Mit Genschere die Augenfarbe geändert

Alles auch ohne Speziallabor machbar – bei Schaben und Reismehlkäfern

Wissenschaftler haben eine einfache Methode entwickelt, um Erbgut von Insekten mit der Genschere Crispr/Cas gezielt zu verändern. Bei dem speziellen Verfahren spritzten sie die vorher angepasste Genschere in die Bauchhöhle von weiblichen Schaben und Käfern, wo sie im Zuge der Dotterbildung in die Eizellen aufgenommen wurde. In dem Machbarkeitsnachweis veränderte das japanisch-spanische Team so die Augenfarbe von Nachkommen der Insekten. Die Gruppe um Takaaki Daimon von der Kyoto University schätzt in der Fachzeitschrift Cell Reports Methods, dass die Methode auf 90 Prozent aller Insektenarten anwendbar ist, darunter auch landwirtschaftliche und medizinische Schädlinge.

Die Genschere Crispr/Cas funktioniert bei allen Zellen, bei Hefen, Pflanzen, Tieren und auch beim Menschen. Das System verfügt über eine speziell zugeschnittene RNA-Sequenz, die die gewünschte Schnittstelle im Erbgutmolekül DNA erkennt – hier den Bereich, der für die Augenfarbe der Insekten zuständig ist. Das angekoppelte Cas-Protein schneidet dann den Erbgutstrang an jener Stelle durch, sodass Erbgut eingefügt, entfernt oder verändert werden kann. Die Zelle baut mithilfe ihrer Reparaturmechanismen den Strang selbst wieder zusammen.

Um die Genschere bei Insekten anzuwenden, muss sie in einem frühen Stadium der Embryonalentwicklung in die Zellen eingebracht werden. Bei Schaben ist dies schwierig, weil sie ein Eipaket ablegen – die sogenannte Oothek. Deshalb verlegten sich Daimon und Kollegen darauf, den Muttertieren die entsprechenden Spritzen zu verabreichen. „Insektenforscher sind nun gewissermaßen von den lästigen Injektionen in Eier befreit“, wird Daimon in einer Mitteilung des Fachjournals zitiert.

Für den ersten Teil ihrer Versuche nutzten die Forscher die Deutsche Schabe. Mit der Genschere schalteten sie ein Gen aus, das zur Bildung des dunklen Pigments in den Augen der Tiere beiträgt. In der Folge wiesen bis zu 22 Prozent des Nachwuchses helle Augen auf – das dunkle Pigment fehlte also. Bei einigen Nachkommen zeigten sich sowohl helle als auch dunkle Stellen an den Augen (Mosaikbildung).

Wenn Schaben mit Mosaikaugen miteinander gekreuzt wurden, hatten 24 Prozent der Nachkommen

helle Augen. Bei der Kreuzung von Tieren mit hellen Augen war dies bei sämtlichen Schlüpflingen der Fall – das pigmentbildende Gen war also dauerhaft deaktiviert.

Bei ähnlichen Experimenten mit dem Rotbraunen Reismehlkäfer hatten bis zu 71,4 Prozent der Nachkommen helle oder Mosaikaugen. Die Forscher betonen, dass es auf den Zeitpunkt der Injektion ankommt: Am höchsten war die Erfolgsquote am 4. und 5. Tag, nachdem die Käfer das adulte Stadium erreicht hatten. Ähnlich auch bei den Schaben: Die höchste Zahl an Nachkommen mit hellen Augen ergab sich, wenn den Muttertieren die Spritze am 4. oder 5. Tag nach der Ablage eines Eipakets gegeben wurde. In dieser Zeit werden die injizierten Materialien anscheinend am effektivsten in den Dotter des nächsten Eipakets eingebaut.

Die Methode hat den Autoren zufolge einen weiteren Vorteil: Es wird ein Cas9-Protein verwendet, das man von spezialisierten Anbietern kaufen kann – man muss das Protein nicht extra auf jenes Lebewesen abstimmen, in dem es zur Anwendung kommt. Das erspare eine Menge an Ausstattung und Laborarbeit. Die Autoren gehen davon aus, dass ihre Methode auch außerhalb hoch spezialisierter Laboren genutzt werden kann.