Genomredigering

Genomredigering eller genomkirurgi , på tysk ofte genomredigering , er en samlebetegnelse for molekylærbiologiske teknikker til målrettet modifikation af DNA , herunder genomet af planter, dyr og mennesker.

Handlingsmåde

Grafisk for tydeligt at forklare genomredigering

Såkaldte designer- endonukleaser bruges til at indføre målrettede ændringer i genomet af komplekse organismer . Disse enzymer skærer dobbeltstrenget DNA ved en forudbestemt målsekvens og derved skaber dobbeltstrengede brud. Dobbeltstrengsbrudene aktiverer igen DNA-reparationsprocesser i cellen, såsom ikke-homolog endeforbindelse (NHEJ) eller homolog reparation , som også kaldes homologirettet reparation (HDR). Mens gener specifikt inaktiveres ved hjælp af NHEJ, kan HDR bruges til at indsætte specifikke mutationer eller hele DNA-sektioner i genomet .

Tidsskriftet Nature Methods hedder Genome Editing 2011 Method of the Year.

Enzymer

De hyppigt anvendte klasser af designernukleaser inkluderer zinkfingernukleaser (ZFN), transkriptionsaktivatorlignende effektornukleaser (TALEN'er), CRISPR / Cas-metoden , CRISPR / Cpf1-systemet og meganukleaser (modificerede homing-endonukleaser ). I zinkfingernuklease, TALEN og meganuclease genkendes DNA specifikt af en bestemt proteindel, mens det i CRISPR-systemer medieres af et specifikt RNA.

Ansøgninger

Genomredigering bruges til målrettede ændringer i genomet af mikroorganismer ( hvid genteknik ), planter ( grøn genteknik ), dyr ( rød genteknik ) og mennesker ( genterapi ). Den genomet redigering kan anvendes til selektivt at ødelægge et gen ( gen-knockout ) i genomet til insertion af et gen på et bestemt sted ( gen knockin ) eller til korrektion af en punktmutation kan anvendes i et gen.

Basisredigering

En ny, præcis metode til genomredigering består i at ændre individuelle baser i DNA-sekvensen (basisredigering). Her er en muteret form af Cas9- nukleasen, som ikke længere kan skære DNA'et, koblet med en deaminase. Dette fusionsprotein er i stand til specifikt at genkende en ønsket DNA-sekvens med sgRNA'et og ændrer en base ved deaminering . I tilfælde af fusion med cytidindeaminase omdannes cytidinet til uracil , som erstattes af DNA-reparation og replikering med thymidin . Dette muterer basisparet CG til TA. Alternativt kan Cas9 kobles med en adenosindeaminase , således at adenosinet omdannes til inosin, som erstattes med guanosin efter DNA-reparation og replikation . I dette tilfælde konverteres basisparret AT til GC. Effektiviteten af ​​basisredigering er mellem 5% og 50%. Da DNA ikke er skåret, er uønskede ændringer mindre almindelige. Alle 12 mulige punktmutationer er mulige med Prime Editing . I 2020 lykkedes forskere for første gang med at redigere mitokondriernes gener . For at gøre dette oprettede de en ny type CRISPR-fri base-editor "DdCBE" baseret på et bakterielt toksin.

Regulerende aspekter

Der er i øjeblikket ingen enstemmig holdning til, om genomredigerede organismer skal klassificeres som genetisk modificerede organismer (GMO'er), og dermed om de retningslinjer, der gælder for GMO'er, skal anvendes. Foreningen af ​​nationale videnskabsakademier i medlemslande i Den Europæiske Union ( EASAC ) påpeger, at reguleringen af ​​genomredigering ikke skal dække teknologien som sådan, men de specifikke anvendelser inden for de enkelte fagområder. Fokus er i øjeblikket på mulige anvendelser i landbruget, men også på mulige anvendelser inden for medicin.

Planteopdræt

Eksperter fra forskellige lande har antydet, at genomredigerede planter, forudsat at de ikke indeholder fremmed DNA, skal behandles som planter fra konventionel avl. Denne opfattelse tager højde for det faktum, at genomredigerede planter ofte ikke skelnes fra konventionelt dyrkede planter, og at de også kan dyrkes ved hjælp af konventionelle metoder.

En afgørelse truffet af EF-Domstolen (EF-Domstolen) den 25. juli 2018 sidestiller genomredigerede planter med genetisk modificerede organismer (GMO'er). Retten hævder, at genomredigering gør en naturligt umulig ændring i et plantes genetiske materiale. Han siger, at genomredigering ikke skal sidestilles med konventionel mutagenese , som er undtaget fra regulering, da den er blevet brugt i konventionel planteavl i årtier. Denne vurdering er blevet kritiseret af forskere, der påpeger, at genomredigering resulterer i en meget mere præcis ændring i genomet end det er tilfældet med mutationsavl , hvor gener tilfældigt ændres ved ioniserende stråling eller genotoksiner . Den Centralkommissionen for biosikkerhed (ZKBS) ser intet videnskabeligt grundlag for den strenge fortolkning af GMO direktiv af Domstolen med hensyn til genom redigering. I en erklæring om EF-domstolens afgørelse påpeger Bioeconomy Council , at alle produkter, der fremstilles ved hjælp af den nye proces, skal gennemgå en meget kompleks og dyr godkendelsesprocedure. Han går ind for en risikobaseret godkendelses- og godkendelsesproces. Kritikken af ​​EF-Domstolens afgørelse afspejler den grundlæggende kontrovers om genteknologi generelt.

I USA er en række genom-redigerede planter blevet frigivet til kommerciel dyrkning uden begrænsninger af deres Department of Agriculture . Inden udviklingen af ​​det pågældende anlæg kan en virksomhed afklare med ministeriet, om regulering er nødvendig eller ej. Denne foreløbige forespørgsel fremskynder udviklingen af ​​nye anlæg betydeligt. Lignende bestemmelser gælder blandt andet i Argentina, Australien, Brasilien og Japan.

De internationalt forskellige godkendelsesbestemmelser for genomredigerede planter repræsenterer et problem, der ikke kan løses af tilsynsmyndighederne, da det uden forudgående kendskab til de genetiske ændringer er meget tidskrævende at kontrollere importerede fødevarer. I specifikke tilfælde vil det ikke være muligt at afgøre, om en mutation er opstået ved genomredigering eller spontant.

En arbejdsgruppe rapporterede i 2020, at det lykkedes specifikt at påvise en genom-redigeret herbicidresistent rapsrørelinje ved hjælp af PCR . Den forbundskontor for forbrugerbeskyttelse og fødevaresikkerhed (BVL) påpeger, at punktmutationen kan påvises med den metode , men at det ikke er muligt at afgøre, om mutationen er produceret af genom-redigering eller ved traditionelle avlsmetoder. Faktisk ser den rapslinje, der blev undersøgt med PCR, ud til at stamme fra en spontan mutation.

Terapi hos mennesker

Anvendelsen af genomredigering hos mennesker af den kinesiske videnskabsmands arbejde He Jiankui i november 2018 har udløst kritik. Ifølge hans egne udsagn deaktiverede han CCR5- receptoren i flere menneskelige embryoner for at gøre de børn, der blev født, immune over for HIV . Den kinesiske forskers tilgang modsiger de internationale såvel som de kinesiske etiske retningslinjer. Ifølge et internationalt organ er det nødvendigt at udstede bindende regler. Teknologien er endnu ikke fuldt udviklet, og der er alternativer såsom præimplantationsdiagnostik, som denne metode under alle omstændigheder kan bruges til. Der var imidlertid også en opfattelse af, at proceduren var begrænset, og at der var vigtige medicinske behov, som ellers ikke kunne opnås.

litteratur

• S. Chandrasegaran, D. Carroll: Oprindelsen af ​​programmerbare nukleaser til genomteknik . I: Journal of Molecular Biology . bånd 428 , nr. 5 , 2016, ISSN  0022-2836 , s. 963-989 , doi : 10.1016 / j.jmb.2015.10.014 , PMID 26506267 ( sciencedirect.com - elektronisk offentliggørelse inden udskrivning). 

Weblinks

• E-TALEN.org Redigering af genomet af TALEN eller CRISPR
• Research Center Ethics of Genom Editing (University of Tübingen)
• Publikationer fra det tyske etiske råd om 'genomforskning' ( tysk etisk råd )
• Forbrugerstemme - resultat af BfR-forbrugerkonference "Genomredigering inden for ernæring og menneskers sundhed" 2019 af Federal Institute for Risk Assessment (BfR)
• Base Editor: Kraftig DNA-manipulation: Forbedret genredigering med ny forståelse af CRISPR-Cas9-værktøjet , den: SciTechDaily fra 1. august 2020, kilde: University of California - Berkeley

Individuelle beviser

1. ↑ BBAW : genomkirurgi hos mennesker. (PDF) s. 10 , tilgængelig 2. november 2018 . 
2. ↑ se for eksempel genomredigering: patenttvist om Crispr er blevet besluttet
3. ↑ ^{a b} J. Lee et al.: Designede nukleaser til målrettet genomredigering . I: Plant Biotechnology Journal . bånd 14 , nr. 2 . Wiley, 2016, ISSN  1467-7652 , s. 448-462 , doi : 10.1111 / pbi.12465 ( wiley.com ). 
4. ↑ Christien Bednarski, Toni Cathomen: Tilpasset genom - Designer nukleaser i brug . I: BIOspectrum . bånd 21 , nr. 1 , 2015, ISSN  1868-6249 , s. 22-24 , doi : 10.1007 / s12268-015-0528-4 . 
5. ↑ Royce Wilkinson, Blake Wieden-udgave: En CRISPR-metode til genomteknik . I: F1000Prime Rep . bånd 6 , nr. 3 , 2014, s. 3 , doi : 10.12703 / P6-3 , PMID 24592315 , PMC 3883426 (fri fuldtekst) - ( facultyopinions.com ). 
6. ↑ Årets metode 2011 . I: Naturmetoder . bånd 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 til systemer og syntetisk biologi . I: Mol Syst Biol . bånd 9 , nr. 1 , 2013, s. 641 , doi : 10.1038 / msb.2012.66 , PMID 23340847 , PMC 3564264 (fri fuldtekst). 
8. ^ WS Tan, DF Carlson, MW Walton, SC Fahrenkrug, PB Hackett: Præcisionsredigering af store dyregenomer . I: Adv Genet . bånd 80 , 2012, s. 37-97 , doi : 10.1016 / B978-0-12-404742-6.00002-8 , PMID 23084873 , PMC 3683964 (fri fuldtekst). 
9. ^ H. Puchta, F. Fauser: Genmålretning i planter: 25 år senere . I: Int. J. Dev. Biol . bånd 57 , 2013, s. 629-637 , doi : 10.1387 / ijdb.130194hp . 
10. ↑ Timothy R. Sampson, David S. Weiss: Udnyttelse af CRISPR / Cas-systemer til bioteknologi . I: BioEssays . bånd 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: Muligheder og regulatoriske udfordringer . I: PLOS Biology . bånd 12 , nr. 6 , 2014, ISSN  1545-7885 , s. e1001877 , doi : 10.1371 / journal.pbio.1001877 , PMID 24915127 ( plos.org ). 
12. ↑ Götz Laible, Jingwei Wei, Stefan Wagner: Forbedring husdyr til landbrug - teknologiske fremskridt fra tilfældig transgenese til præcision genom redigering varsler en ny æra . I: Biotechnology Journal . bånd 10 , nr. 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 genom redigering: perspektiver og udfordringer . I: Naturmedicin . bånd 21 , nr. 2 , 2015, ISSN  1546-170X , s. 121-131 , doi : 10.1038 / nm.3793 , PMID 25654603 ( nature.com ). 
14. ↑ Williams. R.: "Bedre basisredigering i planter, videnskabsmanden, februar 2019". S. 23 , adgang den 10. februar 2019 . 
15. ^ Andrew May: Basisredigering stigende . I: Nature Biotechnology . bånd 35 , nr. 5 , 2017, ISSN  1546-1696 , s. 428-429 , doi : 10.1038 / nbt.3871 ( nature.com ). 
16. ↑ Nicole M. Gaudelli et al:. Programmerbar basis redigering af A • T til G • C i genomisk DNA uden DNA-spaltning . I: Natur . bånd 551 , nr. 7681 , 2017, ISSN  1476-4687 , s. 464-471 , doi : 10.1038 / nature24644 , PMID 29160308 ( nature.com ). 
17. ↑ Jin-Soo Kim: Præcision genomteknik gennem redigering af adenin og cytosinbase . I: Naturplanter . bånd 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 redigering teknologi og dens perspektiver for fremtidige ansøgninger i Plantebiologi Research. I: sciencemag.org. BioDesign Research, 2020, s. 1–14 , adgang til den 7. oktober 2020 (engelsk, doi: 10.34133 / 2020/9350905 ). 
19. ^ Kraftværkerne i cellerne er genredigeret 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 muliggør CRISPR-fri mitokondriebasredigering . 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 fuld tekst).
21. F Robin Fears, Volker ter Meulen: Hvordan skal anvendelsen af ​​genomredigering vurderes og reguleres? I: eLife . bånd 6 , 2017, ISSN  2050-084X , s. e26295 , doi : 10.7554 / eLife.26295 , PMID 28375079 . 
22. ↑ Sanwen Huang, et al.: En foreslået lovramme for genomredigerede afgrøder . I: Naturgenetik . bånd 48 , nr. 2 , 2016, ISSN  1546-1718 , s. 109-111 , doi : 10.1038 / ng.3484 ( nature.com ). 
23. ↑ Lutz Grohmann, et al.: Påvisning og identifikation af genomredigering i planter: udfordringer og muligheder . I: Frontiers in Plant Science . bånd 10 , 2019, ISSN  1664-462X , s. 236 , doi : 10.3389 / fpls.2019.00236 , PMID 30930911 ( frontiersin.org ). 
24. ↑ Den Europæiske Unions Domstol: Organismer opnået ved mutagenese er genetisk modificerede organismer (GMO'er) og er grundlæggende underlagt forpligtelserne i GMO-direktivet. Hentet 13. februar 2019 . 
25. E Ann Ehrenhofer-Murray: Ubesvaret chance: en tilbagevendende dom fra EF-domstolen om genomredigerede organismer . I: BIOspectrum . bånd 24 , nr. 6 , 2018, ISSN  1868-6249 , s. 573-575 , doi : 10.1007 / s12268-018-0959-9 . 
26. ↑ ZKBS: Genomredigering - Effekter af EF-domstolens dom på planteopdræt. Hentet 13. februar 2019 . 
27. ^ Bioøkonomiråd: genomredigering: Europa har brug for en ny lov om genteknik. I: BÖRMEMO 7. januar , 19., 2019, adgang til den 13. februar 2019 . 
28. ↑ Eva Gelinsky, Angelika Hilbeck: Domstolens dom vedrørende nye genteknologiske metoder Videnskabeligt berettiget: en kommentar til den forudindtagne rapportering om den nylige dom . I: Environmental Sciences Europe . bånd 30 , nr. 1 , 2018, ISSN  2190-4715 , s. 52 , doi : 10.1186 / s12302-018-0182-9 , PMID 30613460 . 
29. ↑ IG Saatgut: Interessegruppe for GMO-frit frøarbejde: Ny genteknik: Præcis, sikker og uundværlig?! Hentet 26. februar 2019 . 
30. ↑ Emily Waltz: Med et gratis pas når CRISPR-redigerede planter markedet på rekordtid . I: Nature Biotechnology . bånd 36 , nr. 1 , 2018, ISSN  1546-1696 , s. 6-7 , doi : 10.1038 / nbt0118-6b ( nature.com ). 
31. Jans Stefan Jansson: Genredigerede planter: Hvad sker der nu? I: Physiologia Plantarum . bånd 164 , nr. 4 , 2018, ISSN  1399-3054 , s. 370-371 , doi : 10.1111 / ppl.12853 ( wiley.com ). 
32. ↑ Heidi Ledford: CRISPR-gåde: Streng europæisk domstolsafgørelse efterlader laboratorier til test af fødevarer uden en plan . I: Natur . bånd 572 , nr. 7767 , 2019, s. 15 , doi : 10.1038 / d41586-019-02162-x ( nature.com ). 
33. ↑ P. Chhalliyil et al:. A Real-Time Quantitative PCR Method Specifikt for detektion og kvantificering af den første kommercialiserede Genome-Redigeret Plant . I: Fødevarer . Ingen. 9 , 2020, s. 1245 ff ., Doi : 10.3390 / fødevarer9091245 . 
34. ↑ Ny påvisningsmetode lover specifik påvisning af genom-redigerede rapslinjer - hvad kan metoden faktisk opnå? Federal Office for Consumer Protection and Food Safety, 9. september 2020, adgang til den 14. oktober 2020 . 
35. ^ ZEIT online: Emmanuelle Charpentier: Crispr-opdageren kritiserer genetiske eksperimenter på babyer. Hentet 20. februar 2019 . 
36. ^ Robin Lovell-badge: CRISPR-babyer: en udsigt fra stormens centrum . I: Udvikling . bånd 146 , nr. 3 , 2019, ISSN  0950-1991 , doi : 10.1242 / dev.175778 , PMID 30728161 ( biologists.org ). 
37. ↑ Sheldon Krimsky: Ti måder, hvorpå He Jiankui krænkede etik . I: Nature Biotechnology . bånd 37 , nr. 1 , 2019, ISSN  1546-1696 , s. 19-20 , doi : 10.1038 / nbt.4337 ( nature.com ). 
38. ^ Jon Cohen: Hvad nu til redigering af menneskelig genom? I: Videnskab . bånd 362 , nr. 6419 , 2018, ISSN  0036-8075 , s. 1090-1092 , doi : 10.1126 / science.362.6419.1090 , PMID 30523087 ( sciencemag.org ).