3. Was ist DNA und was sind Gene?
Wie funktioniert die Züchtung von Nutzpflanzen?
Was ist CRISPR?
Worin liegen die Chancen und Risiken der CRISPR
Technologie in der Landwirtschaft?
Ziel und Inhalt dieses Vortrages:
5. Was ist ein Gen?
Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der zu einem
Merkmal führt
https://www.mastzellaktivierung.info/de/mastzellerkrankungen_krankheitsmechanismus.html
6. Das “Zentrale Dogma” der Biologie
- DNA wird in RNA transkribiert
- RNA wird in Proteine (Eiweisse) translatiert
https://slideplayer.com/slide/9282497/
7. Was ist ein Gen?
Wie viele Gene haben unterschiedliche Organismen?
8. Was ist ein Gen?
Wie viele Gene haben unterschiedliche Organismen?
Weintraube
Fruchtfliege Grippe-Virus
Huhn Bakterium
Mensch
http://blogs.discovermagazine.com/loom/2010/06/15/the-genome-at-ten-two-pictures/#.XGFB79F7k2I
9. Was ist ein Gen?
Wie viele Gene haben unterschiedliche Organismen?
Weintraube
Fruchtfliege Grippe-Virus
Huhn Bakterium
Mensch
http://blogs.discovermagazine.com/loom/2010/06/15/the-genome-at-ten-two-pictures/#.XGFB79F7k2I
10. Was ist ein Gen?
Wie viele Gene haben unterschiedliche Organismen?
Weintraube
Mensch
Huhn
Fruchtfliege
Bakterium
Grippe-
Virus
http://blogs.discovermagazine.com/loom/2010/06/15/the-genome-at-ten-two-pictures/#.XGFB79F7k2I
31. Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Resistente
Pflanze
Bilder: Wikipedia
32. Veränderung von Pflanzen und Anbauweisen
sind essentiell für unseren Wohlstand
Bild: Plant Cell Teaching tools
33. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
Giovanni Stanchi, 1645 - 1672
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
34. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
Giovanni Stanchi, 1645 - 1672
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
35. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
36. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
37. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
38. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
39. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
40. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
41. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
42. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
43. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.pflanzenforschung.de/de/themen/wilde-verwandte/plantainment-9
44. Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
https://www.pflanzenforschung.de/de/themen/wilde-verwandte/plantainment-9
heutefrüher
48. Die spontane Mutationsrate liegt bei
7*10-9 pro Generation
Wie entstehen Mutationen?
Quelle: Ossowski et al., 2010
49. Die spontane Mutationsrate liegt bei
7*10-9 pro Generation
7 Basen in einer Milliarde Basen
Wie entstehen Mutationen?
Quelle: Ossowksi et al., 2010
50. Die spontane Mutationsrate liegt bei
7*10-9 pro Generation
7 Basen in einer Milliarde Basen
Wie entstehen Mutationen?
Quelle: Ossowksi et al., 2010
Zu langsam für die Züchtung von Pflanzen
mit besseren Eigenschaften
52. Züchtung durch Mutagenese
Bestrahlungsanlage für Mutationszüchtung. Sie
ist von acht Meter hohen Schutzwänden
umgeben. Die Strahlenquelle befindet sich in
der Mitte.
Foto: Institute for Radiation Breeding, Kamimurata, Japan
54. Beispiele von Züchtung durch
Mutagenese - Zitrusfrüchte
https://geneticliteracyproject.org/2016/06/13/pasta-ruby-grapefruits-why-organic-devotees-love-foods-mutated-by-radiation-and-chemicals/
56. Was sind die Nachteile der Züchtung
mittels Mutagenese?
credit: NYT
57. Züchtung durch Mutagenese
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-Genoms
unerwünschte Mutationen
Deletionen
Teil des Weizen-Genoms
Strahlungszüchtung
Resultat:
Genetisch veränderter Organismus (GVO)
67. Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
68. Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
69. Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
70. Anwendungen von CRISPR in der Medizin
https://www.parkerici.org/research_focus/best-in-class-t-cells/
71. Was sind die Vorteile von CRISPR
bei der Pflanzenzüchtung?
72. Anwendungen von CRISPR in der Züchtung
CRISPR/
CAS9
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-Genoms
unerwünschte Mutationen
Deletionen
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-GenomsTeil des Weizen-Genoms
Strahlungszüchtung Züchtung durch Genom-Editierung
Resultat:
Genetisch veränderter Organismus (GVO)
GVO Regularien
(Kennzeichnungs-
pflicht, etc.)
73. Anwendungen von CRISPR in der Züchtung
Gezielte Mutationen von bestimmten Genen
zur Verbesserung von Eigenschaften
https://www.weeklytimesnow.com.au/agribusiness/horticulture/nonbrowning-apples-csiro-breakthrough-keeps-fruit-looking-fresh/news-
story/e5df25e3335b969c2c7584f4ba9c9cc8
74. “De novo-” oder Neu-Domestizierung
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168945216309037
75. Gene können direkt von einer
verwandten Pflanze eingebracht werden
Anwendungen von CRISPR in der Züchtung
https://www.mpimp-golm.mpg.de/22418/Frag_die_Gerste
82. Anwendungen von CRISPR in der Züchtung
nach dem EuGH-Urteil
https://www.frontiersin.org/files/Articles/414320/fpls-09-01523-HTML/image_m/fpls-09-01523-g002.jpg
83. Anwendungen von CRISPR in der Züchtung
nach dem EuGH-Urteil
CRISPR/
CAS9
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-Genoms
unerwünschte Mutationen
Deletionen
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-GenomsTeil des Weizen-Genoms
Strahlungszüchtung Züchtung durch Genom-Editierung
Resultat:
Genetisch veränderter Organismus (GVO)
GVO Regularien
(Kennzeichnungs-
pflicht, etc.)
Logos:
https://www.ohnegentechnik.org/
https://www.oekolandbau.de/bio-siegel/
https://www.horizonworld.de/neue-dvd-der-gen-food-wahnsinn/
84. Was sind potentielle Gefahren
von CRISPR bei der Züchtung?
Welche Sorgen/Vorbehalte werden in der Diskussion
immer wieder aufgebracht?
Einige Beispiele
87. Jede Pflanze hat ca. 1000 Art-
spezifische Gene …
Quelle: Draft genome of the kiwifruit Actinidia chinensis
88. Jede Pflanze hat ca. 1000 Art-
spezifische Gene …
- man kann nicht ausschließen, dass durch eine CRISPR-Modifikation eines Gens ein Allergen
entsteht
- Die Wahrscheinlichkeit, dass eine unbekannte Frucht eine Allergie auslöst, ist ca. 1000 mal
höher Quelle: Draft genome of the kiwifruit Actinidia chinensis
89. Hingegen können Sie CRISPR einsetzen, um
Pflanzen mit weniger Allergenen zu züchten
https://www.nytimes.com/2016/12/15/magazine/is-it-possible-to-make-a-less-allergenic-peanut.html
92. Wie spezifisch ist CRISPR?
- Weiterentwicklung des CRISPR-Systems: Weniger falsche Schnittstellen
- Off-targets sehr wichtig bei z.B. der Gen-Therapie, sehr viel weniger wichtig in der Züchtung
- Sequenzierung des gesamten Genoms vor der Weiterverwendung der Pflanze
94. Mehrfache CRISPR-Modifikationen
Politische Regulierung:
z.B.:
Kategorie A:
1-2 Mutationen
Kategorie B:
3-10 Mutationen
Kategorie C:
>10 Mutationen
Einführung eines Gens aus der
gleichen Art (kann auch durch Kreuzung
geschehen, z.B. Resistenzgen aus der
Anden-Tomate in eine Zuchttomate)
Kategorie D:
> Einbringen eines Fremdgens
CRISPR/
CAS9
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-Genoms
Züchtung durch Genom-Editierung
gewünschte Mutation
CRISPR/
CAS9
gewünschte Mutation
CRISPR/
CAS9
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
gewünschte Mutation
96. Weitere Aspekte der CRISPR-Anwendungen
müssen politisch geregelt werden
z.B.:
- Welche Tests und Analysen müssen Pflanzen und
Lebensmittel durchlaufen
- Wie sieht es mit den Patenten auf durch CRISPR editierte
Sorten aus?
Viele Kritiken an der CRISPR-Züchtung haben nichts mit
CRISPR zu tun
z.B.
- Überproduktion, Verteilungsprobleme
- Monokulturen
- Verlust von Biodiversität
-> eine Frage von guter landwirtschaftlicher Praxis
98. Hunger
Unter- und Mangelernährung ist
ein globales Problem
Vitamin A Mangel
Image sources: TPC Teaching tools, Petaholmes based on WHO data; WHO
99. Hunger
Unter- und Mangelernährung ist
ein globales Problem
Vitamin A Mangel
Image sources: TPC Teaching tools, Petaholmes based on WHO data; WHO
Gleichzeitig steigt die Weltbevölkerung,
das Klima verändert sich, und unsere
Ressourcen werden knapper.
100. Unter- und Mangelernährung ist
ein globales Problem
Image sources: TPC Teaching tools, Petaholmes based on WHO data; WHO
Gleichzeitig steigt die Weltbevölkerung,
das Klima verändert sich, und unsere
Ressourcen werden knapper.
101. Meine persönliche Meinung:
Das Vorsorge-Prinzip bedeutet
auch, in 10, 20 und 30 Jahren Sorten
zur Verfügung zu haben, die die
Menschheit unter den dann
herrschenden Umweltbedingungen
optimal ernähren.