Lexikon des Agrarraums

Genome Editing

Genome Editing, auch Gene Editing; dt. häufig Genom-Editierung oder Genomchirurgie; er bedeutet auf Deutsch „Bearbeitung der Erbinformation“ und ist ein Sammelbegriff für molekularbiologische Techniken zur zielgerichteten Veränderung von DNA, einschließlich des Erbguts (Genom) von Pflanzen, Tieren und Menschen. Auch Gen-Deletionen (sogenannten Gen-Knockouts) oder Insertionen von arteneigenen oder artenfremden Genen können erzeugt werden. Diesbezüglich werden natürlich vorkommende Enzyme (Nukleasen) modifiziert, um die Effizienz bzw. die Genauigkeit des Prozesses zu erhöhen.

Dazu zählen u. a. folgende Techniken:

• Mutagenese mit Hilfe von Zinkfingernukleasen (ZFN),
• TALEN (Transcription Activator-like Effector Nuclease),
• Oligonukleotid-gesteuerte Mutagenese (OGM; engl.: ODM) und
• CRISPR/Cas9.

Das Genome Editing mit dem CRISPR/Cas-System wird als "genetische Chirurgie" der dritten Generation (nach ZFN und TALEN) beschrieben.

Mit den Verfahren des Genome Editing können gezielte Veränderungen im Genom des Zielorganismus eingeführt werden. Dafür sind zwei Komponenten nötig: Ein Protein (Nuklease), das die DNA des Zielorganismus schneidet, und ein „Lotse“, der diese Nuklease an die gewünschte Stelle der DNA leitet. Dabei wird der „Lotse“ (je nach Technik ein Stück DNA, eine RNA oder ein Protein) passgenau so hergestellt, dass er die gewünschte Stelle im Genom des Zielorganismus „erkennt“. Die Nuklease kann entweder von außen in die Zelle eingebracht werden (CRISPR/Cas9, TALEN, Zinkfinger-Nuklease) oder natürlicherweise in der Zelle vorhanden sein (OGM).

Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Genome Editing und herkömmlichen Verfahren der Pflanzenzüchtung

Bei der herkömmlichen Pflanzenzüchtung (nicht gentechnische Verfahren) werden neben der natürlichen Kreuzung von Pflanzen auch spontane oder chemisch bzw. durch Bestrahlung ausgelöste Veränderungen im Pflanzengenom genutzt, ohne dass genau bekannt ist, an welchen Stellen im Genom die Veränderungen erfolgen. Daher müssen in einem anschließenden Selektionsprozess aus einer Vielzahl diejenigen behandelten Zellen bzw. Pflanzenklone identifiziert und selektiert werden, die die gewünschte(n) Veränderung(en) enthalten. Diese Techniken wurden bereits über 3000 Mal zur Herstellung neuer Pflanzenvarietäten erfolgreich genutzt. So wurden z. B. bestimmte Gerstensorten mit Hilfe von Gammastrahlen erzeugt.

Beim Genome Editing dagegen können Gene zielgenau verändert werden. Wie sich die Veränderung an dieser definierten Stelle gestaltet, hängt davon ab, wie die Werkzeuge beim Genome Editing eingesetzt werden (s.o.). In einigen Fällen lässt sich anhand des Ergebnisses (DNA-Sequenz) nicht unterscheiden, ob eine Mutation auf natürlichem Wege oder etwa durch eine neue Technik entstanden ist. Mit Hilfe des Genome Editings können aber auch genetische Varianten erzeugt werden, welche nicht auf natürlichem Wege entstehen. (BfR)

Weitere Informationen:

• Einstufung von und Umgang mit neuen Gentechnikverfahren (Bundestagsdrucksache 18/10301, 2016)