Genome Editing

Sammelbezeichnung für neue molekularbiologische Verfahren, mit denen gezielt Mutationen in ganz bestimmten Abschnitten der DNA herbeigeführt werden. Gene können so an- oder ausgeschaltet, eingefügt oder entfernt werden. Werden auch in der Pflanzenzüchtung eingesetzt.

Unter Genome Editing (manchmal auch: Gene Editing) versteht man eine Reihe von neuen molekularbiologischen Methoden, mit denen gezielt Veränderungen im Genom vorgenommen werden können. Sie sind sehr effizient und präzise. Etwas vereinfacht bestehen sie aus drei Schritten:

Genome Editing 3

(1) Zunächst muss im riesigen Genom einer Pflanze – das oft aus Milliarden Basenpaaren (DNA-Bausteine) besteht – genau die Stelle gefunden und angesteuert werden, bei der eine Änderung durchgeführt werden soll. Dazu werden im Labor „Sonden“ konstruiert, die genau zu der jeweiligen Ziel-Sequenz passen. Dies können Zinkfinger-Nukleasen, Transcription Activator-like Effector Nucleases (TALENs), Meganukleasen oder wie beim CRISPR/Cas-System RNA-Abschnitte sein.

(2) Genau an der jeweiligen Zielsequenz – und nur da – wird der DNA-Strang mit einer molekularen „Schere“ – meist ein Protein (Restriktionsenzym, Cas-Protein) - geschnitten. Beide Elemente – „Sonde“ und „Schere“ sind zuvor in die Pflanzenzelle eingeführt worden

(3) Der an der jeweiligen Stelle herbeigeführte DNA-Doppelstrangbruch kann durch natürliche zelleigene Reparaturmechanismen wieder geflickt werden. Je nach verwendetem Reparaturmechanismus sind verschiedene Veränderungen des Erbguts möglich:

Genome editing Rekombination

Reparatur eines DNA-Doppelstrangbruchs durch homologe und nicht-homologe Rekombination.

Im Regelfall gehen bei der Reparatur an der Bruchstelle einzelne DNA-Bausteine verloren (nicht homologe Rekombination, unten rechts). Die Folge: Das betreffende Gen kann nicht mehr richtig abgelesen werden. Möglich ist auch, bei der Reparatur des Bruchs einzelne DNA-Bausteile auszutauschen oder sogar Gen-Sequenzen einzufügen (homologe Rekombination, Mitte und links).

Bisher ist es noch offen, ob mit Genome Editing-Verfahren gezüchtete Pflanzen als gentechnisch veränderte einzustufen sind (GVO). Angewendet wurde Genome Editing bereits bei verschiedenen Kulturpflanzen wie Mais, Soja, Petunie, Raps, Tomate und Reis.


Siehe auch

TALEN CRISPR/Cas-System Zinkfinger-Nukleasen Oligonukleotid gerichtete Mutagenese (ODM) Restriktionsenzym