#12 | 20 Jahre „CRISPR/Cas“: Wie die Genschere zu ihrem Namen kam

Die Gen-Schere CRISPR/Cas9 war in den letzten Wochen wiederholt in den Schlagzeilen, wenn auch nicht mit wissenschaftlichen Ergebnissen. Ein US-amerikanisches Gericht entschied in einem der größten Patentstreite der Wissenschaftgegen die Nobelpreisträgerinnen Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier, obwohl die beiden den Preis 2020 für genau diese Erfindung erhalten hatten. Einige Tage später melden die Medien, dass Jiankui He, der 2018 der Welt die ersten beiden CRISPR-Babys beschert hatte und dafür ins Gefängnis gegangen war, wieder auf freiem Fuß ist.

Dass es einmal eine solche, weltweite Aufregung um das Forschungsfeld geben würde, war in der Pionierzeit nicht vorherzusehen. Dabei ist es gerade einmal zwanzig Jahre her, dass die Ära von „CRISPR/Cas“ begann. „Damals ahnte niemand, dass das mal eine Revolution auslösen würde“, sagt der Molekularbiologe Ruud Jansen. Er ist der Hauptautor des 2002 erschienenen Artikels im Fachblatt Molecular Microbiology, in dem der Name CRISPR/Cas das Licht der Welt erblickt. Der Artikel geht am 25. April 2002 online. Berichtet hat damals darüber natürlich niemand.

CRISPR hat damals viele Namen

Seit 1996 erforscht der Niederländer an der Universität Utrecht ein ungewöhnliches DNA-Muster im Erbgut des Tuberkulose-Erregers Mycobacterium tuberculosis. Sein Chef, der Biochemiker Jan van Embden vom niederländischen Bundesinstitut für Volksgesundheit im benachbarten Bilthoven, hatte das Muster mit seinem Team Anfang der 90er Jahre entdeckt und seitdem will er mehr darüber erfahren. Als Erste hatten es 1987 die Japaner Yoshizumi Ishino und Atsuo Nakata an der Universität von Osaka beim Bakterium Escherichia coli beschrieben, aber nicht entscheidend weiterverfolgt.

Das obskure Muster besteht aus sich wiederholenden DNA-Stücken (engl.: repeats), die etwa 30 bis 40 Buchstaben lang sind, und von ähnlich langen, aber unterschiedlichen DNA-Schnipseln auf Abstand gehalten werden (engl.: spacer). Lautmalerisch könnte man den genetischen Wechselschritt so beschreiben: wau-muh-wau-miau-wau-quak-wau und so fort. Welche Funktion diese im Englischen als repeat–spacer-Muster beschriebene DNA-Sequenz im Erbgut der Einzeller hat, wird erst 2007 vollends gelöst werden.

Ab Mitte der 90er Jahre sequenzieren Forscherïnnen weltweit systematisch das gesamte Erbgut von Organismen. Immer wieder stoßen sie dabei auch auf das seltsame repeat–spacer-Muster und geben ihm die unterschiedlichsten Namen: TREP, SPIDR, DR, DVR, LCTR, LTRR, SRSR.

Ruud Jansen und sein Konkurrent Mojica

Ruud Jansen beginnt damals, Gen-Datenbanken nach dem Muster zu durchsuchen, um die These seines Chefs zu überprüfen. Gleich zu Beginn, 1997, entdeckt er, dass ein spanischer Forscher an der Universität von Alicante die repeat–spacer-Struktur ebenso intensiv erforscht wie er. Francisco Mojica hatte sie Anfang der 90er Jahre in salzliebenden Archaebakterien an der Costa Brava entdeckt. Der Spanier und die Niederländer sind in den neunziger Jahren die einzigen weltweit, die sich so intensiv für das obskure Muster interessieren. Sie wollen verstehen, warum es im Erbgut der Einzeller existiert.

Jansen kontaktiert den spanischen Kollegen per E-Mail. Sie kommen in den folgenden fünf Jahren immer wieder in Kontakt. Zu Beginn gibt es auch noch die Idee, zu kooperieren. „Doch es war dann eher eine gesunde Konkurrenz“, sagt Jansen.

Tatsächlich kommt der Spanier dem Niederländer im Jahr 2000 zuvor, als er eine allererste Liste mit 19 Einzellern veröffentlicht, in denen das eigenartige DNA-Muster nachgewiesen wurde. Die Arbeit bestätigt, dass die Struktur kein genetisches Kuriosum vereinzelter Bakterien ist. Das Muster findet sich auf zwei der drei Hauptäste des Stammbaums des Lebens: dem der Bakterien und dem der Archaebakterien. „Damit war klar, dass die eigenartige Struktur etwas zu bedeuten hatte, das sehr grundlegend war“ sagt Francisco Mojica.

Ein „Heureka!“ der CRISPR-Forschung

Ruud Jansen ist wenig erfreut, dass der Kollege schneller ist als er. Doch das spornt ihn auch an, das Phänomen weiter zu untersuchen – obwohl er sich längst durch andere Projekte finanzieren muss.

Als er die genetische Nachbarschaft des repeat-spacer-Musters in Augenschein nimmt, stellt er fest, dass es dort – anders als im Muster selbst – tatsächlich Gene gibt, also DNA-Abschnitte, die den Bauplan für Proteine kodieren. Jansen entdeckt insgesamt vier Gene, die mehr oder weniger bei allen Einzellern zu finden sind, die auch das DNA-Muster im Erbgut tragen; wo es fehlt, fehlen auch die Gene.

„Das war einer der Heureka-Momente“, sagt Jansen heute. Das repeat-spacer-Muster und diese Gene gehören offensichtlich zusammen. Das hatte vor ihm niemand bemerkt. Daher beschließt er, dem ganzen einen neuen Namen zu geben – auch um das Namens-Wirrwar ein für alle Mal zu beenden: „Ich informierte Mojica und nach ein, zwei Wochen hatten wir einen wirklich einprägsamen Namen.“ CRISPR/Cas war geboren.

Das bedeutet der Name CRISPR

Den entscheidenden Einfall hat dabei der Spanier – zumindest nach seiner eigenen Erinnerung: „CRISPR war das Ergebnis meines Herumspielens mit den Anfangsbuchstaben der Worte, mit denen ich und meine Kollegen in unserem 2000er Fachartikel die repeat-Familie beschrieben hatten“, erzählt er. Dort hatte er sie SRSR genannt (Short Regularly Spaced Repeats). Beim mentalen „Würfeln“ mit den Anfangsbuchstaben entsteht auf der Heimfahrt von seinem Labor das inzwischen weltberühmte ‚CRISPR‘.

Weil zur Jahrtausendwende noch niemand weiß, wozu Bakterien und Archaeen diese DNA-Sequenzen nutzen, stehen die sechs Buchstaben für typische Eigenschaften der Sequenz.

CRISPR steht für:

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats

• Clustered: das Muster kommt in Gruppen (Cluster) vor.
• Regularly Interspaced: Die Wiederholungen (repeats) sind in regelmäßigen Abständen voneinander getrennt.
• Short (..) Repeats: Es sind kurze Wiederholungssequenzen.
• Palindromic: Es gibt palindromische Abschnitte in diesen repeats, d.h. die Sequenz hat vorwärts wie rückwärts dieselbe Buchstabenfolge, wie etwa bei Anna oder Otto. Das ermöglicht neue Eigenschaften.

Mojicas Frau denkt an einen Hund

Mojica mag den Namen CRISPR nicht besonders. „Es ist eine lange Abkürzung und ähnelt Wörtern im Englischen wie crisp, deren Bedeutung nichts mit den Eigenschaften von DNA zu tun haben”, sagt er. Er hatte auch noch andere Ideen, zum Beispiel ‚RISR‘ für Regularly Interspaced Short Repeats.

Doch da kommt seine Frau ins Spiel: Als er zu Hause ankommt, ist Mojica noch unschlüssig, also fragt er seine Gattin. Ihr gefällt CRISPR auf Anhieb: „Ich finde, der Name hat einen schönen Klang“, soll sie spontan gesagt haben. „Klingt wie ein toller Name für einen Hund. ‚Crispr, Crispr, komm’ her, mein Hündchen!‘” Mojica stimmt zu. CRISPR klingt freundlicher als etwa das einschüchternde SPIDR, der Name, den Ruud Jansen ursprünglich nutzte.

Mojica findet den Namen auch heute noch etwas unpassend: „Vor allem, weil das ‚P’ für palindromisch nicht immer zutreffend ist. Wir wissen heute, dass es auch CRISPR ohne Palindrome gibt“, sagt er. Außerdem klinge das spanische ‚krispar‘ zu ähnlich. Das heißt auf Deutsch „lästig” oder „nervig”. Viele Spanier sprechen CRISPR ganz ähnlich aus wie ‚krispar‘: „krees paar”. Manche sagen auch „krispies”, was Mojica ganz besonders nervt.

Doch inzwischen hat er sich damit abgefunden. „Was soll’s, so schlecht klingt er jetzt auch wieder nicht“, sagt er und grinst.

Mojica schlägt den Namen 2001 Ruud Jansen vor, der sich in einer E-Mail begeistert zeigt: Der Name sei knackiger und schmissiger als alle anderen Varianten. Vor allem sei er einzigartig – ein für Forscherïnnen nicht unerhebliches Argument, denn man will ja mit seinen Forschungsartikeln in den biomedizinischen-Datenbanken leicht gefunden und schließlich zitiert werden.

Was den ersten Teil des Namens angeht, ist sich Mojicas Kollege und Konkurrent Ruud Jansen indes gar nicht so sicher, wem die Abkürzung tatsächlich eingefallen ist. „Ich dachte immer, ich wäre draufgekommen, aber ich kann mich natürlich auch irren“, gibt er zu.

Ganz sicher ist aber, dass er den zweiten Teil zum berühmten CRISPR/Cas beisteuert. Die vier Gene, die er in der Nähe der CRISPR-Struktur findet, nennt er cas-Gene 1 bis 4. Cas steht für CRISPR associated, auf Deutsch: mit CRISPR verbunden. Später entdecken Forscherïnnen noch viel mehr cas-Gene, darunter auch das Gen für das berühmte Protein Cas9, aus dem Charpentier und Doudna die Gen-Schere entwickeln.

Ein Meilenstein der CRISPR/Cas-Forschung

Ruud Jansens Artikel erscheint 2002 im selben Journal wie Mojicas Arbeit aus dem Jahr 2000, mit dem der Spanier dem Niederländer zuvorgekommen war. Bis heute wurde er mehr als eintausend Mal zitiert. Das ist laut der Analyseplattform Dimensions 58-mal häufiger als ein durchschnittlicher Forschungsartikel in diesem Bereich. Jansens Arbeit ist ein echter Meilenstein der Wissenschaftsgeschichte, auch wenn er weit zurückbleibt hinter der Nobelpreis-Arbeit von Charpentier und Doudna, die mehr als 9000-mal zitiert wurde.

Das exakte Datum des Beginns der CRISPR/Cas-Ära ist kurioserweise gar nicht bekannt. Am 25. April 2002 geht zwar der Artikel auf der Webseite des Magazins online. Das gedruckte Journal erscheint – anders als heutzutage – in den Wochen davor. Wann aber genau diese zweite Märzausgabe veröffentlicht wird, kann der Verlag nicht mehr rekonstruieren.

Mojica wird darin übrigens nicht als Autor aufgeführt. Ruud Jansen und sein Team danken dem Spanier namentlich am Ende des Artikels für die „anregenden Diskussionen“.

Der Spanier forscht bis heute erfolgreich an CRISPR, Ruud Jansen verlässt indes die Grundlagenforschung nur kurze Zeit später. Der 45-Jährige hatte die Nase voll vom unsicheren Leben als Universitätswissenschaftler. „CRISPR/Cas war damals wirklich etwas Seltsames, ganz am Rande der Forschung“, sagt er heute, auch wenn gerne dabei gewesen wäre, als einige Jahre später die Funktion von CRISPR/Cas doch noch entdeckt wird: Es ist ein Immunsystem der Einzeller gegen Viren.

Aber er ist stolz darauf, das Feld mit aus der Taufe gehoben zu haben. Und in einem hat der Niederländer Recht behalten: Wer heute in der weltweit größten biomedizinischen Datenbank PubMed das Kürzel CRISPR eingibt, landet eindeutig nur bei Artikeln über CRISPR und Cas. Inzwischen sind es mehr als 30.000 und täglich werden es mehr, vor allem, seit aus dem obskuren Nischenthema ein Standard-Werkzeug für Gentechniker geworden ist.