November 29, 2021

Internet der Körper (IoB) – Verwendung von CRISPR zur elektrischen Verbindung mit dem Genom und zu dessen Kontrolle – Naren Bhokisham

DNA, Hospital, Laboratory, Speedometer,

Genau wie das Internet der Dinge (IoT) bezieht sich IoB [Internet of Bodies, Anm. d. Übersetzers] auf den Zugang und die Kontrolle des menschlichen Körpers über das Internet. Hier wird detailliert beschrieben, wie CRISPR verwendet werden kann, um eine elektrische Verbindung mit dem Genom herzustellen und die Kontrolle über transkriptionelle Informationsnetzwerke in E. coli und Salmonella zu demonstrieren.

Quelle: Internet of Bodies (IoB)- Using CRISPR to electrically connect with and control the genome | Nature Portfolio Bioengineering Community

„Der Artikel kommt zu dem Schluss: ‚Ähnlich wie DNA-basierte Impfstoffe in den menschlichen Körper eingeschleust werden, um Covid-19 zu bekämpfen, können wir davon ausgehen, dass elektrogenetische Promotorschaltungen in menschliche Zellen eingefügt werden, um eine neue Modalität bioelektronischer Signalgebung zu eröffnen.‘ Das ultimative Hacking des menschlichen Körpers wird die ‚Elektrogenetik‘ sein, bei der die menschliche DNA durch elektronische Signale selektiv ein- und ausgeschaltet werden kann.“ ⁃ Patrick M. Wood, „Technocracy News“

Persönliche Anmerkung: Ich bin mir ziemlich sicher, daß man im Failstream auf die Behauptung, man könne bestimmte Gene durch elektrische Signale an der Exprimation entweder hindern oder diese fördern, erstmal mit Spott und Hohn reagieren würde. Verschwörungstheorie! Nun hat sich in jüngerer Zeit jedoch herausgestellt, daß solche „Theorien“ ein erstaunlich kurzes Haltbarkeitsdatum aufweisen. Will sagen: Gestern „Theorie“, morgen Fakt. Dies kam in letzter Zeit regelmäßig vor. Seit den 60’er/7o’er Jahren des 20. Jahrhunderts ist es bereits möglich, mittels elektromagnetischer Strahlung Menschen sogar physisch bzw. biologisch krank zu machen. Natürlich auch psychisch: Man kann durch Bestrahlung mit bestimmten Frequenzen Menschen in schwerste Depressionen stürzen oder Suizidgedanken aufkommen lassen, um nur zwei abschreckende Beispiele zu nennen. Die Pharmamafia („Big Pharma“) hat sich natürlich schon immer mit Händen und Füßen dagegen gewehrt und die Erkenntnis zu diskreditieren versucht, daß natürlich auch die gegenteilige Anwendung möglich ist: Man kann mit elektromagnetischer Strahlung auch heilen. Ich empfehle dazu den hochinteressanten Artikel „Das Wellengenom“ von Ulrike Granögger. Dies soll als Vorrede genügen. Lesen Sie sich nachfolgenden Artikel durch und lassen Sie uns beten, daß diese Technologie nicht in falsche Hände fallen wird …


Die Technologie hat unser Leben grundlegend verändert, und ihre Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sind nirgends so spürbar wie in den Zeiten der weltweiten Covid-19-Pandemie. In diesem Szenario kann die Entwicklung autonomer Gesundheitssensor- und -steuerungssysteme, die auch als geschlossene Kreislaufsysteme bezeichnet werden, die einen biologischen Zustand „erkennen“ und „handeln“ (Kovatchev et al., 2009; Berényi et al., 2012), eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung künftiger Gesundheitskrisen spielen. Die erfolgreiche Einführung von elektronischen Gesundheitssystemen mit geschlossenem Regelkreis hängt von der Entwicklung neuer Methoden für die biologische Steuerung ab, die bisher auf die jahrhundertealte neuronale Stimulation und Optogenetik beschränkt war. Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der biologischen Aktivierung stammen aus der synthetischen Biologie, wo unsere Gruppe und andere über Genschaltkreise berichtet haben, die auf elektrische Signale mit der Expression bestimmter interessanter Gene reagieren (Weber et al., 2008; Tschirhart et al., 2017; Krawczyk et al., 2020). In einer früheren Veröffentlichung hatte unsere Gruppe einen redoxbasierten bakteriellen Promotor SoxS beschrieben, der auf spezifische elektrochemische Signale reagiert, die über eine externe Elektrode erzeugt werden können. Mit Hilfe dieses Promotors können bestimmte Transgene von Interesse in Bakterien als Reaktion auf programmierte elektrische Stimuli exprimiert werden. In dieser Arbeit haben wir den nächsten logischen Schritt für diese Technologie vollzogen, nämlich die Verwendung elektrischer Signale zur Verbindung und Kontrolle von Transkriptionsnetzwerken im Genom der Zellen (Bhokisham et al., 2020).

Zur Unterstützung unseres Vorhabens nutzten wir die CRISPR-Technologie, die die Möglichkeit bietet, ein beliebiges spezifisches Ziel im Genom zu erreichen. Insbesondere haben wir den dCas9-basierten Transkriptionsaktivator verwendet, um ausgewählte Gene von Interesse elektrisch zu aktivieren und zu unterdrücken. Zunächst haben wir das CRISPR-System mit dem auf SoxR basierenden elektrosensitiven Promotor integriert und verschiedene am CRISPR-System beteiligte Komponenten optimiert, um ein abstimmbares und induzierbares System zu schaffen. Auf diese Weise haben wir mit CRISPR LasI, eine Autoinducer-1 (AI-1)-Synthase, elektrisch aktiviert, was zur Bildung von AI-1, einem Quorum-Sensing-Mediator, führte (Abb. 2 und 3). Später haben wir den CRISPR-Aktivator so umfunktioniert, dass er gleichzeitig auch ausgewählte Gene unterdrückt. Da die elektrochemischen Reize, die den SoxS-Promotor antreiben, auch oxidativen Stress auslösen, aktivieren die Bakterienzellen intrinsische Stressabwehrreaktionen, um die elektrischen Reize abzuschwächen. Wir haben den neu entwickelten CRISPR-Aktivator verwendet, um die Aktivierung der Abwehrmechanismen gegen oxidativen Stress in E. coli und S. enterica zu unterdrücken, was zu einer erhöhten Leistung des auf elektrische Stimuli reagierenden Promotors führt (Abb. 4). Im Kontext der komplexen räumlich-zeitlichen Signalgradienten an der bioelektronischen Schnittstelle zeigten Zellen mit unterdrückter oxidativer Stressabwehr besser abgestimmte Reaktionen in Bezug auf die externen Signalgradienten (Abb. 5). Dieses Konzept der Unterdrückung bestimmter Elemente im Genom, um eine bessere Übereinstimmung mit der äußeren Umgebung zu erreichen, ist von der Natur inspiriert und findet sich auch in der Embryogenese und Hefe (Yu et al., 2008; Paulsen et al., 2011).

Insgesamt gehen wir davon aus, dass die elektrische Steuerung von Transkriptionsnetzwerken in Zellen viele biotechnologische Anwendungen finden würde, wie z. B. die Entwicklung probiotischer Bakterien, die so programmiert werden könnten, dass sie auf elektrische Reize im Darm reagieren. Längerfristig ist zu erwarten, dass – ähnlich wie DNA-basierte Impfstoffe zur Bekämpfung von Covid-19 in den menschlichen Körper eingeschleust werden – elektrogenetische Promotorschaltungen in menschliche Zellen eingebracht werden, um eine neue Modalität der bioelektronischen Signalübertragung zu eröffnen.

Zitierte Werke

Berényi, A. et al. (2012) ‘Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation’, Science, 337(6095), pp. 735–737. doi: 10.1126/science.1223154.

Bhokisham, N. et al. ‚A redox-based electrogenetic CRISPR system to connect with and control biological information networks‘, Nature Communications. Nature Publishing Group, 11, 2427 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-16249-x

Kovatchev, B. P. et al. (2009) ‘In Silico Preclinical Trials: A Proof of Concept in Closed-Loop Control of Type 1 Diabetes’, Journal of Diabetes Science and Technology, 3(1), pp. 44–55. doi: 10.1177/193229680900300106.

Krawczyk, K. et al. (2020) ‘Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice’, Science, 368(6494), pp. 993–1001. doi: 10.1126/science.aau7187.

Paulsen, M. et al. (2011) ‘Negative feedback in the bone morphogenetic protein 4 (BMP4) synexpression group governs its dynamic signaling range and canalizes development’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(25), pp. 10202–10207. doi: 10.1073/pnas.1100179108.

Tschirhart, T. et al. (2017) ‘Electronic control of gene expression and cell behaviour in Escherichia coli through redox signalling’, Nature Communications. Nature Publishing Group, 8(1), p. 14030. doi: 10.1038/ncomms14030.

Weber, W. et al. (2008) ‘A synthetic mammalian electro-genetic transcription circuit’, Nucleic Acids Research, 37(4), pp. e33–e33. doi: 10.1093/nar/gkp014.

Yu, R. C. et al. (2008) ‘Negative feedback that improves information transmission in yeast signalling’, Nature, 456(7223), pp. 755–761. doi: 10.1038/nature07513.

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