CRISPR/Cas9: Hallesche Biologen liefern verbesserte Werkzeuge für Gen-Schere

Seit einigen Jahren arbeiten Wissenschaftler weltweit daran, Werkzeuge zum Genome Editing, dem gezielten Eingreifen in das Erbgut von Menschen, Tieren oder Pflanzen, zu verbessern. Besonders vielversprechend ist dabei die Gen-Schere CRISPR/Cas9.

Ein CRISPR/Cas9-System besteht aus zwei Teilen: "Da ist zum einen das Protein Cas9, das immer vorhanden sein muss. Es fungiert als Schere, die die DNA an einer bestimmten Stelle schneidet", sagt Dr. Johannes Stuttmann vom Institut für Biologie der MLU. Der zweite Teil ist die sogenannte Guide-RNA, die das Cas9-Protein an die gewünschte Stelle im Erbgut führt, damit genau an dieser Stelle ein Schnitt gesetzt wird.

Mit konventionellen CRISPR-Verfahren lassen sich nur einzelne Gene ansteuern und ausschalten. Das hat zwei Nachteile: "Im Erbgut befinden sich häufig Gene mit ähnlichen oder gleichen Funktionen hintereinander. Das bedeutet, dass ich mehrere Gene ausschalten muss, um zum Beispiel eine bestimmte Eigenschaft in einer Pflanze zu beeinflussen", so Stuttmann weiter. Außerdem ließen sich kleinere Veränderungen im Erbgut in späteren Generationen einer Pflanze nicht so einfach auffinden und verfolgen wie größere.

Das Verfahren der halleschen Forschergruppe setzt auf mehrere Guide-RNAs, sodass mit einem Eingriff gleich mehrere Stellen im Erbgut auf einmal verändert werden können. "Die Idee, mehrere Guide-RNAs zu verwenden, wird von Forschern weltweit seit einiger Zeit verfolgt. Wir haben ein Tool entwickelt, mit dem sich das schneller und einfacher umsetzen lässt", fasst Stuttmann zusammen. Ihr Verfahren haben die Wissenschaftler an der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und an Tabakpflanzen erprobt. In ihren Versuchen konnten sie 120.000 Basenpaare aus dem Erbgut löschen - in früheren Arbeiten wurden nur etwa 1.500 Paare gelöscht, so Stuttmann.

Der neue Ansatz verspricht noch einen weiteren Vorteil: Nachdem ein ganzes Gen-Cluster aus dem Erbgut entfernt wurde, lassen sich die einzelnen Gen-Elemente in Stücken wieder einfügen. So ist es möglich, genau nachzuvollziehen, welche Funktionen die einzelnen Abschnitte haben könnten.

Zur Publikation:
Ordon, J., Gantner, J., Kemna, J., Schwalgun, L., Reschke, M., Streubel, J., Boch, J. and Stuttmann, J. (2017), Generation of chromosomal deletions in dicotyledonous plants employing a user-friendly genome editing toolkit. Plant J, 89: 155-168. doi:10.1111/tpj.13319

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