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Diese Kategorie umfasst die Methoden Zinkfinger Nukleasen, Meganukleasen, TALEN und CRISPR, die auf ähnliche Weise funktionieren. Sie bestehen aus zwei funktionellen Bereichen: einer Endonuklease („Genschere“), die DNA-Stränge zertrennen kann, und einem nach Wunsch modifizierbaren Bereich, der die gewünschte Stelle im Genom erkennt und dafür sorgt, dass die Endonuklease an der richtigen Stelle schneidet. So kann an dieser Stelle ein DNA-Doppelstrangbruch verursacht werden. Danach wird der natürliche DNA-Reparaturmechanismus der Zelle ausgenutzt, um dort nach Wunsch Änderungen in der Sequenz vorzunehmen: Es können kurze DNA-Sequenzen gelöscht, verändert oder neue Sequenzen eingefügt werden. Bei Zinkfinger Nukleasen, Meganukleasen und TALEN wird ein künstliches Protein für die Erkennungsbereich verwendet. Das CRISPR-Verfahren nutzt dafür ein künstliches RNA-Stück. Diese sind wesentlich einfacher herzustellen und es konnte gezeigt werden, dass die Methode in praktisch allen Lebewesen funktioniert. Deshalb wurde CRISPR innert kürzester Zeit extrem populär.
Anwendung
Die möglichen Anwendungen sind enorm vielfältig. Durch die Einführung gezielter Mutationen lässt sich die Genexpression oder die Gensequenz verändern. Dadurch können Gene ein- oder ausgeschaltet oder die Eigenschaften von Proteinen verändert werden. Es lassen sich aber auch DNA-Sequenzen bis zu ganzen Genen einfügen, im Unterschied zur „klassischen“ Gentechnik aber an gezielter Stelle und ohne zusätzliche Fremdsequenzen.
Entwicklungsstand
Die Techniken werden heute verbreitet in der Forschung angewendet, es wurden damit aber noch keine Produkte entwickelt.