Genkanone

Helios Particle Delivery System

Eine Genkanone (englisch gene gun) ist ein Gerät, das dazu dient, DNA mit Hilfe von Partikeln in Zellen zu schießen. Neben der Protoplastentransformation und der Agrobakterien-vermittelten Transformation ist der Partikelbeschuss mit einer Genkanone eine etablierte Methode zur Erzeugung transgener Organismen, in den meisten Fällen Pflanzen.

Entwicklungsgeschichte

Das Konzept der Genkanone wurde von Edward Wolf und Nelson Allen der Cornell Nanofabrication Facility sowie von den Pflanzenphysiologen John Sanford und Theodore Klein der Cornell University erfunden. Sanford und Klein publizierten die Methode 1987.^[1].Die Rechte zur kommerziellen Verwertung der Produkte wurden 1990 an die Firma DuPont verkauft.

Neben der Anmerkung der Entwickler, die Methode universell für das Einbringen von Substanzen in lebende Zellen^[2] zu verwenden, lag ursprünglich das Hauptaugenmerk auf der Entwicklung einer Methode, um Pflanzen zu transformieren, welche mit anderen Transformationsmethoden nicht zugänglich waren. Beispielsweise war es zum Zeitpunkt der Entwicklung der Methode nicht möglich Monokotyle mit Agrobacterium tumefaciens zu transformieren.^[2] Mit der Methode des Particle Bombardements lassen sich fast alle Pflanzen transformieren, auch das Einbringen von Plastiden ist erfolgreich. Obwohl Pflanzen selbst keine Plasmide aufweisen, können sie die Plasmid-DNA auf den Partikeln in ihre eigene DNA integrieren. Eine Integration ist dabei entweder transient, also nur vorübergehend, oder stabil mit einer Vererbung in die nächsten Generationen möglich. Mittlerweile sind jedoch für alle monokotylen Getreide, darunter auch Mais^[3][4] und Gerste^[5], Protokolle für die Transformation mit Agrobakterien veröffentlicht worden.

Partikelbeschaffenheit

Die Partikel bestehen in den meisten Fällen aus Gold oder Wolfram und werden mit Plasmid-DNA beschichtet. Das Schießen erfolgt mit Gasdruck. Die Entwickler der Methode, Klein und Sanford, setzten zunächst Wolframpartikel ein.^[2] Diese wiesen einen Durchmesser von 4 µm auf.^[2] In neuerer Zeit werden meistens kleinere Partikel verwendet, beispielsweise Goldpartikel mit einer Größe von 1,0 µm oder 0,6 µm.^[6] Es konnte belegt werden, dass kleinere Partikel die Effektivität, mit dem Beschuss transgene Pflanzen zu erzeugen, deutlich erhöhen.^[6]

Zielgewebe

Als Zielgewebe (target) für die Erzeugung transgener Pflanzen kann beispielsweise epidermales Gewebe^[2] oder Kallusmaterial^[6] verwendet werden. Die Partikel durchdringen dabei tausende von Zellen simultan und ermöglichen es DNA in Zellen in situ einzubringen.^[2]

Vor- und Nachteile

Vorteil des Partikelbeschusses ist zwar in den meisten Fällen eine höhere Effektivität, allerdings ist die Anzahl der stabilen Integrationen von Fremd-DNA in das Genom, im Vergleich zur Agrobakterien-Transformation, in den meisten Fällen geringer. Zu bedenken sind auch die hohen Beschaffungs- sowie Betriebskosten für eine Genkanone. Die Protoplastentransformation und die Agrobakterien-vermittelte Transformation sind hierbei deutlich kostengünstiger.

Einzelnachweise

1. ↑ Sanford, J. C., T. M. Klein, et al. (1987). "Delivery of substances into cells and tissues using a particle bombardment process." Journal of Particulate Science and Technology 5: 27-37.
2. ↑ ^{a b c d e f} Klein, T. M., E. D. Wolf, et al. (1987). "High-velocity microprojectiles for delivering nucleic-acids into living cells." Nature 327(6117): 70-73.
3. ↑ Ishida, Y., Y. Hiei, et al. (2007). "Agrobacterium-mediated transformation of maize." Nature Protocols 2(7): 1614-1621.
4. ↑ Ishida, Y., H. Saito, et al. (1996). "High efficiency transformation of maize (Zea mays L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens." Nature Biotechnology 14(6): 745-750.
5. ↑ Tingay, S., D. McElroy, et al. (1997). "Agrobacterium tumefaciens-mediated barley transformation." Plant Journal 11(6): 1369-1376.
6. ↑ ^{a b c} Frame, B. R., H. Y. Zhang, et al. (2000). "Production of transgenic maize from bombarded type II callus: Effect of gold particle size and callus morphology on transformation efficiency." In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant 36(1): 21-29.

Literatur

• Sanford, J. C., T. M. Klein, E. D. Wolf, and N. Allen. 1987. Delivery of substances into cells and tissues using a particle bombardment process. Journal of Particulate Science and Technology 5:27-37.
• Klein, T. M., E. D. Wolf, R. Wu, and J. C. Sanford. 1987. High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells. Nature 327:70-73.[1]

Weblinks

• „Richtest du schon mal die Kanone?“ Pflanzenzellen werden am MPI mit Hilfe der Partikelkanone gentechnisch verändert (mit Video}