Material 6: CRISPR-Cas Genedrives
In Material 4 haben wir gelernt, dass es durch den gezielten Schnitt mit CRISPR-Cas9 und nachfolgendem Einbau
einer Fremd-DNA durch homologe Rekombination gelingen kann, dass die Schnittstelle von Intron-4 zu Exon-5
nicht mehr erkannt und dadurch kein funktionsfähiges Protein dsx-female mehr produziert wird.
Die Erfolgsrate solcher gentechnischer Eingriffe in befruchteten Eizellen von Anophelesmücken ist aber - unter
anderem aufgrund des Abbaus von RNA und Cas9 in der Zelle - nicht hoch genug um sicherzustellen, dass die
Mutation in den diploiden Zellen der Mücken beide Allele betrifft. Im heterozygoten Zustand können sich aus
solchen mutierten Eizellen (XX) aber immer noch fruchtbare weibliche Anophelesmücken entwickeln. Lediglich
im homozygoten Zustand entstehen unfruchtbare weibliche Intersex-Phänotypen.
Ziel muss daher sein, dafür zu sorgen, dass die Mutation beide Allele betrifft. Dies wird über einen genetischen Trick, den CRISPR-Cas9-Genedrive, bewirkt. Als Genedrive bezeichnet man hierbei sowohl das zum Einbau in die DNA verwendete genetische Konstrukt (CRISPR-Cas-Genedrive-Kassette, Abbildung 1) als auch den Effekt auf das Vererbungsmuster der damit genetisch veränderten Organismen. Die benötigten DNA-Abschnitte der CRISPR-Cas-Genedrive-Kassette kann man sich – wie wir es schon in Material 5 kennengelernt haben - bei Biotechnologie-Firmen bestellen.
Die Abbildungen 2 und 3 zeigen schematisch die durch den Einbau der CRISPR-Kassette ausgelösten Prozesse in Zellen eines Organismus. Der Effekt des Genedrive auf das Vererbungsmuster wird hier noch nicht thematisiert. Dies erfolgt erst in Material 7.
Abbildung erstellt durch Frank Harder, ZPG Biologie
Abbildung erstellt durch Frank Harder, ZPG Biologie
Abbildung erstellt durch Frank Harder, ZPG Biologie
Aufgabe:
Erläutern Sie anhand der Abbildungen 1-3 die Funktionsweise eines CRISPR-Cas9-Genedrives zur Erzeugung von Anophelesmücken, welche die Mutation im doublesex-Gen auf beiden Allelen (homozygot) tragen. Nutzen Sie gegebenenfalls auch das Informationsmaterial zur homologen Rekombination aus Material 4.
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