Chancen und Risiken neuer Züchtungstechniken bei landwirtschaftlichen Nutztieren
Für die landwirtschaftlichen Nutztiere wie Rind, Schwein, Pferd und Schaf liegen inzwischen informative Genkarten vor, die die Grundlage für die Entwicklung neuer Züchtungskonzepte und gezielte genetische Modifikationen bilden. In den letzten Jahren sind zudem so genannte molekulare Scheren wie Zinkfinger Nukleasen (ZFNs), TALEN (Transcription activator-like effector nuclease) und CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) entwickelt worden, die gezielte genetische Veränderungen induzieren können. Dies geschieht im Wesentlichen durch Steigerung der DNA Mutationsrate über Induktion von Doppelstrangbrüchen an vorbestimmten genomischen Stellen. Die Anwendung dieser molekularen Scheren wird auch Gen Editing genannt. Der erfolgreiche Einsatz des Gen Editings wurde in unterschiedlichen Organismen wie z. B. Insekten, Amphibien, Pflanzen und Säugern, einschließlich Nutztieren und Menschen, gezeigt. Das CRISPR/ Cas System kann sogar multiple Sequenzen in einem Ansatz mutieren und scheint in dieser Hinsicht ZFNs oder TALEN überlegen zu sein. Die aktuellen Resultate zeigen, dass die molekularen Scheren für jedes Gen in jedem Organismus erfolgreich eingesetzt werden können. Damit dienen sie als wertvolle Hilfsmittel für Studien zum Verständnis komplexer biologischer Systeme, zur Produktion genetisch modifizierter Tiere sowohl für landwirtschaftliche als auch für biomedizinische Zielsetzungen, zur Erstellung spezifischer Zelllinien für die Züchtung genetisch modifizierter Pflanzen und darüber hinaus für die Behandlung humaner genetischer Erkrankungen. Der vorliegende Artikel gibt einen aktuellen Überblick zu den molekularen Scheren als neue Hilfsmittel zukunftsorientierter Zuchtstrategien,nennt einige der zugrundeliegenden Mechanismen und beschreibt neue Möglichkeiten für die Erstellung genetisch modifizierter Nutztiere. *Dieser Beitrag ist in enger Anlehnung an die folgende Publikation entstanden: Niemann und Petersen, Züchtungskunde, 88 (1), 1931, 2016.
For farm animals like cattle, pig, horse and sheep, informative gen maps are available by now that provide a basis for the development of new concepts for breeding and selective genetic modification. Moreover, so-called molecular scissors (MS), incl. Zinc Finger Nucleases (ZFN), Transcription-activator like endonucleases (TALENS) and CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) have been developed over the past years which are capable of cutting DNA in a very specific manner. These molecular scissors mediate targeted genetic alterations by enhancing the DNA mutation rate via induction of double-strand breaks at a predetermined genomic site. The application of molecular scissors is also called gene editing. The successful application of different MS has been shown in different organisms, including insects, amphibians, plants, nematodes, and mammals, including humans. The CRISPR/Cas9 system is capable of targeting even multiple genomic sites in one shot and thus could be superior to ZFNs or TALEN, especially by its easy design. MS can be successfully employed for improving the understanding of complex physiological systems, producing transgenic animals, incl. creating large animal models for human diseases and biomedical aims, creating specific cell lines, and plants, and even for treating human genetic diseases. This review provides an update on molecular scissors, their underlying mechanism and focuses on new opportunities for generating genetically modified farm animals.
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