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Labvolution: Genome Editing in Zeiten des Klimawandels

| Autor: Dr. Ilka Ottleben

Am zweiten Messetag der diesjährigen Labvolution ging es im Biotechnica Forum u.a. um das Genome Editing und dessen Einsatz in der modernen Pflanzenzüchtung.
Am zweiten Messetag der diesjährigen Labvolution ging es im Biotechnica Forum u.a. um das Genome Editing und dessen Einsatz in der modernen Pflanzenzüchtung. (Bild: LABORPRAXIS)

Der Klimawandel ist da, daran besteht kein Zweifel und die internationale Staatengemeinschaft müsste schleunigst alle Kräfte bündeln, um noch gegenzusteuern. Doch nichtsdestotrotz: Die Folgen der Erderwärmung werden unmittelbar spürbar und ihnen muss unmittelbar begegnet werden. Auch in der Landwirtschaft. Kann die derzeit viel zitierte Genschere CRISPR/Cas bzw. das Genome Editing dabei helfen gar Landwirtschaft ohne chemischen Pflanzenschutz ermöglichen? Auf der Labvolution gaben Forscher Antworten.

Hannover – Die so genannte Genschere CRISPR/Cas und damit auch die relativ junge Technik des Genome Editings scheint es geschafft zu haben: sie ist in der Wahrnehmung der Öffentlichkeit angekommen. Allerdings – wie so häufig bei neuen Technologien – mit einem „Geschmack“. Denn spätestens seit der chinesische Forscher He Jiankui Ende letzten Jahres medienwirksam verkündete, die ersten künstlich in ihrem Erbgut veränderten und auf diese Weise gegen HIV resistent gemachten Babys erschaffen zu haben, ist nun erneut – und zu Recht – eine Diskussion entflammt, um erbgutverändernde Eingriffe und die zu regulierenden (ethischen) Grenzen des Machbaren.

Genome Editing: Differenzierung ist gefragt

Doch damit droht nun leider auch die Gefahr, dass dieser Beigeschmack künftig übergeht. Und zwar auf all diejenigen (potenziellen) Anwendungen, wo das Genome Editing, sinnvoll eingesetzt, enorme Chancen bietet. Wie so oft gilt es, zu differenzieren. Das macht Mühe, aber das macht Sinn. Ein Ziel des Mini-Symposiums „Genome Editing: Zukünftigen Herausforderungen mit innovativen Techniken begegnen“, das anlässlich der diesjährigen Labvolution in Hannover im dortigen Biotechnica Forum stattfand, war es daher sicherlich, ein Stück weit zu dieser notwendigen Differenzierung sowie zur Information und Aufklärung beizutragen.

Im Fokus der vom Wissenschaftlerkreis Grüne Gentechnik e.V. aus Frankfurt organisierten und von Prof. Dr. Gabriele Krczal moderierten Vortragsreihe mit anschließender Diskussion standen mögliche Potenziale des Genome Editings in der modernen Pflanzenzüchtung.

Konventionelle vs. moderne Pflanzenzüchtung

So beleuchtete Dr. Tobias Brügmann vom Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei in seinem einleitenden Vortrag, wie sich in Zeiten des Klimawandels mithilfe des Genome Editings stresstolerantere Pflanzen entwickeln lassen. Denn: Der Klimawandel und die wachsende Weltbevölkerung fordern auch die Landwirtschaft heraus. Es gilt, Erträge zu steigern bzw. zu sichern, gleichzeitig sind die Pflanzen zunehmend einer Fülle von Stressoren ausgesetzt, denen sie widerstehen müssen: Wärmere Temperaturen, Trockenstress, neue oder sich verändernde Schaderreger.

Ziel der Pflanzenzüchtung ist es seit jeher, optimal an ihre Umgebungs- und Wachstumsbedingungen angepasste Kulturpflanzen zu erzeugen, die den gewünschten Anforderungen, beispielsweise hohe Erträge zu liefern, entsprechen. Grundlage jeder Evolution aber auch jeder Züchtung sind indes Mutationen. Sie erzeugen genetische Vielfalt und damit die Chance, dass neue verbesserte Eigenschaften entstehen.

Was jedoch kaum jemand weiß. konventionelle Züchtungsmethoden, aus denen die heute angebauten Kulturpflanzen hervorgehen, bedienen sich Chemikalien oder radioaktiver Bestrahlung, um solche Mutationen im Genom von Pflanzenzellen zu erzeugen. Die Mutationen entstehen dabei vollkommen ungerichtet und zu Tausenden. Ob dabei einige wenige unter ihnen zu einer verbesserten Eigenschaft führen, entscheidet letztlich der Zufall. Und der Weg hin zu einer neuen Sorte, die diese Eigenschaft dann auch stabil an Ihre Nachkommen vererbt, ist extrem aufwändig und zeitintensiv. Was die darüber hinaus im Genom entstandenen Mutationen potenziell bewirken, bleibt eine Unbekannte.

Das gezielte Einfügen einzelner Mutation in ein Pflanzengenom, wie es das Genome Editing nun erlaubt, könnte diesen Prozess der Sortenzüchtung um ein Vielfaches genauer machen und ihn zudem enorm vereinfachen, beschleunigen und somit auch Kosten reduzieren.

Ergänzendes zum Thema
 
LP-Info: Wie funktioniert Genome Editing?

Mit Genome Editing fit für den Klimawandel?

Dr. Tobias Brügmann beschrieb in seinem Vortrag u.a. wie sich mithilfe von Genome Editing Weizen resistent gegen gefürchtete Mehltau-Pilze machen lässt, indem man die Bildung genau jenes Protein, das den Schaderregern das Eindringen in die Pflanzenzellen und damit die Infektion überhaupt erst ermöglicht, unterbindet. Dazu wurden mithilfe von TALEN, neben CRISPR/Cas eine weitere sequenzspezifische Nuklease, das für das so genannte MLO-Protein kodierende Gen ausgeschaltet. Spezifisch und in allen Genkopien des hexaploiden Weizens. Mit konventioneller Züchtung kaum zu erreichen.

Ein weiteres Projekt, mit dem sich der Forscher am Johann Heinrich von Thünen-Institut selbst befasst, will Bäume als nachwachsende Rohstoffe per Genome Editing so verbessern, dass sie besser und effizienter zur Energiegewinnung genutzt werden können. Im Speziellen will der Wissenschaftler gemeinsam mit seinem Team Pappeln so verändern, dass sie beispielsweise höhere Erträge liefern oder besser mit Trocken- oder Salzstress zurecht kommen, wie er im Zuge des Klimawandels zu erwarten ist.

Womit Bäume im Klimawandel zurecht kommen müssen und wie Genome Editing helfen kann, damit dies besser gelingt – erklärt Tobias Brügmann in diesem Video ((c) www.erforschtcrispr.de/)

Die Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen spielt bereits heute eine bedeutenden Rolle, ohne ihren Ausbau sei die Energiewende nicht zu schaffen, so Brügmann. Bäume im Kurzumtrieb zur Energiegewinnung anzubauen habe den Vorteil, dass diese Kulturen extrem anspruchslos und einfach zu bewirtschaften sind und kein Pflanzenschutz notwendig sei. „Auch die Teller-Tank-Diskussion, wie sie bei heutigen „Energiepflanzen“ wie Mais oder Raps geführt wird, erübrigt sich bei Bäumen“, sagte der Forscher.

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