KNS029 Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?

Hier ist Musik drinne! Dank Henry vom Schmalzstullenministerium, der uns Intros und Outros komponiert hat. Eingerahmt davon präsentiert euch Mariëlle diesmal eine ökologische Studie über den Wegfall des Tasmanischen Teufels als Spitzenräuber, sowie eine mikrobiologische über Pilz-bekämpfende Bakterien auf der Fledermaushaut. Katrin klinkt sich aus den/m einzelnen Studie(re)n etwas aus, und gibt einen Überblick über das CRISPR/Cas-System. Der neue heiße Gentechnik-Shyce! Bakterieller Virenscanner, Züchtungsrevoluzzer und Genomeditor uvm. Software is eating the world? CRISPR will eat the world!

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In- & Outro
	Henry			Henry @ KNS029 Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?
Moderation
	Katrin			Katrin @ KNS029 Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?
	Mariëlle			Mariëlle @ KNS029 Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?

Sendungsnotizen

Wissenschaftsnachrichten

In einer Welt ohne Teufel

• Devil facial tumour disease (DFTD) sorgt seit Mitte der 90er für dramatische Verluste der Tasmanischen Beutelteufel
• Tumor wird über Körperkontakt übertragen und hat schon etwa 85% der Beutelteufel ausgerottet
• Welche Folgen hat das Verschwinden der Top-Predator-Art (nach dem Beutelwolf) auf das Ökosystem Tasmaniens?
• Untersuchung der Bodenaktivität der häufigsten Beuteart des Beutelteufels (Fuchskusu) mittels Haarfallen & künstlicher Futterstellen (höre KNS025 für Eukalyptus-Genom)
• An Orten, wo DFTD >8a gewütet hatte, gab es kaum noch Tasmanische Beutelteufel
• Fuchskusus hatten dort höhere Aktivität am Boden, und sind für Futter höhere Risiken eingegangen
• Dadurch können Fuchskuses ein für sie neues Habitat erschließen
• Langfristig wird es vielleicht DFTD mit geringerer Virulenz geben
• Bis dahin wird das veränderte Verhalten der Beutetiere wohl auch Folgen für das Ökosystem haben
• Hollings, T et al. (2015). Relaxation of risk-sensitive behaviour of prey following disease-induced decline of an apex predator, the Tasmanian devil. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences 282:1810

Ring frei!

• Eine weitere emerging infectious disease, die ganze Populationen hinwegrafft, gibt es seit 2006 in Nordamerika: das Weißnasensyndrom
• Das Weißnasensyndrom wird durch einen Hautpilz verursacht, und befällt nur überwinternde Fledermausarten (wg der Temperatur)
• Nach desaströsen Tests mit Fungiziden: Die Nutzung von Bakterien zur Behandlung?
  Sammeln von Haut-Mikrobiomen von Fledermäusen in New York & Virgina
• Verschiedene Inhibitionsassays von Pilz vs. Bakterienisolaten im Labor
• 6 Isolate konnten den Pilz erfolgreich inhibieren
• alle 6 Bakterienisolate gehören zur Pseudomonasgruppe (5 am ehesten zu P. fluorescens, und 1 eher zu P. abietaniphila)
• Herausforderung: Wie trägt man Bakterien auf Millionen Fledermäuse auf?
• Noch unbekannt: Erklärt die natürlich Variation des Haut-Mikrobioms die Variation zwischen befallenen & scheinbar nicht infizierten Fledermäusen?
• Demnächst gibt es dann Ergebnisse zu den ersten in-vivo Tests!
• Hoyt, JR et al. (2015). Bacteria isolated from bats inhibit the growth of Pseudogymnoascus destructans, the causative agent of white-nose syndrome. Plos ONE DOI: 10.1371/journal.pone.0121329

Knusper, Knusper, CRISPR! Wer editiert meine DNA?

• Michael P Terns, Rebecca M Terns (2011) CRISPR-based adaptive immune systems (Current Opinion in Microbiology) DOI: 10.1016/j.mib.2011.03.005
• Blake Wiedenheft, Samuel H. Sternberg, Jennifer A. Doudna (2012) RNA-guided genetic silencing systems in bacteria and archaea (Nature) 10.1038/nature10886
• Martin Jinek, Krzysztof Chylinski, … Emmanuelle Charpentier (2012) A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity (Science) 10.1126/science.1225829
• Søren Overballe-Petersen, Klaus Harms, … Eske Willerslev (2013) Bacterial natural transformation by highly fragmented and damaged DNA (Proceedings of the National Academy of Sciences) 10.1073/pnas.1315278110
• CRISPR/Cas ist bakterielles Immunsystem/Virenscanner
• Cas-Endonuklease zerschneidet Virus-Genom in 20-70bp lange Fragmente => abspeichern zw. 20-50pb langen CRISPRs => aktive Form leitet bei späterer Virusinfektion andere Endonukleasen zum Virus
• gentechnische Nutzung: künstliche CRISPR-spacer leiten Cas zur Editierstelle => Schnitt/Doppelstrangbruch
• dann: entweder non-homologous end joining (oft sequenzverändernde Reparatur; kaputtmachen ist einfacher als Editieren) oder weniger effizientes homology directed repair (Reparaturvorlage mit gewünschter Modifikation mitliefern)
• in allen Spezies billig & bioinformatisch planbar
• Zusammenfassung: CRISPR/Cas & andere Methoden erlauben Genomeditierung wie Rechtschreibkorrektur im Textdokument

Genomeditierung mit CRISPR in der Landwirtschaft

• Puping Liang, Yanwen Xu, … Junjiu Huang (2015) CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes (Protein & Cell) 10.1007/s13238-015-0153-5
• Abkürzung der Züchtung & des Zufall
• klassisches Kreuzen vermischt ganzes Genom => Übertrag nützlicher Eigenschaften (z.B. Schorfresistenz) ist langwierig
• Atomic Gardening langwierig durch Überprüfung aller Mutanten
• CRIPSR ermöglicht schnelle, nicht nachweisbare & evtl. unregulierbare Nachahmung bekannter Mutationen
• billig genug für weniger Gewinn-bringende Arten => weniger Monokulturdenken?
• pro-CRISPR Entscheidungen von FDA & BVL (Faustregel: GMO ab >20 bp nachweisbar)
• Hat Widerstand der Umweltschutzorganisationen gegen Transgene & Herbizidresistenzen Anreiz für Neuentwicklung hochgehalten?
• Goldener Reis
• Zusammenfassung: CRISPR verbessert klassische Züchtung innerhalb der Artgrenzen mit gentechnischen Methoden; eliminiert von GMO-Gegnern monierte Nachteile
•  höre auch KNS005 US Supreme Court verbietet Genpatente

CRISPR/Cas in der Gentherapie

• Code-Sonne & Genetischer Code
• Reparatur krankmachender Genvarianten (Huntington, AIDS, Mukoviszidose, etc.)
• geringeres Risiko von Nebenwirkungen als ungezielter Transfer
• Korrektur: Knochenmarktransplantation erfordert nicht unbedingt das Anpieksen der Knochen selbst
• Keimbahntherapie untersagt; Forschungsmoratorium gefordert (Science, Nature)
• alte Risiken (ungezielter Einbau von Fremdgenen & Genfähren) durch neue (Übersehen nützlicher Funktionen von ausgeschalteten schädlichen, o. andersrum) tauschen?
• Warum Keimbahn so heilig? In Mäusen durch Zigarettenrauch mutierbar.
• Zusammenfassung: risikoarme Gentherapie kommt schneller als ethischer Konsens

Mit dem Gene Drive durchs Ökosystem brettern

• Gene Drive: egoistische Gene erhöhen eigene Chancen der Vererbung, bspw. durch Selbstkopie
• Mendel’sche Vererbung verdünnt homozygote Mutation raus
• HDR überschreibt Wildtyp mit Drive-Konstrukt => Ausbreitung, selbst bei reduzierter individueller Fitness
• Krankheitsresitenzen in Moskitos, Abtöten invasiver Pflanzen
• Risiko: unkontrollierte Ausbreitung, Mutation des Drives
• Zusammenfassung: Ausnutzung natürlicher Egoismen im Genom oder Beschubsung der Reparatur, um menschlich gewünschte Gene innerhalb einer Wildpopulation autonom zu verbreiten

CRISPR-Diskussion

• Anwendungsfall: Wiederbelebung ausgestorbener Arten, höre KNS030
• Diskussion: Forschung von Kommerz, und Nutzung von Ideologie, entkoppeln! Wie damit umgehen, wenn’s passiert?
• Hörempfehlungen:
  • Guardian Sience Weekly (1. Mai 2015) Should we genetically engineer humans?
  • Science Friday (1. Mai 2015) The Debate on Gene Editing
  • Radiolab (6. Juni 2015) Antibodies Part 1: CRISPR
  • Evolution FM (20. Mai 2015) EFM021 Blutgruppendiäten, Künstliche Intelligenz im Film und der Corso Leopold
  • Michael Lange (24. Apr. 2015) Das neue CRISPR-Cas-Verfahren im Überblick (Deutschlandfunk)
• Leseempfehlung: Gute Gene, schlechte Gene & WeiterGen generell
  • Dietrich von Richthofen (6. Nov. 2014) Vom Apfel der Erkenntnis (Die Zeit)
  • Miriam Ruhenstroth (9. Nov. 2014) Die Reparatur der Natur (Die Zeit)
  • Antonio Regalado (4. Dez. 2014) Who Owns the Biggest Biotech Discovery of the Century? (Technology Review)
  • Sascha Karberg (15. Feb. 2015) Geschickt geschnippelt (Tagesspiegel)
  • Patricia Lang (16. Apr. 2015) Das Ende des Zufalls (Die Zeit)
  • Ulrich Bahnsen (16. Apr. 2015) Finden Sie den Unterschied! (Die Zeit)
  • Heidi Ledford (24. Juni 2015) CRISPR verändert alles (Spektrum der Wissenschaft)

Empfehlungen

• Nature Backchat vom 21. Apr. 2015 (Feedburner) über Moore’s Law als Geschäftsstrategie (Intels Tick Tock)
• Dorit Kreissl (11. Juni 2015) Die Eule: Geheimnisvoller Jäger der Nacht

Dank an

• Henry Langer vom Schmalzstullenministerium für In- & Outro
• Thomas Wahnhoffs Wunderbare Welt der Wissenschaft
• alle uns empfehlende Twitterer & Spender :-)

Paul: Wie verbindet ihr Wissenschaft und Politik?

• wiss. Erkenntnisse weiterdenken
• Kipppunkt vor einigen Jahrzehnten: vorher viel Bestimmung wiss. Themen durch Politik; danach schnellerer Fortschritt, der gesellschaftliche, ethische & politische Diskussion benötigt

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