CRISPR-Zebrafische

Auch unbeabsichtigte Veränderungen können sehr spezifisch sein

Neben den beabsichtigten Veränderungen an der Zielsequenz können auch unbeabsichtigte Veränderungen im Erbgut, sogenannte Off-Target- und On-Target-Effekte, durch Gen-Scheren wie CRISPR/Cas ausgelöst werden.

Veränderungen an der Zielsequenz werden als On-Target-Effekte bezeichnet. Diese beschreiben sowohl die beabsichtigten als auch die unbeabsichtigten Sequenzveränderungen an der Zielsequenz. Off-Target-Effekte entstehen an Bereichen des Erbguts, die der eigentlichen Zielsequenz sehr ähnlich sind. Auch dort kann die Gen-Schere schneiden – und unbeabsichtigte Veränderungen bewirken. Die Gen-Schere verwechselt im Falle von Off-Target-Effekten den eigentlichen Zielbereich mit Nicht-Ziel-Bereichen.

All diesen Veränderungen, auch den unbeabsichtigten, ist gemeinsam, dass das Muster der genetischen Veränderungen (die resultierenden Genotypen) neuartig bzw. spezifisch für die jeweiligen Verfahren sein kann. Dies ergibt sich aus der Wirkungsweise der Gen-Scheren. Dass dies tatsächlich auch für unbeabsichtigte Veränderungen zutrifft, zeigt unter anderem die Forschung an Zebrafischen. In der Konsequenz unterscheiden sich auch die Risiken, die mit den Verfahren der neuen Gentechnik einhergehen, von denen bisheriger Züchtungsverfahren.

Bislang war bekannt, dass an Off-Target- und On-Target-Bereichen kleine Veränderungen wie Punktmutationen oder kurze Insertionen und Deletionen auftreten können. Bei Studien an Mäusen und menschlichen Zelllinien wurden an On-Target-Bereichen zusätzlich auch noch größere strukturelle Veränderungen gefunden. Beispielsweise wurden dabei große Bereiche der DNA-Sequenz gelöscht oder neu eingefügt. Bisher war unklar, ob solche großen strukturellen Veränderungen, wie sie an On-Target-Bereichen beschrieben wurden, auch an Off-Target-Bereichen auftreten können. Das wurde nun in einer Studie an Zebrafischen genauer untersucht.

Das Erbgut der Zebrafische wurde an verschiedenen Stellen mit der Gen-Schere CRISPR/Cas verändert. Dafür verwendeten die WissenschaftlerInnen recht ungenaue Wegweiser (diese führen die Gen-Schere an Zielsequenzen im Erbgut, sogenannte Guide-RNAs), wodurch Schnitte der Gen-Scheren an Off-Target-Bereichen wahrscheinlicher wurden. Es zeigte sich, dass dort unbeabsichtigte Veränderungen auftraten und sowohl kleine Veränderungen wie Punktmutationen, als auch größere Veränderungen der DNA-Sequenz bewirkt wurden. An einem Off-Target-Bereich wurden beispielsweise gleich 903 Basenpaare (das sind die Buchstaben der DNA) gelöscht und damit ein großer Teil eines Gens, das gar nicht verändert werden sollte. Da derartige Veränderungen Auswirkungen auf verschiedenste Stoffwechselprozesse haben können, sollte dies genau überprüft werden.

Zebrafische dienen WissenschaftlerInnen als Modellorganismen in der Grundlagenforschung, um ganz grundlegende Mechanismen zu untersuchen. Diese Fische sollen nicht vermarktet werden. Die Erkenntnisse aus solchen Untersuchungen können jedoch auf andere Zielorganismen übertragen werden sowie bei Fragen der Risikobewertung relevant sein.
Bei Anwendungen der Gen-Schere an Pflanzen wurde bislang noch nicht geklärt, ob ähnliche große strukturelle Veränderungen auch an Off-Target-Bereichen auftreten. Es ist jedoch wahrscheinlich, da von ähnlichen Effekten bereits an On-Target-Bereichen von genomeditierten Reispflanzen berichtet wurde.

Dieses Beispiel aus der Grundlagenforschung zeigt: Die neuen Gentechnikverfahren sind fehleranfällig und können vielfältige unbeabsichtigte Veränderungen bewirken. Diese weisen ein neuartiges und spezifisches Risikopotential auf.

 

Publication year: 
2022