Züchten mit Crispr

Crispr/Cas: Mutationen sind natürlich Plus

Über Crispr/Cas diskutiert zurzeit die ganze Welt. Das gezielte Verändern von DNA bringt riesige Chancen mit sich. Doch die Technik ist komplex und die Kritiker laut. Hier eine Analyse.

Der Begriff „Genome editing“ erbringt bei der Googlesuche gut 56 Mio. Ergebnisse, rund 16 Mio. Suchergebnisse gibt es für „Crispr“ – so der derzeitige Stand. Täglich werden es mehr, denn mit dem zielgenauen Genomwerkzeug arbeitet die ganze Welt.

Deshalb rumort es in der EU und in Deutschland: Wissenschaftler, Verbände und Landwirte wollen teilhaben an dieser Technik. Sie sehen sich stark eingeschränkt durch ein Urteil des EuGH, welches diese Züchtungstechnologie als Gentechnik einstuft und dessen Einsatz für mittelständische Züchter damit fast unmöglich macht. Sie schrieben offene Briefe und diskutierten auf einer internationalen Konferenz. Das Bundesinstitut für Risikobewertung hielt sogar eine Verbraucherkonferenz zu diesem Thema ab. Doch was steckt hinter diesen Begriffen, warum sind Befürworter verärgert und was sagen die Kritiker?

Die Technik: Genome editing und Crispr – was ist das?

Mit den neuen molekularbiologischen Züchtungsmethoden – dem Genome editing – können Forscher sehr präzise die DNA verändern. Dieses sogenannte Editieren funktioniert wie eine Textbearbeitung: Entweder bearbeitet man einzelne Buchstaben, das sind die Basen (DNA-Bausteine) oder gleich ganze Wörter, demnach eine Abfolge von Basen.

Die jüngste Methode des Genome editing ist Crispr oder auch Crispr/Cas. Das steht für „Clustered regularly interspaced short palindromic repeats“. In Deutschland ist Crispr auch als Genschere oder Genchirugie bekannt. In der Natur nutzen Bakterien dieses Werkzeug zur Immunabwehr gegen Viren. Um Crispr in der Pflanzenzüchtung einsetzen zu können, muss die Pflanzen-DNA bekannt, also das Genom vollständig sequenziert sein. Wie die Übersicht zeigt, besteht Crispr/Cas aus zwei Teilen:

Die Ribonukleinsäure, kurz RNA: Sie leitet das Werkzeug zu der Stelle im Genom, die die Forscher editieren wollen. Ein kurzer Teil der Crispr-RNA ist die zielspezifische DNA-Sequenz. Diese ist so programmiert, dass sie zu einer ganz bestimmten Basenabfolge in der Pflanzen-DNA passt. Die Crispr-RNA bindet sich erst an die Pflanzen-DNA, wenn sie dort die Andocksequenz erkennt, das sogenannte Protospacer Adjacent Motif, kurz PAM.

Das Schneideprotein Cas9: Es transportiert die RNA. Cas steht für „Crispr associated“. Sobald sich die RNA an die Pflanzen-DNA gebunden hat, funktioniert das Protein wie eine Schere und zerteilt den Doppelstrang.

Die natürlichen Reparaturmechanismen der Zelle fügen die getrennte DNA wieder zusammen. Weil dabei einige Basen verloren gehen und andere hinzukommen, können Punktmutationen entstehen. In diesem Rahmen ließen sich zudem neue Genabschnitte einfügen.

Crispr/Cas9 ist das am häufigsten verwendete Werkzeug. Inzwischen entwickelten Forscher das noch effizientere Protein Cas12. Weitere Werkzeuge, die auch unter Genome editing fallen und sehr gezielt Mutationen in der DNA auslösen, sind Zinkfingernukleasen, die Talen-Technik oder das ODM-Verfahren.

Da Crispr und Co. gezielt Punktmutationen erzeugen, fallen diese Techniken unter den Fachbegriff „gerichtete Mutagenese“. Ungerichtete Mutagenese bedeutet hingegen, dass Züchter die DNA mit radioaktiver Strahlung oder Chemie bearbeiten. Dabei entstehen Mutationen nach dem Zufallsprinzip.

Punktmutationen kommen in der Natur vor. UV-Strahlung kann diese z.B. in Zuckerrüben auf dem Feld auslösen. Durch Crispr/Cas entstandene Mutationen lassen sich häufig weder von natürlichen noch von den Mutationen der ungerichteten Mutagenese unterscheiden.

SO FUNKTIONIERT GENOME EDITING MIT CRISPR/CAS9

Die Risiken: „Off-Target-Effekte“ und „Gene Drive“

Bei aller Präzision von Crispr...

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