Gemini-Viren befallen wichtige Nutzpflanzen und verursachen erhebliche Ernteschäden. Wirkungsvolle Gegenmaßnahmen gibt es kaum, Hoffnung ruhte auf der neuen Möglichkeit der Genom-Editierung. Dieser Lichtblick erhielt nun einen Dämpfer.
Pflanzen mit CRISPR/Cas9 ausstatten
CRISPR/Cas 9 ist ein wichtiges Werkzeug der Genom-Editierung, mit dem sich Bakterien und Archaeen gegen Viren verteidigen. Um Gene gezielt zu verändern nutzen Molekularbiologen dieses System. Dankbar wäre auch, CISPR/Cas direkt in das Erbgut von Pflanzen zu integrieren, damit sie sich gegen eindringende Viren wehren können. Versuche dieser Art hat es schon gegeben. CRISPR/Cas 9 wurde von Forschern in Maniok-Pflanzen integriert, um diese resistent gegen das Afrikanische Maniok-Mosaikvirus (ACMV) zu machen. Keine der transformierten Linien zeigt eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen das Virus als die beiden nichttransformierten Kontrolllinien.
5.000 Virusgenome sequenziert
Um zu verstehen, was passiert ist, untersuchten die Forscher das Genom der Masaikviren. Sie sequenzierten die Genome aus mindestens 100 Viren pro Pflanze und kommen auf insgesamt 5.000 Genome. Die Forscher fanden bei den Viren, bei einigen Maniok-Linien die erwarteten Spuren der CRISPR/Cas9-Aktivität. Die Analyse der Proteine der Zeilgene ac2 und ac3 zeigte, dass die Genschere die beiden Gene wie gewünscht zerschnitten hatte, allerdings ergaben die Analysen auch, dass eine bestimmte Genomveränderung bei den Viren der transformierten Pflanzen sehr weit verbreitet war. Bei drei Linien, im Abschnitt des ac2-Gens, war an einer bestimmten stelle ein Nukleotid, mit der Nukleobase Thymin eingefügt worden. In diesen Linien war jedes zweite bis drittte Virus betroffen, aber keines in den Kontrollpflanzen. Die Häufigkeit des Vorkommens deutete darauf hin, dass die Mutation den Viren einen Seletkionsvorteil verschaffte. Tatsächlich befand sich an genau der Stelle, an der die Genschere ansetzen sollte, die Insertion. Doch das war infolge der Mutation nicht mehr möglich. Viren mit der Thymin-Insertion waren immun gegen den CRISPR/Cas9-Mechanismus geworden, den die Wissenschafter den Maniokpflanzen eingesetzt hatten.
Technik begünstigt Versagen
„Unsere Schlussfolgerung ist, dass diese Technologie Selektionsdruck auf die Viren erzeugt, schneller zu mutieren, und ihnen gleichzeitig die Mittel dazu gibt. Das resultiert in einer Virusmutante, die gegen unsere Intervention resistent ist“, erläutert Devang Mehta. Die DNA-Reparaturmechanismen, die in Eukaryoten – anders als in Bakterien und Archaeen- manche Eingriffe des CRISPR/Cas9-Systems rückgängig machen.
Im aktuellen Fall führte die Mutation dazu, dass sich die resistenten Viren nur vermehren konnten, wenn gleichzeitig Wildtyp-Viren anwesend waren. Die Beobachtung zeigt ein grundsätzliches Risiko auf, wenn CRISPR/Cas9 genutzt werden soll, um Pflanzen immun gegen Viren zu machen. Alle Beteiligten raten daher dringen zu weiteren Studien, bevor Pflanzen in Feldversuchen getestet werden. In der EU, Japan und den USA gibt es regulatorische Bestimmungen für Pflanzen, die mit CRISPR/Cas9 editiert wurden. Eine Regulation für Pflanzen, die so verändert wurden, dass die konstitutiv Cas9 exprimieren, fehlt allerdings. Dass die Viruspopulation während der Studie umfassend sequenziert wird, sollte eine Voraussetzung sein.
Die Forscher wollen die Methode nicht verwerfen, zukünftig sollen Studien deshalb zeigen, ob effizientere Cas9-Versionen schneller arbeiten können als die Viren ihre Resistenz entwickeln und ob der Einsatz sogenannter gepaarter Nickasen oder Deletion größere Abschnitte des Genoms die Resistenzbildung vorbeugen können.
Quelle:pflanzenforschung.de
