CRISPR/Cas - Prof. Holger Puchta
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Molekulare Scheren ermöglichen es, gezielte Veränderungen im Genom aller Organismen zu erzeugen. So kann man Pflanzen erhalten, die besser an die globale Erwärmung angepasst sind, weil sie zum Beispiel salz- und hitzeresistenter sind. Der Leiter des Joseph Gottlieb Kölreuter Instituts für Pflanzenwissenschaften - Molekularbiologie und Biochemie hat als einer der weltweit ersten Wissenschaftler das CRISPR/Cas-System auf Pflanzen angewandt und entwickelt neue Methoden für dessen Einsatz.
Pflanzen widerstandsfähiger gegen Krankheiten und Folgen des Klimawandels machen
„Durch CRISPR/Cas erleben wir gerade die größte Revolution seit 30 Jahren in der Biologie, Medizin und Landwirtschaft“, sagt Holger Puchta. „Das Verfahren hat das Potenzial, viele Probleme gerade für die Pflanzenzüchtung zu lösen, vor die uns der Klimawandel stellt, aber auch, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren.“ Mit der molekularen Schere lassen sich genetische Informationen in der Pflanze gezielt und genau verändern. So kann man Pflanzen erhalten, die möglichst salz- und hitzeresistent, ertragreich, geschmacksintensiv sowie widerstandsfähig gegenüber Krankheiten sind. Während es bei der klassischen Züchtung – mit den Standardwerkzeugen der Kreuzung, Bestrahlung oder chemischen Behandlung – mindestens fünf bis zehn Jahre dauerte, neue Eigenschaften in einer Pflanze zu etablieren, kann dies heute innerhalb von ein bis zwei Pflanzengenerationen gelingen.
„Die klassische Züchtung ist mit einer Schrotflinte zu vergleichen, jetzt haben wir ein Skalpell zur Verfügung, mit dem wir schneller, sicherer und hochspezifisch arbeiten können“, erläutert Puchta. Mit seiner Arbeitsgruppe forscht er daran, die Pflanzenzüchtung durch das auf CRISPR/Cas basierende Verfahren des Genome Editing schneller und genauer zu machen. „Anders als bei der klassischen Gentechnik werden keine Gene aus fremden Organismen eingebracht, mit CRISPR/Cas ist es möglich an einer einzigen Stelle eine Mutation vorzunehmen. Die so behandelte Pflanze ist wissenschaftlich nicht mehr von einer natürlichen Pflanze im Feld zu unterscheiden“, sagt der Molekularbiologe.
Bereits seit Beginn der 1990er-Jahre beschäftigt sich Puchta mit molekularen Scheren. Er war weltweit der erste Forscher, der eine Genomschere bei Pflanzen eingesetzt hat. Dafür wurde er von der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal mit dem Titel „Pionier der Pflanzenbiotechnologie“ ausgezeichnet. Zwei Mal hat der Wissenschaftler für seine grundlegende Forschung einen ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats erhalten: Im ersten (von 2011 bis 2016 geförderten) Projekt COMREC etablierte er verschiedene Anwendungen der damals gerade entdeckten CRISPR/Cas-Technologie für einzelne Genveränderungen bei Pflanzen. Im zweiten Projekt CRISBREED (von 2017 bis 2022) ist es gelungen, die Einsatzmöglichkeiten der molekularen Schere CRISPR/Cas wesentlich zu erweitern und erstmals von der Ebene des Gens auf die Ebene des Chromosoms zu bringen. So kann nun die Abfolge der Gene innerhalb eines oder auch zwischen Chromosomen verändert werden, was für die Pflanzenzüchtung von großer Bedeutung ist. Puchta ist ein gefragter Gesprächspartner von Politik und Öffentlichkeit, wenn es um die Bewertung von Chancen und Risiken von CRISPR/Cas geht. Er ist auch Koautor eines Sachbuchs zu diesem Thema. „Durch die 2020 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnete Entdeckung des CRISPR/Cas-Systems ergeben sich immer neue Entwicklungen und Fragestellungen. Nie war die Biologie spannender als heute“, so der Wissenschaftler. (afr)
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Fotonachweis:
FotoTomatenpflanze: Sandra Göttisheim, KIT
Porträt Prof. Holger Puchta, Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften: Sandra Göttisheim, KIT