Epigenetik kontra Gen-Schere

 

Worum geht es?

Wissenschaftler aus Korea versuchten mithilfe von CRISPR/Cas einen Abschnitt aus dem Erbgut von Pflanzen der Art Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) zu entfernen, der für die Kältetoleranz der Pflanzen verantwortlich ist. Dabei verwendeten sie die CRISPR/Cas9-Maschinerie, um drei Zielgene gleichzeitig auszuschalten. Diese drei Gene sind sich in ihrer DNA-Sequenz sehr ähnlich und liegen im Erbgut sehr dicht hintereinander, man spricht von einem 'Gen-Cluster'. Das Experiment verfolgte keine kommerziellen Ziele, sondern diente der Grundlagenforschung.

Wie sich zeigt, hängt die Wirkung des Eingriffs nicht nur von der Struktur der DNA ab. Entscheidend ist auch die 'Epigenetik', das heißt die Regulierung der Gene. Kurz gesagt, entscheidet die Epigenetik darüber, welche Gene in einer Zelle abgelesen werden und welche nicht. Das Erbgut ist sozusagen das Drehbuch, die Zellen sind die Schauspieler und die Epigenetik der Regisseur, der entscheidet, welcher Schauspieler welchen Text spricht. Die Aufwicklung der DNA ist dabei ein wichtiger Faktor: In den Bereichen, an denen die DNA dichter verpackt vorliegt, werden die Gene weniger aktiv abgelesen als in anderen Regionen.

 

Was ist problematisch?

Es gibt bereits mehrere Publikationen, die zeigen, dass man die Ebene der Genregulierung miteinbeziehen muss, wenn man die Ergebnisse und Risiken gentechnischer Veränderungen beurteilt. Tatsächlich sind die Ergebnisse der Versuche an der Ackerschmalwand überraschend: Für die Versuche wurden drei „Linien“ (oder Untergruppen) derselben Art verwendet, die unterschiedliche Herkünfte hatten. Diese haben zwar alle die gleichen Gen-Anlagen für Kältetoleranz. Während aber in einer Sorte die erwünschte Gen-Veränderung mit einer Erfolgsquote von 33 Prozent erreicht wurde, betrug sie in einer anderen Sorte nur 3,7 Prozent, also nur rund ein Zehntel. Nach Ansicht der Autoren liegt der Unterschied der verschiedenen Linien wohl in deren Epigenetik.

Eine mögliche Erklärung: Damit die Gen-Schere 'schneiden' kann, müssen die Stränge der DNA zunächst gelockert werden. Sind diese Stränge in den Chromosomen aber sehr stabil aufgewickelt, kann die Gen-Schere ihre Aufgabe weniger effizient oder auch gar nicht erfüllen. Man könnte sagen, dass in den Pflanzen die entsprechenden Gen-Anlagen gegenüber Veränderungen besser oder schlechter 'geschützt' sind.

Unterschiede in der Gen-Regulation bleiben bei der Risikountersuchung bislang außen vor. Doch diese Unterschiede können beispielsweise dann zu einem Risiko werden, wenn sich im Rahmen des Klimawandels die Umweltbedingungen ändern oder sich die manipulierten Gen-Anlagen in verwandten Arten ausbreiten. Dann können die gentechnisch veränderten Erbanlagen zu Schäden führen, auf die es zuvor im Labor oder bei Feldversuchen keine Hinweise gab.

 

Weitere Informationen:

Die Ackerschmalwand zeigt hier eine Veränderung des Erbguts, die kaum mit anderen Methoden erreichbar ist: 'Cluster' von Genen, auf denen identische Erbinformationen mehrfach gespeichert sind, kommen bei Pflanzen häufig vor. Aufgrund von evolutionären Mechanismen kommt es zu Verdopplungen bestimmter Gen-Abschnitte, die als eine Art Sicherheitskopie wichtiger Gen-Informationen oder zur Verstärkung biologischer Reaktionen dienen können. Die Funktionen von Gen-Clustern sind durch zufällige Veränderungen wie Mutationen oft kaum zu beeinflussen, weil diese in der Regel nur einzelne, aber nicht alle der betreffenden Gen-Abschnitte verändern.

Doch die sogenannte „Gen-Schere“ CRISPR/Cas9 wird mithilfe von sogenannten „Guide-RNAs“, die wie kleine Wegweiser für die CRISPR/Cas9-Maschinerie arbeiten, an ihren Zielort im Erbgut geleitet. Dabei verändert die Gen-Schere alle Gen-Abschnitte gleichzeitig, die entsprechende Erkennungsregionen aufweisen.

Ist der Eingriff in das Erbgut erfolgreich, fehlen den Pflanzen die entsprechenden natürlichen Gen-Anlagen vollständig – auch wenn diese gleich in mehreren Kopien vorhanden waren. Obwohl bei diesen Versuchen also keine neuen Gene eingefügt wurden, ist der Eingriff von den Methoden der konventionellen Züchtung also deutlich unterschieden. Entsprechend sorgfältig müssen die Risiken derartiger gentechnischer Manipulationen untersucht werden.

 

Publication year: 
2018