Unter Beschuss: Mit Gold auf Gene schießen

Okay, welche Formen von Gentechnik haben wir bereits besprochen? Wir haben mit CRISPR eine sehr präzise, beinahe schon chirurgische Variante kennengelernt. Im darauffolgenden Text sprachen wir über TILLING, das ein wenig wie eine gepflegte Partie Bingo anmutet.

Mit Kanonen auf Spatzen zu schießen, wäre heute wohl die angebrachte Formulierung für eine Methode in der Gentechnik, die unter Genetikern und Biologen auch als „biolistisches Verfahren“ bezeichnet wird. Bemerkt ihr den Wortwitz? Biolistisch. Als Mischung aus biologisch und ballistisch. Wow, was für’n Schenkelklopfer, hm? Der Gag hätte fast von mir sein können! Biolistisch ist zwar ein nettes Wort (und die perfekte Erklärung dafür, warum die ganzen Vorurteile über deutschen Humor auf der Welt existieren), aber ich glaube, ich verwende in diesem Text trotzdem lieber das Synonym „Partikelkanone“, oder „Genkanone“. An der Stelle möchte ich nur mal kurz anmerken: Keine Ahnung, wer auch immer auf die Idee kam, in den Stichwortverzeichnissen diverser Bücher für die hier beschriebene Variante sowohl den Begriff „Biolistik“, als auch „Genkanone“ einzutragen. Aber es wäre super, wenn man sich auf einen Begriff einigt, der in die Bücher kommt. Bis ich drauf kam, dass Biolistik ein ernstzunehmender Begriff ist, vergingen durchaus ein paar Tage.

[HIER SOLLTE EIGENTLICH EIN BILD EINER PARTIKELKANONE AUS STAR TREK ODER STAR WARS REIN, ABER ICH HAB‘ LEIDER NIX GEFUNDEN 🙁 #traurig]
Dafür bekommt ihr hier das Bild einer tatsächlichen Genkanone, die aber bei weitem nicht so cool aussieht. Und keine Raumschiffe zum Explodieren bringen kann…glaube ich.

Gemeinfrei
Gemeinfrei

Naja, jedenfalls kommt der Name Partikelkanone nicht von ungefähr. In den ersten Geräten, die sich dieses Verfahrens bedient haben, hat man tatsächlich Schwarzpulver benutzt, um…ja, was tut man da eigentlich genau?

Zu allererst besorgt man sich vorzugsweise Gold. Oder Wolfram. Aber Gold ist hier natürlich die stilvollere Variante. Nun sollte es allerdings kein Goldbarren sein, sondern ein möglichst kleiner Goldpartikel, mit einem Durchmesser von rund 1,0 µm. Hier gilt: Je kleiner, desto besser.

By PHGCOM (Own work by uploader, Toi Mine) [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons
By PHGCOM (Own work by uploader, Toi Mine) [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons

Dieser 250kg Goldbarren wäre vermutlich ein klein wenig zu groß. Vermutlich. Als Geschenk würde ich ihn allerdings gerne annehmen, falls jemand von euch den Drang verspüren sollte…ich mein‘ ja nur.

Auf diese kleinen Goldpartikel trägt man dann eine Substanz namens Spermidin auf. Nein, das macht man nicht so, wie ihr denkt. Und es macht auch was anderes, als sein Namensvetter. Spermidin gehört zu den Polyaminen. Diese sind – vereinfacht gesagt – Stabilisatoren, die dafür sorgen sollen, dass die später aufgetragene DNA besser haftet und nicht so schnell abgebaut wird.

Jetzt wird die DNA aufgebracht. Wir reden hier aber nicht von der üblichen Form der DNA. Bisher haben wir uns mit Erbgut beschäftigt, das in Form von Chromosomen als mehr oder weniger gerader Strang vorlag. Es gibt aber auch noch eine andere Variante. Das sogenannte Plasmid. Plasmid ist DNA, die als Ring vorliegt. Sie hat nichts mit der „gewöhnlichen“ DNA in einer Zelle zu tun, sondern existiert weitgehend unabhängig von ihr. Das bedeutet, dass Plasmide auch unabhängig von der eigentlichen DNA reproduziert werden. Sie kommen in vielen Bakterien zusätzlich zur eigentlichen DNA vor und verleihen den Zellen diverse neue Eigenschaften. Egal wo ich nachgelesen habe, als bedeutendste Eigenschaft ist durchgehend die Antibiotikaresistenz genannt worden, die über Plasmide ausgebildet wird.
Die kreisförmigen Plasmide sehen neben der DNA also so aus:

Spaully on English wikipedia (Own work) [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons
Spaully on English wikipedia (Own work) [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons
Nun gibt es aber nicht nur die kreisförmigen Plasmide. Man kann den Kreis nämlich auch ein paar Mal in sich verdrehen und ein überspiralisiertes Plasmid daraus machen. Wenn man keine zu hohen Ansprüche an die Geometrie hat, dann könnte man fast schon sagen, dass man einen einigermaßen geraden Strang DNA geschaffen hat.

Gemeinfrei
Gemeinfrei

Trifft man nun mit der DNA den Zellkern, besteht die Chance, dass der so eingebrachte neue DNA-Strang irgendwo in die bestehende, chromosomale DNA eingebaut wird.

So. An dieser Stelle muss ich einfach noch diesen Disclaimer hier einbringen.
Dieser Text hat so lange gedauert, weil ich keine eindeutige Aussage darüber finden konnte, welche DNA jetzt auf diese Goldkugel aufgetragen wird. Im Wikipediaartikel wird explizit die Plasmid-DNA erwähnt. Der Nature-Artikel auf den sich der Text bezieht, ist auch nach 28 Jahren nur gegen Bezahlung einsehbar (ich will mich ja nicht auch noch darüber beschweren, wie Journale so ihr Geld machen, aber es wäre wohl einfacher gewesen, wenn die Autoren ein Patent auf ihren Text eingereicht hätten. Dann wäre der Text jetzt schon frei zugänglich). Unter diesem Text führe ich 3 Bücher als Quellen auf, in denen allerdings nicht explizit die Verwendung von Plasmid-DNA erwähnt wird. Deshalb nun meine scharfsinnige Schlussfolgerung: Es ist absolut egal, welche Form der DNA man verwendet; Hauptsache man trifft in den Zellkern und kommt möglichst nah an die Chromosomen ran. Falls dieser Gedanke stimmt, wäre es schön gewesen, sowas mal in einen Nebensatz zu packen. Aber gut, machen wir mal mit dem Text weiter:

Es reicht natürlich nicht, nur ein einziges Stück DNA auf so eine goldene Kugel zu legen und zu hoffen, dass genau dieses eine Stück überlebt und sich selbst in die Zelle einbaut. Man muss so eine kleine Kugel regelrecht in DNA tränken, um die Chancen auf einen erfolgreichen Einbau in die DNA des Zielorganismus zu erhöhen. Aber wie vermehrt man eigentlich so einen DNA Strang?
Dafür machen wir einen kleinen Abstecher in eine Methode, die sich PCR nennt. Polymerase-Chain Reaction. Oder auch die liebliche „Polymerase-Kettenreaktion“. Um zu verstehen, wie diese abläuft, mache ich es mir heute mal relativ einfach und verlinke zwei wunderbare Videos, die diese Reaktion besser erläutern, als ich es je könnte (naja…nicht wirklich. Ich bin einfach super…bescheiden).


Nur in die Zelle zu schießen, das wäre bei tierischen, bzw. menschlichen Zellen schon ein Problem. Aber bei einer Pflanzen- oder Bakterienzelle wird das ganze nochmal ‚ne Spur schwieriger. Wie die meisten aus dem Bio-Unterricht wissen werden, besitzen diese Zellen eine sogenannte Zellwand, die um einiges dicker ist, als die Zellmembran von Mensch und Tier.

GEMEINFREI
GEMEINFREI

Hier sehen wir eine Pflanzenzelle mit dazugehöriger Zellwand.

Nun möchte man die Goldkugel durch genau diese Wand hindurchbekommen. Nun könnte man so ein Unterfangen natürlich präzise und gut durchdacht umsetzen. Oder man nimmt sich einfach folgendes Motto zu Herzen:

Ausnahmsweise übertreibe ich mal nicht, man verwendet tatsächlich ein relativ gewaltsames Verfahren, bei dem die Goldpartikel durch die Zellwand geschossen werden. Die Methode hat allerdings einen gewaltigen Nachteil.

Was passiert, wenn wir mit einer Waffe auf einen Menschen schießen?
Genau. Es könnte sein, dass besagter Mensch stirbt.
Was passiert, wenn wir mit einer Genkanone auf eine Zelle schießen?
…richtig.

Seit man dazu übergegangen ist, Kugeln mit einem Durchmesser von rund 1,0 µm zu verwenden, überleben mehr Zellen als früher. Im Gegensatz zu früher, ist das Verfahren heute schon um einiges präziser. Man regelt den Beschuss der Pflanzenzellen mittlerweile über Gasdruck. Das große Problem der Methode ist allerdings nach wie vor die Tatsache, dass sie sehr unpräzise ist. Es gibt keine Garantie, dass die Gene in die Chromosomen eingebracht werden. Selbst wenn dieser wichtige Schritt geglückt ist, wird das Gen in ein zufälliges Chromosom eingebaut, was die Ausprägung des Gens beeinflusst. Und es gibt noch ein kleines Problem. In vielen der so veränderten Pflanzen funktioniert das Gen nur für eine bestimmte Zeit, danach verliert es häufig seine Funktion. Die Effizienz des Verfahrens wird bei einer Anwendung auf Soja in diesem Link hier 0,05% angegeben. Allgemein liegt die Effizienz bei den gängigen Methoden der Gentechnik (mit Ausnahme von CRISPR) zwischen 0.1% und 10%. Was wir allerdings nicht vergessen dürfen, ist die Tatsache, dass natürlich unheimlich viele Zellen zeitgleich bearbeitet werden, wodurch auch eine scheinbar geringe Effizienz zu ausreichend veränderten Zellen führt.

Letztendlich birgt diese Variante der genetischen Veränderung durchaus einige Tücken. Sie ist verhältnismäßig unpräzise und hält oft nicht all zulange. Aber auch die Genkanone hat dazu geführt, einige genetisch veränderte Pflanzen zu kreieren, die noch heute im Umlauf sind. Ich bin noch unentschlossen, ob ich im nächsten Text über Vektoren oder Strahlung schreibe.
Vielleicht unterbreche ich die Serie auch kurz, und schreibe ein wenig über den Vortrag, den ich bald in Friedberg im Wetteraukreis halten werde! Ja, ihr habt richtig gehört. Es wird mich bald live geben! Am 22.10. werde ich im Rahmen der Friedberger Aktionstage dort gemeinsam mit dem GWUP-Mitglied und Physiker Dr. Holm Hümmler einen Vortrag über Alternativmedizin halten. Friedberg wird am 31.10 und am 1.11. dieses Jahres Ziel eines riesigen Haufens rechter Esoteriker und Verschwörungstheoretiker werden, die sich dort zwecks diverser Vorträge treffen. Eva Herrmann, Rüdiger Dahlke und Udo Ulfkotte sind dort vertreten und nur einige der Namen, die ihren menschenverachtenden Müll innerhalb eines Wochenendes auf diesem Kongress preisgeben werden. Zum Glück hat sich eine reichhaltige Gegenbewegung gebildet, die im Oktober diverse Veranstaltungen parat hält, um ein Zeichen gegen Nazis zu setzen. Den Veranstaltungsplan findet sich unter folgendem Link, weiterführende Infos gibt es dann noch in einem separaten Text, den ich hoffentlich in einigen Tagen veröffentliche. <a href=“http://antifabi.eu/?p=3302″>Hier also der vorläufige Programmplan</a>

Literatur:
[1] Fletcher, Hugh und Hickey, Ivor: Genetik für Biologen, Biochemiker, Pharmazeuten und Mediziner. Weinheim. 1. Auflage 2013

[2] Brown, T.A: Gentechnologie für Einsteiger. 6. Auflage 2010

[3] Rennberg, Reinhard, Berkling, Viola: Biotechnologie für Einsteiger. Heidelberg. 4. Auflage 2013

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