Zinkfinger-Nukleasen

Molekularbiologische Methode mit künstlich hergestellten Enzymen, um DNA zielgerichtet zu schneiden und zu verändern. Gene können eingefügt, entfernt oder ausgeschaltet werden. Das Verfahren wird auch in der Pflanzenzüchtung eingesetzt.

Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) sind künstlich hergestellte Restriktionsenzyme, welche die DNA an einer gewünschten Zielsequenz schneiden, um das Genom an dieser Stelle zu verändern. Sie werden auch als Designer-Nukleasen oder molekulare Scheren bezeichnet. ZFN werden beim Genome Editing verwendet, um Gene gezielt auszuschalten, zu entfernen oder neue Gene einzufügen.

ZFN Zinkfinger Nukleasen

Aufgebaut sind ZFN aus einer Zinkfingerdomäne und einem Enzym, welches doppelsträngige DNA schneiden kann (Endonuklease). Die Zinkfingerdomäne ist eine schleifenförmige Struktur innerhalb eines Zinkfingerproteins, die durch ein Zink-Ion zusammengehalten wird. Man bezeichnet sie auch einfach als Zinkfinger. Über die Zinkfingerdomäne kann die ZFN sequenzspezifisch an Nukleinsäuren binden. Danach schneidet die Nuklease die DNA.

Die Zinkfingerdomäne der ZFN kann so konstruiert werden, dass sie eine gewünschte DNA-Sequenz ganz gezielt erkennt. Die Konstruktion und Herstellung der ZFN ist jedoch sehr aufwändig und zeitintensiv.

In der Pflanzenzüchtung spielen vor allem drei Varianten der ZFN eine Rolle: ZFN 1, ZFN 2 und ZFN 3.

Bei der ZFN 1 -Technologie wird mit ZFN ein Doppelstrangbruch der DNA herbeigeführt, ohne dass man durch Hinzufügen von Reparatur-DNA-Sequenzen den natürlichen Reparaturmechanismus beeinflusst. Durch Verbinden der freien Enden (Non homologous end joining) entstehen zufällig Mutationen an einem oder wenigen Basenpaaren. Mitunter werden auch kurze DNA-Stücke neu eingefügt (Insertion) oder entfernt (Deletion). So können mit der ZFN 1-Technologie gezielt kurze Genomabschnitte verändert oder ausgeschaltet werden.

Bei der ZFN 2 -Technologie wird neben ZFN auch DNA in die Zelle eingebracht, welche homolog zu den Bruchkanten der geschnittenen DNA ist. Sie dient als Vorlage für die Reparatur des Doppelstrangbruches und wurde durch den Austausch von Basenpaaren künstlich verändert. Durch natürliche Reparaturmechanismen (homologe Rekombination) wird anhand der eingeführten DNA die Veränderung ins Genom der Zelle eingebracht. Auf diese Weise können Gene ausgeschaltet oder repariert werden.

Die ZFN 3 -Technologie verläuft ähnlich der ZFN 2-Technologie, jedoch werden zwischen den Enden der eingebrachten DNA, welche homolog zu den Flanken am Doppelstrangbruch sind, längere DNA-Abschnitte eingefügt. Diese werden dann bei der Reparatur des Doppelstrangbruches ins Genom der Zelle integriert.

In der Pflanzenzüchtung eingesetzt wurden ZFN bereits bei Tabak, Soja, Mais, Raps und Tomaten.

Der rechtliche Status solcher Pflanzen ist noch nicht eindeutig geklärt. Pflanzen, welche mit Hilfe der ZFN 1- und ZFN 2-Technologie entwickelt wurden, werden eher nicht als gentechnisch veränderte Organismus (GVO) angesehen, da sie nur kleine Mutationen enthalten, welche auch auf natürlichem Wege entstehen können. Dagegen dürften unter Verwendung der ZFN 3-Technologie entwickelte Pflanzen als GVO eingestuft werden, insbesondere, wenn Gene aus einer anderen Art eingefügt wurden.

Siehe auch

Genome Editing Nukleasen Restriktionsenzym Rekombination