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. Wird auch in der Tier- und Pflanzenzüchtung eingesetzt.

Unter Genome Editing (auch: Gene Editing) versteht man eine Reihe von neuen molekularbiologischen Methoden, mit denen gezielt Veränderungen im Genom vorgenommen werden können. Zu ihnen zählen Zinkfinger-Nukleasen, Transcription Activator-like Effector Nucleases (TALEN), Meganukleasen, Oligonukleotid gerichtete Mutagenese (ODM) und die Genschere CRISPR/Cas. Die Verfahren sind sehr effizient und präzise. Sie bestehen - etwas vereinfacht - aus drei Schritten:

Genome Editing 3

(1) Zunächst muss im riesigen Genom z.B. einer Pflanze 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, TALEN oder Meganukleasen sein, DNA-Abschnitte bei ODM oder wie beim CRISPR/Cas-System RNA-Abschnitte.

(2) Genau an der jeweiligen Zielsequenz – und nur da – wird der DNA-Strang mit einer molekularen „Schere“ geschnitten. Als Schere dient eine Nuklease (Restriktionsenzym, Cas-Protein), die in die Zelle eingebracht wird oder - wie bei ODM - natürlicherweise in der Zelle vorhanden ist.

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

Rekombination

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

Im Regelfall gehen bei der Reparatur an der Bruchstelle einzelne DNA-Bausteine verloren oder sie werden „falsch“ zusammengesetzt (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-Bauteile auszutauschen oder sogar Gensequenzen einzufügen (homologe Rekombination, Mitte und links).

Angewendet wird Genome Editing bereits bei zahlreichen Kulturpflanzen, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Pflanzenzüchtung. Auch in der Tierzucht spielt Genome Editing zunehmend eine Rolle. Die erste kommerziell angebaute, genom-editierte Pflanze ist ein Raps mit einer spezifischen Herbizidresistenz (Anbau seit 2015 in Nordamerika). Seit 2018 wird in den USA auch eine genom-editierte Sojabohne mit erhöhtem Ölsäureanteil angebaut. Die Pflanzen wurden dort als nicht-GVO (gentechnisch veränderter Organismus) eingestuft.

In der EU fallen alle mit Genome Editing-Verfahren erzeugte Organismen nach einem Urteil des Europäischen Gerichtshofs (EuGH) im Juli 2018 unter die geltenden Gentechnik-Gesetze. Ihre Verwendung, aber auch jede Freisetzung in die Umwelt müssen genehmigt werden, daraus hergestellte Lebens- und Futtermittel sind kennzeichnungspflichtig.

Siehe auch

Mutation Gen Genom TALEN Zinkfinger-Nukleasen Meganukleasen ODM CRISPR/Cas DNA RNA Nuklease Restriktionsenzym homologe Rekombination GVO