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CRISPR-Cas und Genome Editing

Funktionsweise von CRISPR-Cas

Die Entdeckung von CRISPR/Cas stellt einen technischen Durchbruch in der Gentechnik dar. CRISPR/Cas ist ein Molekülkomplex, der bei der Immunantwort von Bakterien gegen Viren eine Rolle spielt, der auch in der Biotechnologie genutzt werden kann. Durch die Kombination aus einer synthetischen CRISPR-Komponente, mit der Gensequenzen spezifisch angesteuert werden können, und der Nuklease Cas, mit der diese Gensequenzen dann geschnitten werden, können Erbinformationen gezielt an vorbestimmten Stellen geändert werden. Dabei erhöht sich durch die Verwendung von CRISPR/Cas und anderen – sogenannten Genome Editing-Verfahren – die Bandbreite möglicher Veränderungen.

Anwendungsbereiche

Bei der Bewertung des Genome Editings können drei Anwendungsbereiche unterschieden werden:

Werden in einem Organismus einzelne Gene verändert oder neu eingeführt, handelt es sich um „klassische“ Gentechnik. Hier spielen die Neuen Verfahren eine Rolle, indem sie sowohl die Vereinfachung von Methoden erlauben als auch neue Anwendungsmöglichkeiten bieten. Diese quantitativen und qualitativen Unterschiede werden bereits bei diesen Anwendungen zu neuen Herausforderungen bei der Zulassung, insbesondere der Risikobewertung und dem Monitoring, führen. Außerdem müssen bei CRISPR/Cas keine Markergene mehr eingesetzt werden, was zusätzlich Auswirkung auf die Verfahren der Risikobewertung, des Monitorings und auf die Rückverfolgbarkeit haben kann.

CRISPR/Cas findet aber auch Anwendung in der komplexen Veränderung des Erbguts, der sogenannten Synthetischen Biologie. Dabei kann es sich um das Einführen vieler neuer Gene handeln, beispielsweise ganzer Synthesewege in einen Organismus an vordefinierter Stelle im Genom. Oder um das Einführen von synthetischen Genen, die so in der Natur nicht vorkommen. Auch Gene Drives sind hier zu nennen, bei denen CRISPR/Cas gleich mitvererbt wird, wodurch sich die Mendelschen Vererbungsregeln außer Kraft setzen lassen und sich gentechnische Veränderungen in Wildpopulationen vermehrt ausbreiten können. Gene Drives können beispielsweise dazu benutzt werden, wilde Populationen durch Einführung genetisch bedingter Sterilität zu dezimieren oder neue Gene in sie einzubringen. Es handelt sich bei synthetischen Gene Drives demnach um gentechnische Veränderungen, die in der Natur an wild lebenden Organismen vorgenommen werden. Es gibt bereits konkrete Überlegungen, Gene Drives nicht nur in den weitgehend gut bekannten Agrarökosystemen freizusetzen, sondern auch in einer Vielzahl von Wildhabitaten. Ganz allgemein sind Anwendungen der Synthetischen Biologie für die Risikobewertung und das Monitoring eine Herausforderung, weil so ganz neue Organismen entstehen und klassische Ansätze zur Risikobewertung und zum Monitoring ggf. nicht mehr greifen.

Der dritte Bereich wird momentan stark diskutiert, unter anderem weil dabei die rechtliche Einordnung als Gentechnik teilweise in Frage gestellt wird. Mit den sogenannten Neuen Techniken können durch Verfahren wie CRISPR/Cas einzelne Basenpaare – die „Buchstaben“ der DNA – in Genen gezielt hinzugefügt oder entfernt werden. Gene können entweder stillgelegt, verändert oder in ihrer Wirkung verstärkt werden. Hier haben auch kleine Veränderungen, gerade weil sie nun gezielt möglich sind, das Potential, immense Wirkung zu entfalten.

Begriffserklärungen:

  • CRISPR: Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats
  • Genome Editing verfahren: Zu den Genome Editing Verfahren zählen vor allem CRISPR/Cas, Zink Finger Nukleasen, TALEN, Meganukleasen und Oligonucletodid Directed Mutagenesis (ODM). ODM Verfahren sind nur für den dritten Anwendungsbereich von Genome Editing, den Neuen Techniken, einsetzbar.
  • Neue Techniken: Auch Neue Gentechniken, Neue Züchtungstechniken, Neue molekularbiologische Techniken oder New Plant Breeding Techniques genannt.

Letzte Änderung: 13.07.2017

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