Zinkfingernukleasen
ZFN-1; ZFN-2, ZFN-3
Was?
Molekularbiologische Methode, mit der das Erbgut gezielt umgeschrieben und verändert werden kann.
Kurzbeschreibung
Die Methode ermöglicht es, punktgenaue Veränderungen (Mutationen) im Erbgut zu erzeugen. Die Erbinformation wird so präzise bearbeitet, als wäre sie ein Text in einem Schreibprogramm – Buchstabe für Buchstabe (Genome Editing).
Zinkfinger-Nukleasen sind nach Vorlage aus der Natur neu zusammengefügte Proteine, die bestimme DNA-Abschnitte finden und schneiden können. Gene können ganz gezielt korrigiert, ausgeschaltet oder neu an einen vorbestimmten Ort eingefügt werden.
Technik
Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) sind neu zusammengesetzte Proteine, welche die DNA an einer gewünschten Stelle schneiden können, um das Genom hier zu verändern. Sie bestehen aus zwei funktionellen Bereichen: Der Zinkfingeranteil des Proteins bindet an der gewünschten DNA-Sequenz im Genom der Pflanze Man findet viele Zinkfingerproteine natürlicherweise in den Organismen z.B. als Steuerproteine für die Expression. Der Nukleaseanteil ist dafür zuständig, die DNA präzise zu schneiden. Solche Nukleasen findet man ebenfalls in allen Organismen natürlicherweise vorkommend. Die Kombination aus beiden wird auch als Designer-Nuklease oder molekulare Schere bezeichnet.
Grafik: WGG/transgen
Die Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) kombinieren zwei Funktionen:
·
Um die richtige Stelle im Erbgut anzuvisieren, sind die Zinkfinger
notwendig. Das sind besonders zielsichere Eiweiße, die mit ihren
fingerähnlichen Ausstülpungen die DNA an einer bestimmten Stelle „anpacken“
können.
·
An die Zinkfinger gekoppelt sind Genscheren, die sogenannten
Nuklease-Enzyme. Werden beide Instrumente kombiniert, erhält man ZFN-Genscheren.
Diese arbeiten wie programmierbare Roboter, die selbständig eine fehlerhafte
DNA-Position ansteuern und reparieren können.
Es gibt verschiedene Varianten der ZFN-Technik. Daran beteiligt sind
immer die zelleigenen DNA-Reparaturenzyme. Durch Zinkfinger-Nuklease-1 (ZFN-1)
wird ein Doppelstangenbruch der DNA erzeugt. Das zelleigene Reparatursystem
wird dadurch nicht beeinflusst. Beim Reparaturvorgang dieses Bruches entstehen
Mutationen. Mitunter werden am Ort des Doppelstrangbruchs auch kurze DNA-Stücke
neu eingefügt (Insertion) oder entfernt (Deletion). So können mit der ZFN
1-Technik gezielt ortsspezifisch Punktmutationen erzeugt werden, kurze
Genomabschnitte verändert oder ausgeschaltet werden.
Zinkfinger-Nuklease-2 (ZFN-2): Es werden zusätzlich kurze
DNA-Abschnitte eingeführt, die zu den Schnittstellen im DNA-Strang passen. Sie
dienen als „Vorlage“ für das Reparatursystem. Durch natürliche
Reparaturmechanismen (homologe Rekombination) wird anhand der eingeführten DNA
die Veränderung ins Genom der Zelle eingebracht. Auf diese Weise können Gene
ausgeschaltet oder repariert werden.
Zinkfinger-Nuklease-3 (ZFN-3): In die Zelle wird mit den ZFN ein langes
DNA-Stück eingebracht. Dieses enthält ein fremdes Stück DNA, das von zwei
Sequenzen flankiert ist, die mit den beiden DNA-Enden am Doppelstrangbruch
identisch sind. Durch natürliche Reparaturmechanismen (homologe Rekombination)
wird anhand der eingeführten DNA die Veränderung ins Genom der Zelle
eingebracht. Auf diese Weise können Gene ausgeschaltet oder repariert werden.
Die verschiedenen ZFN-Techniken dienen der Gen-Inaktivierung, der
Einführung von bestimmten Mutationen oder dem Einbau von neuen Genen bis hin
zur Erzeugung definierter großer Deletionen (Verlust eines Teils der
DNA-Sequenz). Der Einbau von fremder oder eigener DNA ins Genom kann gezielt
und ohne negative Auswirkung auf vorhandene Gene erfolgen.
Mit ZFN-1/ZFN-2 gezüchtete Pflanze sind nicht
von anderen natürlichen oder herkömmlich gezüchteten Pflanzen unterscheidbar.
Ein verfahrensspezifischer Nachweis ist daher nicht möglich. Werden mit Hilfe
der ZFN-3-Technik neue Gene eingeführt, sind diese Pflanzen von anderen
unterscheidbar.
Weitere Informationen:
http://www.biospektrum.de/blatt/d_bs_pdf&_id=1121629
http://www.transgen.de/lexikon/1848.zinkfinger-nukleasen.html
http://www.zeit.de/wissen/gesundheit/2012-11/gen-knockouts-molekularbiologie