Der Chemie-Nobelpreis wurde dieses Jahr für die Genome-Editing-Methode CRISPR/Cas9 vergeben. Doch was kann CRISPR/Cas9 und wie unterscheidet sich die Gen-Schere von der klassischen Gentechnik?
Was sind GMO’s?
Als gentechnisch modifizierte Organismen (GMO) werden alle lebenden Organismen, wie Pflanzen, Tiere und Bakterien bezeichnet, deren Erbgut durch nicht-natürliche Methoden verändert wurden. Dafür werden Gensequenzen, welche eine gewünschte Eigenschaft tragen, aus einem Organismus entfernt und nach dem Zufallsprinzip in die DNA eines anderen Organismus eingefügt. So können beispielsweise Gene aus Bakterien, welche für die Produktion eines Insektizids zuständig sind, in das Erbgut von Pflanzen eingefügt werden. Die Pflanzen produzieren dann ein Gift, welches Fressfeinde abtötet. Durch die genetische Veränderung erhält die Pflanze verbesserte Ausstattungsmerkmale, welche jedoch durch bestimmte Tests nachgewiesen werden können. Meistens erfolgt der Einbau der neuen Gensequenzen an willkürlichen Stellen der Empfänger-DNA und kann so zu unerwünschten und unvorhergesehenen Nebeneffekten führen. In der Schweiz ist der Anbau von gentechnisch modifizierten Organismen verboten.
Und CRISPR/Cas9 ist besser?
Das CRISPR/Cas-System hingegen stammt aus der natürlichen Virenabwehr von Bakterien. Die Enzyme können bestimmte Sequenzen im viralen Genom erkennen und die DNA gezielt zerschneiden. Deshalb wird CRISPR/Cas9 auch als Gen-Schere bezeichnet.
ForscherInnen machten sich diese Eigenschaften des “bakteriellen Immunsystems” zunutze und entwickelten Methoden, mit der in so gut wie allen Zellarten solche DNA-Brüche herbeigeführt werden können. An einer einzigen, definierten Stelle im Genom – nämlich genau an der Stelle, die für eine zu verändernde Eigenschaft verantwortlich ist – wird die DNA geschnitten. Hier können nun Mutationen eingefügt werden, welche gewünschte Eigenschaften hervorrufen oder unerwünschte blockieren.
In der konventionellen Pflanzenzüchtung ist die Mutationszüchtung übrigens weit verbreitet. Hierfür werden die Pflanzen mit bestimmten Chemikalien behandelt oder mit ionisierender Strahlung beschossen, welche zufällige Mutationen im Erbgut auslösen. Pflanzen, welche dann erwünschte/verbesserte Eigenschaften zeigen, werden zur weiteren Züchtung genutzt. Doch auch hier; unerwünschte und unvorhergesehene Nebeneffekte sind nicht Seltenheit, sondern die Norm.
Die Vorteile von Genome-Editing
Die grösste Stärke der neuen Genome-Editing-Methoden wie CRISPR/Cas9 liegen vor allem in deren Präzision. Sie kämpfen nicht mit der Willkürlichkeit, welche mit der Züchtung und der klassischen Gentechnik einhergehen. Das bedeutet in erster Linie Zeit- und Kostenersparnis, aber auch mehr Sicherheit in der Anwendung.
CRISPR/Cas9 – Ist das nicht einfach eine neue Art der Gentechnik?
Die durch Gentechnik von aussen eingeführten Gen-Materiale (sogenannte Transgene) lagern sich an unbekannten Positionen in der DNA an. Die punktuelle Veränderung der Gene durch Genome-Editing führt zu Mutationen, welche auch zufällig und ohne technische Eingriffe unter natürlichen Bedingungen entstehen können.
Zum Vergleich: Bei Weizen findet man zwischen zwei Generationen 100 bis 120 natürliche Mutationen, welche komplett zufällig stattfinden und deren genauen Positionen grösstenteils unbekannt sind.
Das Wissen um jede einzelne der Gen-Veränderungen unterscheidet Genome-Editing signifikant von der herkömmlichen Züchtung und auch von der Gentechnik. Und schlussendlich kann man in den editierten Produkten, anders als in gentechnisch veränderten Pflanzen, keine artfremden Gene nachweisen.
Man kann also sagen, dass die Editierung von Genen die natürliche Auslese beschleunigt, ein Prozess, der seit Jahrhunderten zur Verbesserung von Nutzpflanzen angewendet wird.
Weiterführende Informationen:
transgen.de: Nobelpreis für CRISPR/Cas: Was man dazu wissen sollte
Quellenangaben:
Titelbild von Unsplash (National Cancer Institute)
global.wf.com: Genetically modified vs. gene editing
transgen.de: Nobelpreis für CRISPR/Cas: Was man dazu wissen sollte
transgen.de: Mutationszüchtung: Zufälligkeit als Methode
Bundesamt für Landwirtschaft BLW: GVO in der Landwirtschaft
sciencedaily.com: Nobel Prize in Chemistry 2020: CRISPR/Cas9 method for genome editing
