Gezieltes Genom-Engineering für Säuger
Die Biotechnologie bietet großes Potenzial durch die Optimierung von Mikroorganismen, Kulturpflanzen und Nutztieren sowie für die medizinische Forschung und Therapie. Eine neue Zukunftsperspektive biotechnologischer Innovation liegt in der gerichteten Genom-Modifikation, mit der sich die Eigenschaften von Zellen und Organismen in präziser und nutzbarer Weise steuern lassen. Bis heute sind die Genomsequenzen vieler Organismen entschlüsselt, eine gezielte und vorgeplante Modifikation der bekannten Gene ist jedoch in vielen Fällen nicht möglich. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, eine neue innovative Technologie-Plattform zu entwickeln, mit der gezielte Genmodifikationen in das Genom jeder Spezies mit hoher Effizienz eingeführt werden können. Dies wird durch die einzigartige Kombination von DNS-bindenden TAL-Peptidbausteinen aus der Pflanzenwelt und Nuklease-Domänen von Restriktionsenzymen ermöglicht.
TAL-Peptidbausteine werden in der Natur von pflanzenpathogenen Xanthomonas-Bakterien produziert, binden in Pflanzenzellen an bestimmte Zielgene und führen zu deren Aktivierung. Werden diese DNS-bindenden TAL-Peptide rekombinant mit einer Nuklease-Domäne verbunden, werden Proteine mit neuen Eigenschaften generiert, die als molekulare DNS-Scheren das Genom an einer ausgewählten Gensequenz aufschneiden. Diese sog. TAL-Cut-Technologie eröffnet die Möglichkeit Genmodifikationen mithilfe zugeführter DNS-Vektoren zielgenau in das Genom einzufügen. In ersten "Proof-of-principle"-Experimenten konnten wir zeigen, dass TAL-Peptidbausteine mit Nuklease-Domänen zu TAL-Nukleasen verbunden werden können und in der Folge eine sequenzgenaue Genmodifikation in Säugerzellen erzielt werden kann. Im Vergleich zu etablierten Technologien zur Genmodifikation mittels Rekombinasen bietet der Einsatz dieser sequenzspezifischen Nukleasen zur gezielten Modifikation eines Genoms ein breites und bisher noch ungeahntes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten, um die biologischen Eigenschaften eines Organismus in gewünschter Weise zu verändern. Mithilfe der VIP-Förderung soll ein universelles Werkzeug geschaffen werden, das gezielte Genmodifikationen in Säugersystemen mit hoher Effizienz ermöglicht. Hierzu soll das Konstruktionsverfahren für TAL-Nukleasen optimiert, deren Nutzbarkeit in Modellanwendungen für gezielte Genmodifikationen demonstriert und die Effizienz der Genrekombination beim TAL-Nuklease-Verfahren gesteigert werden.
Nach erfolgter Optimierung des Verfahrens soll bis Mitte 2014 der zweite Teil der "Proof-of-concept"-Studien sowohl in Zelllinien als auch im Tier erfolgen. Die Translation dieses Werkzeugs in Säugersysteme stellt eine Sprunginnovation dar, die die neue TAL-Cut-Technologie schließlich für biotechnologische Anwendungen kommerziell nutzbar macht. Biotechnologische Anwendungen der TAL-Cut-Technologie sind dabei zunächst bei der Produktion therapeutischer Proteine in Säugerzelllinien, der Herstellung von Labor- und Nutztiermodellen sowie dem Design humaner Stammzelllinien für Screening-Verfahren zu sehen.