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Anwendungsbeispiele von Genscheren

Symbolbild für die Anwendung von Genscheren: Forscherin schneidet mit einer Schere ein Stück aus einem DNA-Strang

Anwendungsbeispiele von Mutagenesen mittels Genscheren finden sich vor allem in den Bereichen Pflanzenzucht, Medizin und Biotechnologie.

Pflanzenzucht

Bei der Züchtung neuer Pflanzen mittels Genscheren sollen Nutzpflanzen besser an widrige Umweltbedingungen angepasst werden, Ernteverluste durch Unempfindlichkeit von Pflanzen gegenüber Schädlingen vermieden werden oder Pflanzenprodukten vorteilhafte Eigenschaften verliehen werden. Zeitliche Vorteile ergeben sich, wenn bekannte Eigenschaften aus anderen Sorten oder Wildformen übertragen werden sollen. Anstelle von Kreuzungen und aufwändigen Rückkreuzungen können mit Genscheren bestimmte Veränderungen nämlich schnell gezielt übertragen werden. Ein Beispiel:

Gegen Mehltau resistenter Weizen

Mehltau ist eine weit verbreitete Pilzkrankheit, die unter anderem bei Gerste und Weizen auftritt. Befallene Pflanzen weisen einen weißen Belag auf den Blättern auf. Bei einer Gerstensorte wurde eine natürliche Resistenz gegen Mehltau gefunden.

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Diese Eigenschaft wurde durch züchterische Kreuzung in die meisten der in Deutschland angebauten Gerstensorten eingebracht. Neuerdings setzt man nun auch Genscheren dafür ein, bei der Entwicklung neuer Sorten gezielt das entsprechende Gen auszuschalten, nicht nur bei Gerste, sondern zum Beispiel auch bei Weizen. Mit klassischen Methoden ist dies bei Weizen nur sehr schwer zu erreichen. Weizen hat anders als der Mensch drei doppelte Erbgutsätze. Es müssen somit Mutationen in drei Genen ausgelöst werden. Forschern ist es mit Genscheren gelungen, einen mehltauresistenten Weizen zu züchten. In den USA werden die Sorten bereits in Freilandversuchen getestet. Sie gelten dort nicht als gentechnisch verändert.

Medizin

In der Medizin wird versucht, durch das „Ausschalten“ von Krankheiten auslösenden Genen über Genscheren diese zu heilen. Man hofft, auch Veränderungen im Erbgut korrigieren zu können, die für Krankheiten verantwortlich sind.
Ein großes Problem bei der Anwendung von Genscheren im Bereich der Medizin ist die Herausforderung, Fehlschnitte zu vermeiden. Diese entstehen, wenn die Genschere an Orten mit einer ähnlichen Basenfolge schneidet oder diese mehrmals im Erbgut vorkommt. Man kann sich das wie eine Onlinesuche im Internet vorstellen. Sucht man in einer Stadt mit dem Begriff „Restaurant" werden viele Standorte angezeigt. Sucht man jedoch mit dem Namen eines Restaurants, wird sich vermutlich nur ein Standort finden. Wenn dementsprechend die von der Genschere erkannte Basenfolge nicht eindeutig ist, wird sie an mehreren Stellen schneiden. In der Pflanzenzucht ist dies weniger schlimm, da man hier entsprechende Pflanzen aussortieren kann. In der Medizin geht es jedoch um Menschenleben. Fehler müssen daher um jeden Preis vermieden werden. Es gibt aber bereits erste erfolgversprechende Ansätze.

Hoffnung für Patienten mit Duchenne Muskeldystrophie

Die Duchenne Muskeldystrophie ist die häufigste muskuläre Erbkrankheit im Kindesalter.

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Sie beginnt bei Kleinkindern mit einer Schwäche der Becken- und Oberschenkelmuskulatur und schreitet rasch voran. Noch vor wenigen Jahren starben die meisten Patienten im Jugendalter. Durch verbesserte medizinische Versorgung wird heute oft das dritte Lebensjahrzehnt erreicht. Seit 2016 ist bereits bekannt, dass mit Genscheren die Duchenne-Muskeldystrophie im Mausmodell behandelt werden kann. Wie Forscher 2020 veröffentlichten, ist es nun erstmals gelungen, ein defektes Dystrophin-Gen mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas bei lebenden Schweinen zu korrigieren. Muskelschwund und Muskelschwäche konnten so erfolgreich gestoppt werden. Das Schweinemodell stimmt in wichtigen Punkten mit der Duchenne-Muskeldystrophie beim Menschen überein. Der Erfolg ist wichtig, um an eine Gentherapie beim Menschen denken zu können.

Biotechnologie

Im Bereich der Biotechnologie werden Genscheren vorwiegend als neues Werkzeug in der Forschung und Entwicklung verwendet.

Genetische Veränderung biotechnologisch relevanter Bakterien

Bakterien können als kleine Fabriken dienen, um bestimmte Stoffe herzustellen, wie beispielsweise Vitamine als Lebens- oder Futtermittelzusatzstoffe oder schmutzabbauende Eiweiße für Waschmittel.

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Sie können, wenn man ihr Erbgut entsprechend ändert auch chemische Substanzen oder Medikamente für uns erzeugen. Genscheren haben mittlerweile als einfaches und elegantes Werkzeug bei der genetischen Veränderung biotechnologisch relevanter Bakteriengattungen Einzug gehalten. Mit dem CRISPR/Cas-System wurden unter anderem Bakterienstämme beispielsweise in der Milch- oder Weinindustrie erzeugt, die unempfindlich gegen Bakterienviren sind. Auch bei biotechnologisch relevanten Pilzgattungen sind Anwendungen beschrieben, wobei derzeit vor allem die veränderte Produktion medizinisch genutzter Produkte im Fokus steht.

Weiterführende Informationen

  • NMT - Wie eine Genschere funktioniert
  • Klassische Mutagenese und Genscheren im Vergleich
  • Die rechtliche Situation bei der Nutzung von Genscheren

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