu finanzieren. Die Forschung arbeitet daher schon seit längerem an wirksamen, einfach anzuwendenden Verfahren für die Geburtenkontrolle bei streunenden Hauskatzen. Jetzt ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Eine einfache Injektion verhindert bei weiblichen Tieren für mindestens 18 Monate zuverlässig die Fortpflanzung – und vermutlich für noch deutlich länger. Dafür wurde das AMH-Gen, das an der Funktion der Eierstöcke beteiligt ist, in ein harmloses und nicht vermehrungsfähiges Katzenvirus eingebaut. Mit Hilfe dieser Genfähre wurde das AMH-Gen in die Körperzellen der Katzen eingebaut, und dort verstärkt abgelesen. Das verhinderte nachhaltig die Fortpflanzung der Weibchen, ohne sonstige nachteilige Auswirkungen. Dieser genetische Ansatz könnte wahrscheinlich auch auf Hunde übertragen und somit zu einer einfachen Massnahme zur Populationskontrolle für verwilderte Haustiere werden.   (mehr…)

Industrielle Biotechnologie: Modifizierte Mikroben für nachhaltigere chemische Synthesen

Biologische Produktionsverfahren mit Hilfe von Mikroorganismen ermöglichen zunehmend eine nachhaltigere Herstellung von Chemikalien sowie die Verwendung nachwachsender statt fossiler Rohstoffe. Damit wird ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Allerdings kommen manche chemische Reaktionen, die für technische Synthesen eine wichtige Rolle spielen, in natürlichen Organismen nicht vor. Ein Beispiel dafür sind die sogenannten Carben-Transferreaktionen, bei denen ein sehr reaktives, aber unstabiles kohlenstoffhaltiges Carbenmolekül auf andere Moleküle übertragen wird. Drei US-Forschungsteams haben jetzt zusammengespannt und erstmals alle erforderlichen Komponenten für eine Carben-Transferreaktion in einem gentechnisch veränderten Mikroorganismus zusammengebracht. Der Bakterienstamm produziert sowohl das Carben-Vorläufermolekül als auch einen geeigneten Koppelungspartner sowie schliesslich noch ein modifiziertes Protein, das als Katalysator die chemische Reaktion ermöglicht und steuert. Mit diesen Zutaten entstand in den Bakterien eine chemisch modifizierte Aminosäure, die in der Natur nicht vorkommt, aber Ähnlichkeiten zu wichtigen pharmazeutischen Grundstoffen aufweist. Der Einbau eines neuartigen, anpassbaren Stoffwechselwegs in Mikroorganismen erweitert das Spektrum der Substanzen, die mit biologischen Verfahren nachhaltig produziert werden können.   (mehr…)

Vollständige PDF Druckversion Point «Aktuelle Biotechnologie» Juni 2023 (Nr. 252) mit Quellenangaben

Text und Redaktion: Jan Lucht, Leiter Biotechnologie (jan.lucht@scienceindustries.ch)