"Ich kann nun heraussuchen, wo genau ich die Mutation haben will, und zwar basengenau im Genom", erklärt Knoll die Vorteile von TALEN gegenüber dem älteren Verfahren. "Ich kann mir damit auch echte Knockout-Mutanten erzeugen, bei denen das gesamte Gen im Genom fehlt, sonst aber nichts zusätzlich im Genom ist." Die dafür nötigen TALEN erzeugt er selbst. Im Handel sind Genabschnitte erhältlich, die alle Komponenten des Werkzeugs kodieren, insbesondere auch die einzelnen TALE-Module. Die Einzelteile setzt der Wissenschaftler zusammen und überträgt sie in das hilfreiche Agrobacterium tumefaciens, welches das TALEN-Gen in das Genom der Pflanze einbaut. Das geschieht nach wie vor zufällig, doch das entstehende Protein schneidet mit seinem Nuklease-Teil exakt an der gewünschten Stelle im Genom.

Ist das geschehen, hilft die Zelle selbst, die gewünschten Mutationen zu erzeugen. Den künstlich verursachten Doppelstrangbruch repariert die Zelle sofort, doch sie macht dabei oft Fehler, sodass das angepeilte Gen oft unbrauchbar wird. Auch hier ist also Zufall im Spiel, aber die Trefferwahrscheinlichkeit ist viel höher als bei herkömmlichen Methoden. Anschließend, erklärt Knoll, züchte er das TALEN-Gen aus den Mutanten heraus und erhalte eine Pflanze mit der gewünschten Mutation.

Das Charmante an dem Verfahren ist, dass es, anders als der Knockout von Genen, bei allen Organismen funktioniert. Bei Tieren reicht es sogar aus, die fertigen Proteine in den Embryo oder das erwachsene Tier einzuschleusen. Inzwischen haben Wissenschaftler auf diese Weise Mutationen in Ratten, Zebrabärblingen und anderen Versuchstieren erzeugt und das Verfahren sogar zur Forschung an menschlichen Stammzellen eingesetzt.

Prinzipiell sollte es auch möglich sein, mithilfe dieser Methoden neue Erbgutbestandteile ins Genom einzufügen. Dabei hilft die homologe Rekombination, ein weiterer Mechanismus zur Reparatur von DNA-Schäden. Trifft das abgetrennte DNA-Ende nämlich auf einen Einzelstrang, von dem ein Teil zum Doppelstrang passt, lagern sich der neue Strang und der dazu passende Strang mit den zueinander passenden Sequenzen aneinander, und die neu hinzugekommene DNA dient als Vorlage für die Vervollständigung des durchtrennten Erbgutstranges. Zusätzlich zu den Nuklease-Konstrukten, so der Plan, soll in Zukunft ein DNA-Einzelstrang in die Zelle gebracht werden, dessen Enden zu den Sequenzen auf beiden Seiten der Lücke im Genom passen.

Schreibmaschinen fürs Genom

Der Mittelteil enthält die Erbgutsequenz, die man einfügen möchte. Die Zelle schließt dann nicht nur die Lücke im Genom, sondern baut auch noch das gewünschte Stück Fremderbgut ein: Damit könnte man im Genom schreiben wie in einem Textverarbeitungsprogramm.

Bei allen Erfolgen müssen die Nuklease-Konstrukte erst noch zeigen, wozu sie wirklich fähig sind. Sind sie tatsächlich so präzise, wie es bisher den Anschein hat? Könnten sie das Genom in seltenen Fällen vielleicht doch an der falschen Stelle zerschneiden? Ihre Entwicklung steht erst am Anfang. Die Folgen der neuen Möglichkeiten sind schon heute kaum mehr zu überblicken.

Erschienen auf spektrum.de