Point «Aktuelle Biotechnologie» Dezember 2023 (Nr. 258)

Innovative Pflanzenzüchtung: Pilzresistente Reben mit CRISPR/Cas9

Nicht nur die Menschen lieben den Wein, sondern leider auch viele Krankheitserreger. Vor allem Pilzbefall macht den Weinreben zu schaffen. Etwa ein Drittel aller in der Schweiz eingesetzten Pflanzenschutzmittel werden im Rebbau benötigt, vor allem gegen Pilze. Die klassische Kreuzungszüchtung für Pilzresistenz ist langwierig, und die dabei entstehenden Reben unterscheiden sich von den am Markt etablierten, beliebten Sorten. Als Alternative wenden sich Pflanzenzüchter zunehmend auch der Genomeditierung zu. Diese ermöglicht es, bestehende Sorten in kurzer Zeit präzise mit neuen Eigenschaften auszustatten. Ein Team von Forschenden aus Frankreich beschreibt jetzt, wie sie mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 Weinreben widerstandsfähiger gegen den gefürchteten falschen Mehltau machen konnten. Dazu schalteten sie ein Gen in den Pflanzen aus, das die Pilzabwehr bremst. Die genomeditierten Reben waren daher resistenter gegen eine Mehltau-Infektion. Um eine dauerhafte Resistenz zu ermöglichen, sollten mehrere Resistenzmechanismen in einer Pflanze kombiniert werden – die Forschenden hoffen, mit ihrer Arbeit einen solchen Resistenzbaustein beizutragen. (mehr…)

Medizin: Krebs-Schredder gegen Hirntumore

Hirntumore sind oft schwer zu behandeln. Vor allem bei Glioblastomen sind die Aussichten für Patienten ungünstig, sie sind die häufigste tödliche Krebserkrankung des Gehirns. Besonders problematisch ist, dass Glioblastome trotz energischer Behandlung mit chirurgischen Eingriffen und Chemotherapie oft in kurzer Zeit zurückkehren und dann resistent gegen eine weitere Therapie sind. Ein Forscherteam aus dem Labor von Nobelpreisträgerin Jennifer Doudna vom Gladstone Institut in San Francisco hat jetzt eine Achillesferse der therapieresistenten Krebszellen entdeckt, und einen Ansatz entwickelt, wie diese gezielt mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 «geschreddert» werden können. Sie beobachteten, dass die Krebszellen bei Glioblastomen nach einem Rückfall oft zahlreiche genetische Veränderungen trugen, die sie von den gesunden Körperzellen unterschieden. Sie programmierten das CRISPR/Cas9 System so, dass es spezifisch an diesen veränderten Positionen wie mit einem Reisswolf zahlreiche Schnitte in das Erbgut der Krebszellen einführte, und diese so zum Absterben brachte. Gesunde Zellen blieben unbehelligt. Bisher wurde der Ansatz nur im Reagenzglas an isolierten Tumorzellen eines Patienten erprobt, bis zu einer klinischen Anwendung sind noch zahlreiche Hürden zu überwinden. Der Krebs-Schredder-Ansatz könnte aber zur Grundlage eines ganz neuen Behandlungskonzepts für sonst nur schwer zu kontrollierende Tumorerkrankungen werden. (mehr…)

Industrielle Biotechnologie: CRISPR/Cas9 für Produkte mit Mehrwert

Es ist erst elf Jahre her, seit die Genschere CRISPR/Cas9 erstmals als Werkzeug zur gezielten Erbgut-Veränderung beschrieben wurde. Seither haben sich die technischen Möglichkeiten rapide weiterentwickelt. Nicht nur ist es möglich, gezielte Schnitte an vorbestimmten Positionen im Genom anzubringen, sondern es können auch wie mit einem Textverarbeitungsprogramm Veränderungen einzelner Buchstaben des genetischen Codes angebracht werden. Auch die Umlagerung grosser Erbgutabschnitte, ihr Austausch oder ihre Entfernung wird möglich. Und durch den parallelen Einsatz der Genomeditierung können gleichzeitig zahlreiche Veränderungen im Erbgut erzeugt werden. Eine Reihe von Artikeln in der Fachzeitschrift «Frontiers in Bioengineering and Biotechnology» wirft ein Schlaglicht auf die Möglichkeiten, die Herstellung von Produkten mit Mehrwert weiter zu verbessern. Durch Stoffwechsel-Design können Mikroorganismen so angepasst werden, dass sie wertvolle Chemikalien, Lebensmittelzutaten oder Biotreibstoffe effizienter erzeugen. In der Medizin können CRISPR/Cas9 und seine Varianten für innovative Zell- und Gentherapien eingesetzt werden. Aber auch für den empfindlichen Nachweis von Krankheitserregern oder die effiziente Produktion von Antibiotika und Anti-Krebs-Medikamenten leisten die Werkzeuge der Genomeditierung einen Beitrag. Weitere Anwendungsmöglichkeiten kommen ständig dazu. (mehr…)

Konsumentennutzen: Genomeditierung für glutenreduzierten Weizen

Weizen spielt als Grundnahrungsmittel, Brotgetreide, für die Pastaproduktion, aber auch für die Tiermast weltweit eine entscheidende Rolle. Allerdings kann sich der Verzehr von Weizenprodukten bei etwa einer von hundert Personen aufgrund einer Allergie, Zöliakie oder Gluten-Unverträglichkeit nachteilig auf die Gesundheit auswirken. Auslöser sind bestimmte Eiweiss-Bestandteile des im Weizen vorhandenen Glutens. Gluten, auch als Kleber bezeichnet, ist aber auch für die gute Backqualität von Weizen erforderlich. Durch klassische Züchtung ist es kaum möglich, die nachteiligen Gesundheitsauswirkungen von Weizen für manche Personen zu reduzieren, da die Pflanzen zahlreiche dafür verantwortliche Gene enthalten. Mit modernen Verfahren der Genomeditierung ist es jetzt möglich, gezielt einzelne Gene oder ganze Genfamilien in Pflanzen auszuschalten. Eine Herausforderung dabei ist, mögliche Gesundheitsrisiken zu reduzieren, ohne zugleich die Backqualität zu beeinträchtigen. US-Forscher zeigen jetzt, wie mit Hilfe von CRISPR/Cas9 ein Grossteil der gesundheitlich problematischen Gliadin-Gene in Weizen inaktiviert, und zugleich die Backeigenschaften verbessert werden können. Die Immunreaktivität von Mehl aus dem genomeditierten Weizen war um 97 Prozent reduziert. Die Erkenntnisse könnten zur Züchtung besser verträglicher Weizensorten beitragen. (mehr…)

Vollständige PDF Druckversion Point «Aktuelle Biotechnologie» Dezember 2023 (Nr. 258) mit Quellenangaben

Text und Redaktion: Jan Lucht, Leiter Biotechnologie (jan.lucht@scienceindustries.ch)