Genom-Editierung ermöglicht die Modifikation der genetischen Information eines Organismus durch Hinzufügen, Entfernen oder Verändern der DNA an ganz bestimmten Stellen. Es gibt eine ganze Reihe solcher Technologien (z.B. TALEN, ZFN), die wohl prominenteste ist die „Genschere“ CRISPR-Cas9, bei der ein DNA-Doppelstrangbruch (DSB) induziert wird. Ein solcher DSB wird von der zelleigenen Machinerie entweder durch den fehleranfälligen Prozess der nichthomologen Endverbindung (NHEJ) oder aber homologiegerichtet (HDR) repariert. In 2016 hat eine US-amerikanische Forschergruppe um David Liu an der Harvard Universität einen Artikel über eine CRISPR-Cas-basierte Methode herausgebracht (Komor et al. 2016), die ohne Doppelstrangbrüche auskommt und darüber hinaus in der Lage ist, punktuell einzelne Basen an beliebiger Position im Genom jeder lebenden Zelle auszutauschen. Diese Methode ist seitdem unter dem Begriff „Base Editors“ bekannt und wurde bereits in zahlreichen Publikationen erwähnt und erfolgreich angewendet.
Obwohl stets optimiert und weiterentwickelt, lassen sich die vielen verschiedenen Varianten dieser Technik einer von zwei Klassen zuordnen: den Cytosin Base Editors (CBEs), die die Umwandlung von C•G zu T•A katalysieren; und den Adenin Base Editors (ABEs), die A•T zu G•C konvertieren. Je nach Einsatzgebiet steht den Forschenden ein breites Spektrum an Editoren zur Verfügung, eine Übericht und auch eine praktische Auswahlhilfe bieten Anzalone, Koblan und Liu (2020) in ihrem Review.
Das grundlegende Prinzip besteht darin, dass eine katalytisch inaktive Cas9-Nuklease (nCas9 oder dCas9) mit einer Deaminase fusioniert wird. Während die Cytidin-Deaminase natürlicherweise vorkommt, musste im Fall der ABEs die Adenosin-Deaminase (z.B. TadA) erst künstlich hergestellt werden (Gaudelli et al. 2017). Base Editors verursachen – wie eingangs erwähnt – keinen DSB, können aber mithilfe der Leit-RNA die richtige Stelle finden (PAM plus Zielsequenz), die Doppelhelix wie gewohnt entpacken und auf dem zu modifizierenden Einzelstrang die direkte Umwandlung von Cytosin in Uracil bzw. Adenin in Inosin vermitteln. Für das korrekte Lesen durch die Polymerase und um einen Mismatch zu verhindern ist es nötig, den nicht-editierten Strang gegenüber der Zielbase aufzutrennen (man spricht hier von einem „Nick“), damit das Enzym im Zuge der DNA-Reparatur den modifizierten Strang als Template nutzen kann und Uracil als Thymin bzw. Inosin als Guanin gelesen wird. Im Fall der CBE ist es zudem nötig, die Basen-Exzisionsreparatur des editierten Strangs durch die Uracil-N-Glycosylase (UG) zu unterdrücken, hierzu wird ein entsprechender UG-Inhibitor am Base Editor fusioniert.
Gerade mit Fokus auf humangenetische Erkrankungen ist die Entwicklung der Base Editors als weiterer Durchbruch zu werten, denn diese werden in den meisten Fällen durch Punktmutationen verursacht werden (35.000 SNPs bekannt). Hier könnten die Base Editors in rund 60% der Fälle eingesetzt werden.