SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 101
Die Genschere CRISPR
und ihre Bedeutung für die
Landwirtschaft im 21. Jahrhundert
Prof. Dr. Sascha Laubinger
sascha.laubinger@uol.de
https://www.tagesspiegel.de/wissen/reaktionen-auf-den-eugh-zur-gen-schere-crispr-ein-richtig-schlechtes-urteil/22851838.html
https://www.clinicalomics.com/articles/crispr-babies-researcher-he-jiankui-fired-in-wake-of-investigation/2109
https://www.zeit.de/wissen/2018-07/crispr-gentechnik-emmanuelle-charpentier-jennifer-doudna-feng-zhang
Twitter account, Renate Künast
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:
DNA Struktur: eine Doppelhelix
Quelle: Purves, Biologie, Lehrbuch
Was ist ein Gen?
Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der zu einem
Merkmal führt
https://www.mastzellaktivierung.info/de/mastzellerkrankungen_krankheitsmechanismus.html
Das “Zentrale Dogma” der Biologie
- DNA wird in RNA transkribiert
- RNA wird in Proteine (Eiweisse) translatiert
https://slideplayer.com/slide/9282497/
Was ist ein Gen?
Wie viele Gene haben unterschiedliche Organismen?
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
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
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
... nicht nur sie sind überrascht
Harmonia axyridis
Gene verändern sich –
Marienkäfer
Photo: Wikipedia
Credit: Duden
Gene verändern sich –
Menschen
Credit: Duden
Gene verändern sich –
Mutationen
https://www.pinterest.com/msallin/precisely-visualizations/
Mutation
Was Mutationen bewirken
http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/bild-723310-141465.html
http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/bild-723310-141465.html
Mutationen in der Kontrollregion des
Laktasegens bewirken Laktosetoleranz
http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/bild-723310-141465.html
Mutationen in der Kontrollregion des
Laktasegens bewirken Laktosetoleranz
http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/bild-723310-141465.html
Die meisten von uns sind
Mutanten!
Mutationen in der Kontrollregion des
Laktasegens bewirken Laktosetoleranz
http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/bild-723310-141465.html
Auch Pflanzen mutieren
https://www.businessinsider.com/broccoli-kale-brussels-sprouts-vegetables-all-the-same-plant-2015-11?IR=T
Auch Pflanzen mutieren
Das Beispiel Kohl
Wann hat der Mensch mit der
Domestizierung und Züchtung
begonnen?
Meilensteine der
Pflanzendomestizierung und Züchtung
https://www.bdp-online.de/de/Pflanzenzuechtung/Methoden/
Wozu müssen wir Pflanzen überhaupt
verändern?
Wozu müssen wir Pflanzen überhaupt
verändern?
http://eatingchile.blogspot.de
http://eatingchile.blogspot.de
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
http://eatingchile.blogspot.de
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Mehr Ertrag
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Sotelo et al., 1998
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Ungiftige Pflanze
Sotelo et al., 1998
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Bilder: Wikipedia
Veränderung von Pflanzen sind
essentiell für unser Überleben
Resistente
Pflanze
Bilder: Wikipedia
Veränderung von Pflanzen und Anbauweisen
sind essentiell für unseren Wohlstand
Bild: Plant Cell Teaching tools
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
Giovanni Stanchi, 1645 - 1672
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
Giovanni Stanchi, 1645 - 1672
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.zmescience.com/other/feature-post/fruits-veggies-domestication/
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
heutefrüher
https://www.pflanzenforschung.de/de/themen/wilde-verwandte/plantainment-9
Die Menschheit verändert
Pflanzen seit Jahrtausenden
https://www.pflanzenforschung.de/de/themen/wilde-verwandte/plantainment-9
heutefrüher
Wie entstehen Mutationen?
Wie entstehen Mutationen?
z.B durch UV Strahlung
Bilder: Wikipedia
Wie entstehen Mutationen?
z.B durch UV Strahlung
Bilder: Wikipedia
Die meisten Mutationen werden wieder repariert!
Die spontane Mutationsrate liegt bei
7*10-9 pro Generation
Wie entstehen Mutationen?
Quelle: Ossowski et al., 2010
Die spontane Mutationsrate liegt bei
7*10-9 pro Generation
7 Basen in einer Milliarde Basen
Wie entstehen Mutationen?
Quelle: Ossowksi et al., 2010
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
Wie entstehen Mutationen?
Wie kann die Mutationsrate gesteigert werden?
Quelle: Ossowksi et al., 2010
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
Beispiele von Züchtung durch
Mutagenese - Hartweizen
Image credit: MPG
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/
Beispiele von Züchtung durch
Mutagenese
credit: NYT
Was sind die Nachteile der Züchtung
mittels Mutagenese?
credit: NYT
Züchtung durch Mutagenese
gewünschte Mutation
Teil des Weizen-Genoms
unerwünschte Mutationen
Deletionen
Teil des Weizen-Genoms
Strahlungszüchtung
Resultat:
Genetisch veränderter Organismus (GVO)
Mutanten aus
einer Strahlungs-
mutagenese
https://www.osti.gov/etdeweb/servlets/purl/20058013
Zusammenfassung:
Züchtungsmethoden
Credit: Sanwen Huang/ Chinese Academy of Agricultural Sciences
Zusammenfassung:
Züchtungsmethoden
Credit: Sanwen Huang/ Chinese Academy of Agricultural Sciences
Zusammenfassung:
Züchtungsmethoden
Credit: Sanwen Huang/ Chinese Academy of Agricultural Sciences
Was ist CRISPR?
C LUSTERED
R EGULARLY
I NTERSPACED
S HORT
P ALINDROMIC
R EPEATS
Was ist CRISPR?
https://www.technologytimes.pk/crispr-cas9-a-targeted-genome-editing-technique/
Was ist CRISPR?
https://www.youtube.com/watch?v=4wlRLsusvVI
Was ist CRISPR?
https://www.youtube.com/watch?v=4wlRLsusvVI
Was ist CRISPR?
https://www.youtube.com/watch?v=4wlRLsusvVI
CRISPR/CAS9 erzeugt
DNA-Strangbrüche
Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
Was passiert mit DNA-Strangbrüchen?
https://viromer-transfection.com/crispr
Anwendungen von CRISPR in der Medizin
https://www.parkerici.org/research_focus/best-in-class-t-cells/
Was sind die Vorteile von CRISPR
bei der Pflanzenzüchtung?
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.)
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
“De novo-” oder Neu-Domestizierung
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168945216309037
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
Redundanz
Evolution des Weizens
https://changinghabits.com.au/product/emmer-wheat-flour-1kg/
Beschleunigte Züchtung vor allem in polyploiden
Pflanzen (Weizen -> Tristar)
Was bedeutet das EuGH Urteil
für die Züchtung mit CRISPR?
Was bedeutet das EuGH Urteil
für die Züchtung mit CRISPR?
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
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/
Was sind potentielle Gefahren
von CRISPR bei der Züchtung?
Welche Sorgen/Vorbehalte werden in der Diskussion
immer wieder aufgebracht?
Einige Beispiele
https://www.faz.net/aktuell/sport/gen-ernaehrung-gen-lebensmittel-foerdern-allergien-114982.html
Jede Pflanze hat ca. 1000 Art-
spezifische Gene …
Quelle: Draft genome of the kiwifruit Actinidia chinensis
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
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
Wie spezifisch ist CRISPR?
Wie spezifisch ist CRISPR?
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
Mehrfache CRISPR-Modifikationen
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
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
Weitere Aspekte der CRISPR-Anwendungen
müssen politisch geregelt werden
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
Brauchen wir CRISPR für die
Pflanzenzüchtung?
Hunger
Unter- und Mangelernährung ist
ein globales Problem
Vitamin A Mangel
Image sources: TPC Teaching tools, Petaholmes based on WHO data; WHO
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.
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.
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.

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie Laubinger crispr talk

Presentation Genfood
Presentation GenfoodPresentation Genfood
Presentation Genfoodguest3e4582
 
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die GesundheitDarmflora ist von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die GesundheitJosefSenn
 
Gentechnik - Fluch oder Segen
Gentechnik  - Fluch oder SegenGentechnik  - Fluch oder Segen
Gentechnik - Fluch oder SegenElfriede Berger
 
Gefahr durch Keime nimmt zu
Gefahr durch Keime nimmt zuGefahr durch Keime nimmt zu
Gefahr durch Keime nimmt zuJosefSenn
 
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptxMichaelHolzwieser
 
Wellness Plus+ Power Point Version 2003
Wellness Plus+ Power Point Version 2003Wellness Plus+ Power Point Version 2003
Wellness Plus+ Power Point Version 2003guest1780bbf
 
Fascination of Plants Day 2012
Fascination of Plants Day 2012Fascination of Plants Day 2012
Fascination of Plants Day 2012wd4u
 
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssen
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssenLebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssen
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssenJosefSenn
 
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...ILRI
 

Ähnlich wie Laubinger crispr talk (10)

Presentation Genfood
Presentation GenfoodPresentation Genfood
Presentation Genfood
 
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die GesundheitDarmflora ist von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit
Darmflora ist von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit
 
Gentechnik - Fluch oder Segen
Gentechnik  - Fluch oder SegenGentechnik  - Fluch oder Segen
Gentechnik - Fluch oder Segen
 
Veganismus
VeganismusVeganismus
Veganismus
 
Gefahr durch Keime nimmt zu
Gefahr durch Keime nimmt zuGefahr durch Keime nimmt zu
Gefahr durch Keime nimmt zu
 
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx
2023 Lebensmittel und Wertebildung_v2.pptx
 
Wellness Plus+ Power Point Version 2003
Wellness Plus+ Power Point Version 2003Wellness Plus+ Power Point Version 2003
Wellness Plus+ Power Point Version 2003
 
Fascination of Plants Day 2012
Fascination of Plants Day 2012Fascination of Plants Day 2012
Fascination of Plants Day 2012
 
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssen
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssenLebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssen
Lebensgefahr - warum wir die Leber schützen müssen
 
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...
Deutsche Veterinärmedizin in Sub-Sahara Afrika: Wo kann unser Beitrag liegen?...
 

Laubinger crispr talk