CRISPR-Entdeckerin Jennifer Doudna will mit Pflanzen mehr CO₂ binden​

Ein neues Programm ihres Forschungsinstituts soll mit dem Gen-Editierwerkzeug schneller wachsende, kohlenstoffhungrige Pflanzen erschaffen.​

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(Bild: Innovative Genomics Institute)

Von
  • Casey Crownhart

Pflanzen sind die ursprünglichen Kohlenstoffabscheidungsfabriken. Ihre Fähigkeit zur Kohlendioxidspeicherung will das Innovative Genomics Institute (IGI) im kalifornischen Berkeley mit dem revolutionären Gen-Editing-Tool CRISPR verbessern. Dafür hat das Institut, das von der CRISPR-Entdeckerin Jennifer Doudna gegründet wurde, ein neues Forschungsprogramm angekündigt. Es ist zunächst auf drei Jahre angelegt und wird mit elf Millionen Dollar von Mark Zuckerbergs Stiftung finanziert.

Die Forschung ist Teil der wachsenden Bemühungen von Wissenschaftlern, das bereits in der Erdatmosphäre befindliche Kohlendioxid abzusaugen und auf diese Weise den Klimawandel zu verlangsamen. Die Steigerung der natürlichen Fähigkeit von Pflanzen, Kohlendioxid aufzunehmen, könnte – wenn es in ausreichendem Umfang geschieht – helfen, die Höchsttemperaturen der sich erwärmenden Erde zu senken.

Während viele Menschen die Kohlenstoffdioxid-Bindung mit Bäumen in Verbindung bringen, konzentriert sich die IGI-Forschung auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen. Die Entscheidung ist vor allem eine Frage des Timings, sagt IGI-Geschäftsführer Brad Ringeisen. Bäume haben zwar eine lange Lebensdauer, die es ihnen ermöglicht, Kohlenstoff für Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte zu speichern. Allerdings wachsen die meisten Nutzpflanzen schneller, sodass die Forscher den Testprozess beschleunigen können.

Eines der Hauptziele der IGI-Arbeiten besteht darin, die Photosynthese so zu optimieren, dass die Pflanzen schneller wachsen können, sagt Ringeisen. Durch die Veränderung der beteiligten Enzyme könnten die Forscher energieraubende Nebenreaktionen ausschalten, darunter auch einige, bei denen Kohlendioxid freigesetzt wird.

Doch die Photosynthese ist nur die halbe Miete, denn das CO2 in den Pflanzen gelangt normalerweise wieder in die Luft, nachdem die Pflanzen von Bodenmikroben, Tieren oder Menschen gegessen wurden. Das CO2 im Boden zu halten oder andere Wege zu finden, ihn zu speichern, ist mindestens genauso wichtig, wie ihn überhaupt aufzunehmen.

Größere, tiefere Wurzelsysteme können dazu beitragen, mehr Kohlenstoffdioxid im Boden zu speichern. Denn wenn eine Pflanze stirbt und Teile von ihr tief unter der Erde liegen, ist es weniger wahrscheinlich, dass das CO2 in diesen Teilen schnell wieder in die Luft gelangt. Die Wurzeln sind nicht die einzige mögliche Speicheroption, sagt Ringeisen. Modifizierte Pflanzen könnten auch zur Herstellung von Bioöl oder Biokohle verwendet werden, die zur Speicherung tief in den Boden gepumpt werden können.

Gen-Editiermethoden - eine kleiner Einblick (6 Bilder)

Das System aus CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) und der Cas9-Nuklease haben die Molekularbiologinnen Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier 2012 entdeckt. Dank seiner einfachen Handhabe und geringer Kosten erlebt die Gentherapie derzeit ein Revival.
(Bild: Text: Inge Wünnenberg; Grafik: Brian Sipple)

Die Optimierung von Pflanzen für die CO2-Entfernung wird allerdings eine Herausforderung sein, sagt Daniel Voytas, Gentechniker an der Universität von Minnesota und Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von IGI. Viele der Eigenschaften, die Forscher bei Pflanzen verändern wollen, werden von mehreren Genen beeinflusst. Das erschwere eine präzise Modifikation. Während zudem einige Pflanzen wie Tabak und Reis bereits so umfassend untersucht wurden, dass die Forscher weitgehend wissen, wie man sie verändern kann, ist die Genetik anderer Pflanzen weniger gut erforscht.

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Die anfängliche Forschung des IGI über Photosynthese und Wurzelsysteme wird sich auf Reis konzentrieren, sagt Ringeisen. Gleichzeitig wird das Institut auch an der Entwicklung besserer Gen-Editierungstechniken für Sorghum arbeiten, eine Grundnahrungspflanze, die für Forscher besonders schwer zu knacken war. Das Team hofft, irgendwann auch die Mikroben im Boden zu verstehen und möglicherweise zu verändern.

"Das ist nicht einfach, aber wir nehmen die Komplexität in Kauf", sagt Ringeisen. Letztendlich hofft er, dass Pflanzen, Mikroben und die Landwirtschaft Teil der Lösung und nicht Teil des Problems sein können, wenn es um den Klimawandel geht.

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(vsz)