Genome Editing

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Genome Editing oder Genomchirurgie[1] deutsch häufig Genom-Editierung[2] ist eine molekularbiologische Methode zur zielgerichteten Veränderung von DNA, einschließlich des Erbguts von Pflanzen, Tieren und Menschen.[3]

Wirkungsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Grafik zur anschaulichen Erklärung von Genome Editing

Zum Einführen zielgerichteter Veränderungen im Erbgut von komplexen Organismen werden sogenannte Designer-Endonukleasen eingesetzt[4]. Diese Enzyme schneiden doppelsträngige DNA an einer vorbestimmten Zielsequenz, wodurch Doppelstrangbrüche entstehen.[5] Die Doppelstrangbrüche wiederum aktivieren DNA-Reparatur-Prozesse in der Zelle, wie das Non-homologous end-joining (NHEJ) oder die Homologe Reparatur, die auch als homology directed repair (HDR) bezeichnet wird. Während mittels NHEJ Gene gezielt inaktiviert werden, kann die HDR zum gezielten Einfügen definierter Mutationen oder ganzer DNA-Abschnitte ins Genom herangezogen werden.

Die Zeitschrift Nature Methods kürte das Genome Editing 2011 zur Methode des Jahres.[6]

Enzyme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zu den häufig verwendeten Klassen von Designer-Nukleasen zählen Zinkfingernukleasen (ZFN), Transcription Activator-like Effector Nucleases (TALENs), die CRISPR/Cas-Methode, das CRISPR/Cpf1-System und Meganukleasen (modifizierte Homing-Endonukleasen).[7][8][9] Die spezifische Erkennung der DNA erfolgt bei der Zinkfingernuklease, der TALEN und der Meganuklease durch einen bestimmten Proteinteil, während sie bei den CRISPR-Systemen durch eine spezifische RNA vermittelt wird.

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Genome Editing wird für die gezielte Veränderungen des Genoms von Mikroorganismen (weiße Gentechnik),[10] Pflanzen (grüne Gentechnik),[11] Tieren (rote Gentechnik)[12] und beim Menschen (Gentherapie)[13] eingesetzt. Das Genome Editing kann zum gezielten Zerstören eines Gens (Gen-Knockout), zum Einführen eines Gens an einer spezifischen Stelle im Genom (Gen-Knockin) oder zur Korrektur einer Punktmutation in einem Gen verwendet werden.[3]

Regulatorische Aspekte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Genome Editing ist eine neue Technologie, die eine gezielte Veränderung des Genoms von Pflanzen, Tieren und Menschen erlaubt. Zurzeit ist noch unklar, ob Gen-editierte Organismen wie gentechnisch veränderte Organismen (GVO) einzustufen und somit die für GVO gelten Richtlinien anzuwenden sind. Experten aus verschiedenen Ländern haben vorgeschlagen, dass Gen-editierte Pflanzen, sofern sie keine Fremd-DNA enthalten, Pflanzen aus konventioneller Züchtung gleichzustellen sind.[14]

Die Ethikräte Deutschlands, Frankreichs und Großbritanniens haben bei ihrem 7. trilateralen Treffen in Berlin am 24. Oktober 2016 eine öffentliche Debatte zu Genom-Editierung angestoßen[15].

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • S. Chandrasegaran, D. Carroll: Origins of Programmable Nucleases for Genome Engineering. In: Journal of molecular biology. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Oktober 2015, doi:10.1016/j.jmb.2015.10.014, PMID 26506267.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. BBAW: Genomchirurgie beim Menschen (PDF) S. 10.
  2. siehe etwa Genom-Editierung: Patentstreit um Crispr ist entschieden
  3. a b Lee, J., et al. (2016). "Designed nucleases for targeted genome editing." Plant Biotechnology Journal 14(2): 448-462.doi:10.1111/pbi.12465
  4. Bednarski & Cathomen (2015): Maßgeschneidertes Genom - Designer-Nukleasen im Einsatz BIOspektrum 21, 22-24. doi:10.1007/s12268-015-0528-4
  5. R. Wilkinson, B. Wiedenheft: A CRISPR method for genome engineering. In: F1000prime reports. Band 6, 2014, S. 3, ISSN 2051-7599. doi:10.12703/P6-3. PMID 24592315. PMC 3883426 (freier Volltext).
  6. Anonym: Method of the Year 2011. In: Nature methods. Band 9, Nummer 1, Januar 2012, S. 1, ISSN 1548-7105. PMID 22312634.
  7. K. M. Esvelt, H. H. Wang: Genome-scale engineering for systems and synthetic biology.. In: Mol Syst Biol. 9, Nr. 1, 2013, S. 641. doi:10.1038/msb.2012.66. PMID 23340847. PMC 3564264 (freier Volltext).
  8. W. S. Tan, D. F. Carlson, M. W. Walton, S. C. Fahrenkrug, P. B. Hackett: Precision editing of large animal genomes.. In: Adv Genet. 80, 2012, S. 37-97. doi:10.1016/B978-0-12-404742-6.00002-8. PMID 23084873. PMC 3683964 (freier Volltext).
  9. H. Puchta, F. Fauser: Gene targeting in plants: 25 years later.. In: Int. J. Dev. Biol. 57, 2013, S. 629-637. doi:10.1387/ijdb.130194hp.
  10. Sampson, T.R., and Weiss, D.S. (2014). Exploiting CRISPR/Cas systems for biotechnology. Bioessays 36, 34-38. doi:10.1002/bies.201300135
  11. Voytas, D.F., and Gao, C. (2014). Precision genome engineering and agriculture: opportunities and regulatory challenges. PLOS Biol 12, e1001877. doi:10.1371/journal.pbio.1001877
  12. Laible, G., Wei, J., and Wagner, S. (2015). Improving livestock for agriculture - technological progress from random transgenesis to precision genome editing heralds a new era. Biotechnol J 10, 109-12. doi:10.1002/biot.201400193
  13. Cox, D.B., Platt, R.J., and Zhang, F. (2015). Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Nature medicine 21, 121-131. doi:10.1038/nm.3793
  14. Huang, S., et al. (2016). "A proposed regulatory framework for genome-edited crops." Nat Genet 48(2): 109-111 doi:10.1038/ng.3484
  15. Pressemitteilung Nr. 07/2016 des Deutschen Ethikrates vom 23. Oktober 2016 abgerufen am 25. Oktober 2016