Point «Aktuelle Biotechnologie» März 2024 (Nr. 261)

Neue Züchtungsverfahren: Höhere Weizen-Erträge mit CRISPR/Cas9

China ist mit deutlichem Abstand das Land, aus dem die meisten Projekte zur Entwicklung verbesserter Nutzpflanzen mit Hilfe der neuen Züchtungsverfahren bekannt sind. Dabei sind gesteigerte Erträge ein wichtiges Ziel, um die Nahrungsversorgung der Bevölkerung zu sichern. In den letzten Wochen beschreiben gleich zwei Fachveröffentlichungen aus China den Einsatz der Genschere CRISPR/Cas9, durch den Weizen mit grösseren Körnern und damit gesteigerter Produktivität entwickelt wurde. Bei dem ersten Projekt stand eine gesteigerte Krankheitsresistenz gegen Gelbrost und den Echten Mehltau im Vordergrund, die durch Ausschaltung eines Regulatorgens erzielt wurde. Eine genaue Untersuchung der Pflanzen zeigte, dass sie auch grössere Körner und damit höhere Erträge hatten – so konnten zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen werden. Das zweite Projekt hatte gezielt nach neuen Genen in Weizen gesucht, die in Zusammenhang mit dem Ertrag stehen. Hier führte das Ausschalten eines dieser Gene mit der Genschere ebenfalls zu längeren und schwereren Körnern und damit zu mehr Ertrag pro Pflanze. Die neuen Züchtungsverfahren bieten damit grosse Chancen für die beschleunigte Entwicklung von Getreide mit gesteigerter Produktivität. Auch in der Schweiz sollen in diesen Wochen die ersten genomeditierten Gerstenpflanzen mit höherem Ertragspotenzial versuchsweise ausgesät werden.    (mehr…)

Medizin: Fehlerkorrektur im Mitochondrien-Erbgut

Mitochondrien sind die kleinen Kraftwerke, die unseren Körperzellen die nötige Stoffwechselenergie zur Verfügung stellen. Sie verfügen über ihr eigenes Erbmaterial, unabhängig von dem Zellkern, der den Grossteil unserer genetischen Information beherbergt. Defekte im Mitochondrien-Erbgut können verschiedene menschliche Erbkrankheiten auslösen, die vor allem Muskeln und Nerven betreffen. Während neue Techniken der Genchirurgie zunehmend zur Behandlung von genetischen Defekten des Erbguts im Zellkern eingesetzt werden können, stecken die Ansätze zur Korrektur von Gendefekten in den Mitochondrien noch in den Kinderschuhen. Ein Forschungsteam aus Südkorea hat jetzt ein verbessertes Verfahren entwickelt, mit dem bestimmte Mutationen in den Mitochondrien gezielt korrigiert werden können. Mit der TALED-Methode können einzelne Buchstaben des genetischen Codes im Mitochondrien-Erbgut umgeschrieben werden, wie mit der «Suchen – Ersetzen» Funktion eines Textverarbeitungsprogramms. Die Forschenden konnten die Präzision bestehender Verfahren deutlich verbessern. So konnten sie in Mäusen gezielt eine Veränderung im Mitochondrien-Erbgut einführen, welche der einer bekannten menschlichen Erbkrankheit (Leigh-Syndrom) entspricht. Mit Hilfe dieses Tiermodells kann jetzt die menschliche Erkrankung besser untersucht werden. Ziel der Forschenden ist, mit Hilfe des verbesserten TALED-Verfahrens auch direkt zu einer Gentherapie für menschliche Erbkrankheiten beitragen zu können. (mehr…)

Ernährung: Nahrhafterer und schmackhafterer Wunderpilz Koji

 Neuartige Eiweissquellen als Alternative zu Fleisch können die Nachhaltigkeit der Lebensmittelproduktion verbessern. Pilze könnten dabei in der Zukunft eine zunehmende Rolle spielen, da sie sehr effizient pflanzliche Rohstoffe zu wohlschmeckenden Produkten veredeln können. In Asien werden Pilze schon seit Jahrtausenden dafür eingesetzt. Allerdings war es bisher schwierig, die Eigenschaften der traditionell verwendeten Pilze für die Herstellung neuartiger Lebensmittel anzupassen. Forschende aus den USA und aus Dänemark haben jetzt einen genetischen Werkzeugkasten für den Edelpilz Koji (Aspergillus oryzae) entwickelt. Durch Aktivierung eines bereits in den Pilzen vorhandenen Gens konnten sie den Gehalt an gesundheitsfördernden Antioxydantien steigern. Zusätzlich gelang es ihnen, den Pilz durch Anpassung des Stoffwechsels und den Einbau eines Gens aus Sojabohnen zur Produktion des roten Farbstoffes Häm anzuregen. Dieser spielt eine entscheidende Rolle für das Aussehen und den Geschmack von Fleisch. Aus der Pilz-Biomasse konnten die Forschenden appetitliche Hamburger mit einem ausgewogenen Nährstoffprofil braten. Mit weiteren genetischen Verbesserungen soll so ein Produkt auf Pilzbasis entstehen, dass mit nur wenigen Verarbeitungsschritten als wohlschmeckende und gesunde Fleischalternative eingesetzt werden kann.   (mehr…)

Gesundheit: Weniger Arsen in genomeditiertem Reis

Arsen ist gesundheitsschädlich und krebserregend. Es kommt in geringen Mengen verbreitet in der Erdkruste und damit auch im Boden und im Grundwasser vor. Allerdings können Reispflanzen Arsen über ihre Wurzeln aufnehmen und anreichern, auch in den Körnern. In Weltregionen mit einem gesteigerten Arsengehalt auf den Feldern und gleichzeitig hohem, regelmässigen Verzehr von Reis als Grundnahrungsmittel kann das zu einer gesundheitlich bedenklichen, chronischen Belastung der Bevölkerung mit Arsen führen. Das ist vor allem in Asien der Fall. Chinesische Forschende zeigen nun, wie mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 der Arsengehalt in Reiskörnern um mehr als die Hälfte gesenkt werden kann. Sie veränderten dafür in den Reiswurzeln ein Transporteiweiss, das eigentlich für die Aufnahme von Silizium als Spurenelement für das Pflanzenwachstum verantwortlich ist. Allerdings kann durch den gleichen Transportkanal auch Arsen in die Reispflanzen gelangen. Feldversuche mit den genomeditierten Reissorten zeigten Erträge, die mit unveränderten Sorten vergleichbar waren. Zugleich ging der Arsengehalt in den Körnern um bis zu 63% zurück. Umfangreichere Freilandversuche müssen zeigen, ob sich die genomeditierten Reissorten unter verschiedenen Umwelt- und Anbaubedingungen bewähren. Wenn das der Fall ist, könnten Reissorten mit reduzierter Arsenaufnahme schon bald einen Beitrag zum Schutz der Gesundheit breiter Bevölkerungskreise leisten. (mehr…)

Vollständige PDF Druckversion Point «Aktuelle Biotechnologie» März 2024 (Nr. 261) mit Quellenangaben

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