Tobiology

DNA-freie Genomeditierung

Von Tobias Brügmann (Team: Tobiology) · 27.03.2019

Seit den 1980er Jahren kann die Erbinformation von Pappeln – als erste Bäume überhaupt – mit gentechnischen Verfahren verändert werden. Hierzu gibt es ganz unterschiedliche Verfahren. Zwei klassische Methoden sind die Agrobakterien-vermittelte Transformation und die ballistische Transformation mit einer sogenannten „Particle Gun“.

Agrobakterien können zum Einschleusen ausgewählter DNA-Stücke verwendet werden, da hierbei auf einen ursprünglich natürlichen Mechanismus der Bakterien zurückgegriffen wird. Die im Erdboden vorkommenden Bakterien erkennen verwundete Pflanzen und schleusen Teile ihrer eigenen DNA, die Transfer-DNA, in die Pflanzen ein. Dieser kleine DNA-Abschnitt wird in das Pflanzengenom eingebaut und führt zu Wucherungen und der Produktion bestimmter Substanzen, von denen sich die Bakterien ernähren. Die Transfer-DNA kann im Labor gegen einen ausgesuchten DNA-Abschnitt ausgetauscht werden, den die Bakterien daraufhin in das Pflanzengenom einschleusen.

Zur ballistischen Transformation werden DNA-Stücke auf 0,8 Mikrometer kleine Metallpartikel aufgetragen, die in einer Particle Gun mit großem Druck auf Pflanzenzellen geschossen werden. Die DNA gelangt dadurch in die Zellen und wird ebenfalls in das Pflanzengenom eingebaut.

Bei beiden Methoden entstehen transgene Pflanzen, die fremde DNA enthalten. Aufgrund der großen Skepsis in der Gesellschaft gegenüber solchen klassischen transgenen Pflanzen, wird am Thünen-Institut für Forstgenetik in Großhansdorf an neuen Methoden geforscht.

Der Thünen-Wissenschaftler Tobias Brügmann entwickelt im Projekt „aProPop“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, eine neue Technologie zur DNA-freien Genomeditierung. Hierbei verwendet er die beiden Editierungstechniken CRISPR/Cas und TALEN.

Bei CRISPR/Cas wird die Genschere Cas9 in die Pflanzenzelle eingeschleust, die die Pflanzen-DNA an einer vorgesehenen Stelle verändert. Diese DNA-Region wird durch die guideRNA festgelegt, die als Schablone für die Genschere Cas9 dient und dieses Enzym an die richtige DNA-Stelle lotst. Die TALEN-Technik kommt sogar ohne eine Schablone aus RNA aus, da im Proteinkomplex die Zielregion selbst verschlüsselt ist.

Zur Etablierung dieser Methode verwenden Tobias Brügmann und seine Kolleg*innen zunächst das Gen „PDS“, das als Ziel für die Genscheren dient. PDS steht für „Phytoen-Desaturase“ und ist ein Enzym, das für die Bildung des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll notwendig ist. Sobald die Genschere das Gen PDS zerschneidet und es dadurch seine Funktionsfähigkeit verliert, können die Pflanzenzellen keinen grünen Farbstoff mehr produzieren und bleiben weiße Albinos. Da sie einfach zu erkennen sind, ist PDS ein nützlicher Marker für eine erfolgreiche Editierung. Nach der Etablierung dieser Methode kann das Gen PDS gegen andere Gene ausgetauscht werden, die einen stärkeren Anwendungsbezug haben.

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