Genomredigering

Genomredigering eller genomkirurgi , på tysk ofte genomredigering , er en samlebetegnelse for molekylærbiologiske teknikker for målrettet modifisering av DNA , inkludert genomet til planter, dyr og mennesker.

Handlingsmåte

Grafisk for å tydelig forklare genomredigering

Såkalte designer endonucleases brukes til å innføre målrettede endringer i genomet av komplekse organismer . Disse enzymene kutter dobbeltstrenget DNA ved en forutbestemt målsekvens, og skaper derved dobbeltstrengsbrudd. Dobbeltstrengsbruddene aktiverer i sin tur DNA-reparasjonsprosesser i cellen, for eksempel ikke-homolog endeforbindelse (NHEJ) eller homolog reparasjon , som også blir referert til som homologirettet reparasjon (HDR). Mens gener spesifikt inaktiveres ved bruk av NHEJ, kan HDR brukes til å sette inn spesifikke mutasjoner eller hele DNA-segmenter i genomet .

Tidsskriftet Nature Methods kåret til Genome Editing 2011 Method of the Year.

Enzymer

De ofte brukte klassene av designernukleaser inkluderer sinkfingernukleaser (ZFN), transkripsjonsaktivatorlignende effektornukleaser (TALENer), CRISPR / Cas-metoden , CRISPR / Cpf1-systemet og meganukleaser (modifiserte homing-endonukleaser ). I sinkfingernuklease, TALEN og meganuklease, gjenkjennes DNA spesifikt av en spesifikk proteindel, mens det i CRISPR-systemer formidles av et spesifikt RNA.

applikasjoner

Genomredigering brukes til målrettede endringer i genomet til mikroorganismer ( hvit genteknikk ), planter ( grønn genteknikk ), dyr ( rød genteknikk ) og mennesker ( genterapi ). Den genomet redigering kan anvendes for selektivt å ødelegge en gen ( gen knockout ) i genomet for innsetting av et gen på et bestemt sted ( gen Knockin ), eller for korrigering av en punktmutasjon kan brukes i et gen.

Base redigering

En ny, presis metode for genomredigering består i å endre individuelle baser i DNA-sekvensen (basisredigering). Her er en mutert form av Cas9- nukleasen, som ikke lenger kan kutte DNA, kombinert med en deaminase. Dette fusjonsproteinet er i stand til å spesifikt gjenkjenne en ønsket DNA-sekvens med sgRNA og endrer en base ved deaminering . I tilfelle fusjon med cytidindeaminase omdannes cytidinet til uracil , som erstattes av DNA-reparasjon og replikering med tymidin . Dette muterer den basepar CG til TA. Alternativt kan Cas9 kobles med en adenosindeaminase , slik at adenosinet omdannes til inosin, som erstattes med guanosin etter DNA-reparasjon og replikering . I dette tilfellet blir baseparet AT konvertert til GC. Effektiviteten til basisredigering er mellom 5% og 50%. Siden DNA ikke blir kuttet, er uønskede endringer mindre vanlige. Alle 12 mulige punktmutasjoner er mulig med Prime Editing . I 2020, forskere lyktes for første gang i redigering genene av mitokondrier . For å gjøre dette opprettet de en ny type CRISPR-fri baseditor "DdCBE" basert på et bakterietoksin.

Regulatoriske aspekter

Det er foreløpig ingen enstemmig mening om hvorvidt genomredigerte organismer skal klassifiseres som genetisk modifiserte organismer (GMOer) og om retningslinjene som gjelder for GMOer skal brukes. Foreningen av nasjonale vitenskapsakademier i medlemsland i EU ( EASAC ) påpeker at regulering av genomredigering ikke skal dekke teknologien som sådan, men de spesifikke applikasjonene i de enkelte fagområdene. For øyeblikket er mulige anvendelser i landbruket, men også mulig bruk i medisin, i forgrunnen.

Plantedyrking

Eksperter fra forskjellige land har antydet at genomredigerte planter, forutsatt at de ikke inneholder noe fremmed DNA, skal behandles som planter fra konvensjonell avl. Denne oppfatningen tar hensyn til det faktum at genomredigerte planter ofte ikke kan skilles fra vanlig dyrkede planter, og at de også kan dyrkes ved konvensjonelle metoder.

En kjennelse fra EU-domstolen (ECJ) 25. juli 2018 likestiller genomredigerte planter med genetisk modifiserte organismer (GMO). Domstolen hevder at genomredigering gjør en naturlig umulig endring i genetisk materiale til en plante. Han sier at genomredigering ikke skal likestilles med konvensjonell mutagenese , som er unntatt fra regulering, siden den har blitt brukt i konvensjonell planteoppdrett i flere tiår. Denne vurderingen har blitt kritisert av forskere som påpeker at genomredigering resulterer i en mye mer presis endring i genomet enn tilfellet er med mutasjonsavl , der gener endres tilfeldig ved ioniserende stråling eller genotoksiner . Den Sentral-kommisjonen for biosikkerhet (ZKBS) ser ingen vitenskapelig grunnlag for den strenge tolkningen av GMO-direktiv EF-domstolen med hensyn til genom redigering. I en uttalelse om ECJ-kjennelsen påpeker Bioeconomy Council at alle produkter som er produsert ved hjelp av den nye prosessen, må gjennomgå en svært kompleks og kostbar godkjenningsprosedyre. Han tar til orde for en risikobasert godkjennings- og godkjenningsprosess. Kritikken mot EF-domstolen gjenspeiler den grunnleggende kontroversen om genteknologi generelt.

I USA har en rekke genomredigerte planter blitt frigitt for kommersiell dyrking uten begrensninger av Department of Agriculture . Før selskapet utvikler det aktuelle anlegget, kan et selskap avklare med departementet om regulering er nødvendig eller ikke. Denne foreløpige forespørselen akselererer utviklingen av nye anlegg betydelig. Lignende bestemmelser gjelder blant annet i Argentina, Australia, Brasil og Japan.

De internasjonalt forskjellige godkjenningsbestemmelsene for genomredigerte planter representerer et problem som ikke kan løses av tilsynsmyndighetene, siden det uten forkunnskaper om de genetiske endringene er svært tidkrevende å kontrollere importert mat. I spesifikke tilfeller vil det ikke være mulig å avgjøre om en mutasjon har oppstått gjennom genomredigering eller spontant.

En arbeidsgruppe rapporterte i 2020 at den lyktes i å oppdage en genomredigert herbicidresistent voldtektlinje ved hjelp av PCR . Den føderale kontoret for forbrukerbeskyttelse og mattrygghet (BVL) påpeker at punktmutasjon kan oppdages med metoden , men at det ikke er mulig å avgjøre om mutasjonen ble produsert av genom redigering eller ved tradisjonelt avlsarbeid metoder. Faktisk ser det ut til at rapslinjen undersøkt med PCR stammer fra en spontan mutasjon.

Terapi hos mennesker

Anvendelsen av genomredigering hos mennesker av den kinesiske forskeren He Jiankui i november 2018 har utløst kritikk. I følge sine egne uttalelser deaktiverte han CCR5- reseptoren i flere menneskelige embryoer for å gjøre barna som ble født immune mot HIV . Tilnærmingen til den kinesiske forskeren er i strid med de internasjonale så vel som de kinesiske etiske retningslinjene. I følge et internasjonalt organ er det nødvendig å utstede bindende forskrifter. Teknologien er ennå ikke fullt utviklet, og det finnes alternativer som diagnostikk før implantasjon, slik at denne metoden uansett kan brukes. Imidlertid var det også en oppfatning om at prosedyren var begrenset, og at det var viktige medisinske behov som ellers ikke kunne oppnås.

litteratur

weblenker

Individuelle bevis

  1. BBAW : genomkirurgi hos mennesker. (PDF) s. 10 , åpnet 2. november 2018 .
  2. se for eksempel genomredigering: patenttvist om Crispr er avgjort
  3. a b J. Lee et al.: Designede nukleaser for målrettet genomredigering . I: Plant Biotechnology Journal . teip 14 , nei. 2 . Wiley, 2016, ISSN  1467-7652 , pp. 448-462 , doi : 10.1111 / pbi.12465 ( wiley.com ).
  4. Christien Bednarski, Toni Cathomen: Tilpasset genom - Designer nukleaser i bruk . I: BIOspectrum . teip 21 , nei. 1 , 2015, ISSN  1868-6249 , s. 22-24 , doi : 10.1007 / s12268-015-0528-4 .
  5. Royce Wilkinson, Blake Wieden-utgave: En CRISPR-metode for genomteknikk . I: F1000Prime Rep . teip 6 , nei. 3 , 2014, s. 3 , doi : 10.12703 / P6-3 , PMID 24592315 , PMC 3883426 (gratis fulltekst) - ( facultyopinions.com ).
  6. Årets metode 2011 . I: Naturmetoder . teip 9 , nr. 1 , januar 2012, ISSN  1548-7105 , s. 1 , doi : 10.1038 / nmeth.1852 , PMID 22312634 ( nih.gov ).
  7. KM Esvelt, HH Wang: Genomskala engineering for systemer og syntetisk biologi . I: Mol Syst Biol . teip 9 , nr. 1 , 2013, s. 641 , doi : 10.1038 / msb.2012.66 , PMID 23340847 , PMC 3564264 (fri fulltekst).
  8. ^ WS Tan, DF Carlson, MW Walton, SC Fahrenkrug, PB Hackett: Presisjonsredigering av store dyregenomer . I: Adv Genet . teip 80 , 2012, s. 37-97 , doi : 10.1016 / B978-0-12-404742-6.00002-8 , PMID 23084873 , PMC 3683964 (fri fulltekst).
  9. ^ H. Puchta, F. Fauser: Genmålretting i planter: 25 år senere . I: Int. J. Dev. Biol . teip 57 , 2013, s. 629-637 , doi : 10.1387 / ijdb.130194hk .
  10. Timothy R. Sampson, David S. Weiss: Utnyttelse av CRISPR / Cas-systemer for bioteknologi . I: BioEssays . teip 36 , nr. 1 , 2014, ISSN  1521-1878 , s. 34-38 , doi : 10.1002 / bies.201300135 , PMID 24323919 ( wiley.com ).
  11. Daniel F. Voytas, Caixia Gao: Precision Genome Engineering and Agriculture: Muligheter og regulatoriske utfordringer . I: PLOS Biology . teip 12 , nei. 6 , 2014, ISSN  1545-7885 , s. e1001877 , doi : 10.1371 / journal.pbio.1001877 , PMID 24915127 ( plos.org ).
  12. Öt Götz Laible, Jingwei Wei, Stefan Wagner: Forbedring av husdyr for jordbruk - teknologisk fremgang fra tilfeldig transgenese til presisjonsgenredigering varsler en ny tid . I: Biotechnology Journal . teip 10 , nei. 1 , 2015, ISSN  1860-7314 , s. 109-112 , doi : 10.1002 / biot.201400193 ( wiley.com ).
  13. David Benjamin Turitz Cox, Randall Jeffrey Platt, Feng Zhang: Terapeutisk genomredigering: utsikter og utfordringer . I: Naturmedisin . teip 21 , nei. 2 , 2015, ISSN  1546-170X , s. 121-131 , doi : 10.1038 / nm.3793 , PMID 25654603 ( nature.com ).
  14. Williams. R.: "Better Base Editing in Plants, The Scientist, February 2019". S.23 , åpnet 10. februar 2019 .
  15. ^ Andrew May: Basisredigering på vei oppover . I: Nature Biotechnology . teip 35 , nei 5 , 2017, ISSN  1546-1696 , s. 428-429 , doi : 10.1038 / nbt.3871 ( nature.com ).
  16. Nicole M. Gaudelli, et al.: Programmerbar baseredigering av A • T til G • C i genomisk DNA uten DNA-spaltning . I: Natur . teip 551 , nr. 7681 , 2017, ISSN  1476-4687 , s. 464-471 , doi : 10.1038 / nature24644 , PMID 29160308 ( nature.com ).
  17. Jin-Soo Kim: Presisjon genomteknikk gjennom redigering av adenin og cytosinbase . I: Naturplanter . teip 4 , nr. 3 , 2018, ISSN  2055-0278 , s. 148-151 , doi : 10.1038 / s41477-018-0115-z ( nature.com ).
  18. Md Mahmudul Hassan, et al. Prime Editing Teknologi og dets fremtidsutsikter for fremtidige anvendelser i Plant Biology Research. I: sciencemag.org. BioDesign Research, 2020, s. 1–14 , åpnet 7. oktober 2020 (engelsk, doi: 10.34133 / 2020/9350905 ).
  19. ^ Kraftverkene i cellene har blitt genredigert for første gang . I: New Scientist , 8. juli 2020. Hentet 12. juli 2020. 
  20. Beverly Y. Mok, Marcos H. de Moraes, Jun Zeng, Dustin E. Bosch, Anna V. Kotrys, Aditya Raguram, FoSheng Hsu, Matthew C. Radey, S. Brook Peterson, Vamsi K. Mootha, Joseph D. Mougous , David R. Liu: Et bakterielt cytidindeaminase-toksin muliggjør CRISPR-fri mitokondriell baseredigering . I: Natur . 583, nr. 7817, juli 2020, ISSN  1476-4687 , s. 631-637. doi : 10.1038 / s41586-020-2477-4 . PMID 32641830 . PMC 7381381 (fri fulltekst).
  21. ^ Robin Fears, Volker ter Meulen: Hvordan skal applikasjonene av genomredigering vurderes og reguleres? I: eLife . teip 6 , 2017, ISSN  2050-084X , s. e26295 , doi : 10.7554 / eLife.26295 , PMID 28375079 .
  22. Sanwen Huang, et al.: Et foreslått regelverk for genomredigerte avlinger . I: Nature Genetics . teip 48 , nei. 2 , 2016, ISSN  1546-1718 , s. 109-111 , doi : 10.1038 / ng.3484 ( nature.com ).
  23. Utz Lutz Grohmann, et al.: Detection and Identification of Genom Editing in Plants: Challenges and Opportunities . I: Frontiers in Plant Science . teip 10 , 2019, ISSN  1664-462X , s. 236 , doi : 10.3389 / fpls.2019.00236 , PMID 30930911 ( frontiersin.org ).
  24. EU-domstolen: Organismer oppnådd ved mutagenese er genetisk modifiserte organismer (GMO) og er fundamentalt underlagt forpliktelsene i GMO-direktivet. Hentet 13. februar 2019 .
  25. Ann Ehrenhofer-Murray: Ubesvarte sjanser: en tilbakevendende dom fra EF-domstolen om genomredigerte organismer . I: BIOspectrum . teip 24 , nei. 6 , 2018, ISSN  1868-6249 , s. 573-575 , doi : 10.1007 / s12268-018-0959-9 .
  26. ZKBS: Genomredigering - Effekter av ECJ- dommen på planteforedling. Hentet 13. februar 2019 .
  27. ^ Bioeconomy Council: Genomredigering: Europa trenger en ny genteknologilov. I: BÖRMEMO 7., 19. januar 2019, åpnet 13. februar 2019 .
  28. Eva Gelinsky, Angelika Hilbeck: EU-domstolen avgjørelse om nye genkonstruksjonsmetoder vitenskapelig begrunnet: en kommentar til partisk rapportering om den siste dommen . I: Environmental Sciences Europe . teip 30 , nei 1 , 2018, ISSN  2190-4715 , s. 52 , doi : 10.1186 / s12302-018-0182-9 , PMID 30613460 .
  29. ^ IG Saatgut: Interessegruppe for GMO-frøarbeid: Ny genteknikk: Presis, trygg og uunnværlig?! Hentet 26. februar 2019 .
  30. Emily Waltz: Med et frikort når CRISPR-redigerte planter markedet på rekordtid . I: Nature Biotechnology . teip 36 , nr. 1 , 2018, ISSN  1546-1696 , s. 6-7 , doi : 10.1038 / nbt0118-6b ( nature.com ).
  31. Stefan Jansson: Genredigerte planter: Hva skjer nå? I: Physiologia Plantarum . teip 164 , nr. 4 , 2018, ISSN  1399-3054 , s. 370-371 , doi : 10.1111 / ppl.12853 ( wiley.com ).
  32. Heidi Ledford: CRISPR-forvirring: Streng europeisk domstolsavgjørelse etterlater mattestlaboratorier uten en plan . I: Natur . teip 572 , nr. 7767 , 2019, s. 15 , doi : 10.1038 / d41586-019-02162-x ( nature.com ).
  33. P. Chhalliyil, et al. A Real-Time Kvantitativ PCR metode Spesifikk for påvisning og kvantifisering av den første kommersialiserte Genome-Redigert Plant . I: Mat . Nei. 9 , 2020, s. 1245 ff ., Doi : 10.3390 / matvarer 9091245 .
  34. Ny påvisningsmetode lover spesifikk påvisning av genomredigerte voldtektslinjer - hva kan metoden faktisk oppnå? Federal Office for Consumer Protection and Food Safety, 9. september 2020, åpnet 14. oktober 2020 .
  35. ^ ZEIT online: Emmanuelle Charpentier: Crispr-oppdageren kritiserer genetiske eksperimenter på babyer. Hentet 20. februar 2019 .
  36. ^ Robin Lovell-merke: CRISPR-babyer: utsikt fra stormens sentrum . I: Utvikling . teip 146 , nr. 3 , 2019, ISSN  0950-1991 , doi : 10.1242 / dev.175778 , PMID 30728161 ( biologists.org ).
  37. Eld Sheldon Krimsky: Ti måter He Jiankui brøt med etikk på . I: Nature Biotechnology . teip 37 , nr. 1 , 2019, ISSN  1546-1696 , s. 19-20 , doi : 10.1038 / nbt.4337 ( nature.com ).
  38. ^ Jon Cohen: Hva nå for redigering av menneskelig genom? I: Vitenskap . teip 362 , nr. 6419 , 2018, ISSN  0036-8075 , s. 1090-1092 , doi : 10.1126 / science.362.6419.1090 , PMID 30523087 ( sciencemag.org ).