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Die Revolution im Bereich des Gen-Editierens, CRISPR/Cas, kann mittlerweile auch bei der Grünalge Chlamydomonas eingesetzt werden und ermöglicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie Biotechnologie-Ingenieurinnen und -Ingenieuren, nahezu unbegrenzte Änderungen am genetischen Code eines der wichtigsten Modellorganismen vorzunehmen. Chlamydomonas wird zur Erforschung einer Vielzahl wichtiger Prozesse wie der Photosynthese, aber auch von Krankheiten wie Unfruchtbarkeit oder polyzystischer Nierenerkrankung eingesetzt.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Forschungsgruppe von Gaia Pigino am Human Technopole haben zusammen mit Kolleginnen und Kollegen Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden nun erfolgreich geschafft, das Gen-Editing-Verfahren für Chlamydomonas zu erweitern, und so neue Gene mit der CRISPR/Cas-Methode in die Grünalge einzufügen und haben ihr neues Verfahren durch das direkte Anbringen von fluoreszierenden Proteinen an eine Vielzahl von Strukturen in Algenzellen demonstriert.

Chlamydomonas wurde schon früh dazu verwendet, das Genom zu verstehen und die genetische Sequenz wurde erstmals 2003 bestimmt. Genetische Veränderungen in dieser Grünalge wurden bisher hauptsächlich durch Mutationen, die durch UV-Strahlung ausgelöst wurden, oder durch die erzwungene Integration von Genfragmenten erzielt. Beide Methoden sind von Natur aus Zufallsbestimmt und daher schwer zu kontrollieren. Die CRISPR/Cas-Technologie bietet eine Möglichkeit, genau zu bestimmen, wo neue Gene eingebracht werden. Allerdings hat diese revolutionäre Methode bei Chlamydomonas bisher nicht gut funktioniert.

Die Autorinnen und Autoren der Studie stellten fest, dass einer der wichtigsten Faktoren für die Verbesserung des Prozesses die Qualität der verwendeten Reagenzien ist, insbesondere die Art und Weise, wie die neue DNA aufbereitet wird, bevor sie in die Zellen eingeführt wird. Der Erstautor Adrian Nievergelt, der derzeit am MPI-CBG arbeitet, erläutert: "Die Methoden, die wir bisher verwendet haben, waren nicht problematisch, solange wir uns auf die zufällige Einfügung verließen, die über einen anderen Mechanismus funktioniert. Als wir aber anfingen, CRISPR/Cas-Editierung einzusetzen, funktionierten die alten Methoden nicht mehr und wir mussten die gesamte Pipeline überdenken und eine neue aufbauen. Diese basiert auf bewährten Verfahren, die bei vielen anderen wichtigen Modellorganismen wie Zebrafischen, Nematoden oder Organoiden verwendet werden."

Während sie ihre Technik perfektionierten, nutzten die Studienautorinnen und -autoren die Gelegenheit, auch andere Bereiche der gentechnischen Arbeit mit Chlamydomonas zu modernisieren, beispielsweise einfachere Möglichkeiten, Mutanten zu kreuzen oder den Nachweis von Genen viel schneller und robuster zu führen, als dies bisher üblich war. Diese Sammlung verbesserter Methoden wird es Forschenden auf der ganzen Welt ermöglichen, eine Fülle neuer Experimente durchzuführen, die bisher nicht möglich waren, und dazu beitragen, bestehende Arbeiten einfacher, schneller und effizienter zu gestalten. Letztlich könnte diese Arbeit zum Verständnis menschlicher Krankheiten beitragen oder zu Verbesserungen in der Biotechnologie und der Landwirtschaft führen. Die Autoren haben ihren gentechnischen Werkzeugkasten in der Zeitschrift Cell Reports Methods veröffentlicht.