Ein Atom raus, ein anderes rein, präzise, wo immer man will – dieses Konzept nach dem Vorbild von CRISPR soll die Chemie revolutionieren. Der Weg dorthin ist allerdings steinig.
CRISPR hat es vorgemacht: Die Technik, mit der sich einzelne Bausteine langer Erbgutmoleküle gezielt austauschen lassen, um die Funktion ganzer Gene, Zellen oder Organismen zu verändern, revolutioniert derzeit die Gentechnik. Was allerdings mit den gigantischen DNA-Strängen funktioniert, erweist sich bei viel kleineren Molekülen als weit größere Herausforderung.
Durch solche Eingriffe lassen sich die Eigenschaften eines Stoffs steuern: So wird etwa eine in Wasser unlösliche Substanz wasserlöslich oder ein Medikament wirksamer, indem man an geeigneter Stelle die richtige chemische Gruppe hinzufügt. Ein guter Teil der Medikamentenentwicklung basiert auf dem Verändern solcher Seitenketten.
Bisher gibt es keinen chemischen Kniff, das Zentrum eines potenziellen Wirkstoffs direkt umzubauen. Man beginnt deswegen bei der Herstellung von Stoffen mit einem anderen Molekülkern wieder bei null. Denn es braucht einen ganz neuen Syntheseweg, um das neue Ringsystem aufzubauen und anschließend die gewünschten Ketten anzuhängen. Das ist langwierig und teuer und beschränkt die Vielfalt der als Medikamente getesteten Chemikalien dramatisch.
Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass es Reaktionen gibt, die den hohen Ansprüchen genügen. Das Team um Reisenbauer entwickelte 2022 eine Variante der so genannten Ciamician-Dennstedt-Umlagerung, mit der es ein zweites Stickstoffatom in den Fünfring des Indols einfügt. Die Technik ist sogar auf strukturverwandte Moleküle anwendbar, wie die Arbeitsgruppe in einer weiteren Veröffentlichung von 2023 demonstrierte.
Die wachsende Zahl von Techniken, die erfolgreich am Herzen von Molekülen operieren können, lässt Fachleute jedoch hoffen, Molekülskelette schon bald ähnlich routinemäßig verändern zu können, wie es inzwischen bei den Seitenketten möglich ist. Während momentan die verbesserte Medikamentenentwicklung noch die Ansätze zu »skeletal editing« dominiert, rücken damit auch andere Anwendungen in den Fokus.
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