Genome Editing

Discover PlayDecide. Download games, prepare, play. GET STARTED

Play the game

Download, prepare, discuss & collect results.

Author / translator Yeast Biotech Team UCC

Genome editing refers to procedures that use special enzyme complexes toalter DNA. The discovery of CRISPR/Cas 9 in 2012 significantly simplified and accelerated the process. Since then, genome editing has become a standard procedure in molecular biology. The most important component of CRISPR/Cas is an RNA sequence that recognizes and binds DNA segments. In the area of the binding site, the DNA can be cut or rebuilt.

Genome editing can be used in several ways:
- A DNA section is shut down (knock out)
- A defective DNA section is replaced by a functioning one from the same animal or plant species
- Genes are exchanged between variants of the same species. The result is the same as with classical breeding, but it is much faster and no unwanted genes are included
- Genes from a different species are incorporated into the DNA of an organism.
- Gene drive is incorporated into the CRISPR/Cas system. The resulting organism inherits the ability to pass the modified gene to all its offspring.

In the first three cases, the resulting organism can not be distinguished from an organism obtained by classical breeding.

The industrial application of genome editing is hampered by a patent dispute between two research groups, both of whom claim copyright for CRISPR/Cas. Ethical concerns arise when genome editing involves the incorporation of foreign genes into organisms. The concerns are compounded by the fact that CRISPR/Cas9 is relatively easy to implement and could make "bio-hacking" possible.

In 2018, the European Court of Justice ruled that genome-edited plants are genetically modified, whether or not they contain foreign DNA. Because many EU countries, e.g. Germany, prohibit the release of genetically modified organisms (GMOs), the use of genome editing in agriculture in the EU is severely limited until further notice. On the other hand, worldwide it is predicted to have a sudden spread.

Authors:
Bilal Altun, Wolfgang Kehren, Tobias Remmen
Tannenbusch-Gymnasium, Hirschberger Straße 3, D-53119 Bonn

Created 3 May 2019

Last edited 25 June 2019

Topics Food, Health, Science

Original German

Policy positions

Policy position 1

Genome editing should be used in agriculture as well as in medicine and for research purposes. Gene drive should always be incorporated if it gives stability to the ecosystem.

Policy position 2

Genome editing may be used in medicine, but germline therapy and embryo research should be banned. In agriculture, genome editing may be used, but gene drive should be prohibited.

Policy position 3

Genome editing should not be used in medicine at all, until unwanted DNA changes are better researched and can be prevented. In agriculture, genome editing should be allowed if it is labeled as GMO. Gene drive should be prohibited.

Policy position 4

Genome editing should not be used at all.

Story cards

Joseph Herschel is 52 years old, lives in Hamburg and used to earn his money as a mechatronics engineer. Now he can not work anymore because ten years ago he was diagnosed with the first symptoms of hereditary Huntington's disease. The doctor gave Joseph Herschel about 5 years until the illness will lead to his death. Theoretically, it would be possible to use CRISPR-Cas9 to cut out the faulty gene responsible for the disease and possibly save the life of Joseph Herschel. CRISPR-Cas9 may not yet be used in Germany for therapeutic purposes and Joseph Herschel has only 5 years, so it will probably be too late for him because of the long time required for research and experimentation before new procedures may be used.

Joseph Herschel

Jakob Stern ist ein Katholischer Pfarrer, aus Atlanta, der sein Geld damit verdient die Eltern von Kindern zu beraten, welche von Geburt an körperlich oder geistig benachteiligt sind. Er vertritt die Philosophie, dass Fehler in der DNA, die ein Säugling von Geburt an in sich trägt eigentlich gottgegebene Chancen sind, da die DNA eigentlich der Plan Gottes individuell für den Menschen ist. „Es gehört zur Selbstakzeptanz, dass man einsieht, dass kein Mensch perfekt geboren wird und man seine eigenen angeborenen Fehler zu seinen größten stärken macht“, sagte er in einem seiner Beratungsgespräche.

Jakob Stern

Robert Spencer ist ein Krankenpfleger aus Michigan, der sich sehr für neue Erfindungen in der Medizin einsetzt, seinen Job liebt und alles für seine Patienten tut. In seiner Freizeit engagiert sich Robert Spencer aber auch leidenschaftlich für Greenpeace und hilft öfters bei Projekten mit. Vor allem gegen Gentechnik hat Robert Spencer mittlerweile eine regelrechte Phobie entwickelt und er geht sogar soweit, dass er seit einiger Zeit seine eigene Farm eröffnet hat und sich hauptsächlich von dem ernährt, was er selber anbaut.

Robert Spencer

Das Ehepaar Monika und Vincent Whing leben in Peking. Das Ehepaar wünschte sich nichts mehr als ein Kind, da das auf natürlichem Wege aber auf Grund einer verminderten Zeugungsfähigkeit von Vincent Whing nicht Möglich war bot man ihnen eine künstliche Befruchtung an. Im während der Prozedur wurde allerdings festgestellt, dass alle befruchteten Eizellen wohl einen Gendefekt hatten, den Monika Whing wohl rezessiv im Körper getragen hatte. Es handelte sich um eine sehr gefährliche Version der Bluterkrankheit. Aber damit ein Kind frei von Krankheiten zur Welt kommen konnte wurde im Krankenhaus mir hilfe von CRISCPR-CAS9 eine befruchtete Eizelle von dem Gendefekt befreit und ein gesundes Baby kam zur Welt. „Wir sind der Wissenschaft und den Ärzten so dankbar, dass wir jetzt endlich ein Gesundes Kind haben“.

Vincent und Monika Whing

James Black ist ein bekannter Naturschützer aus Costa Rica und überzeugter Frutarier, der durch die Meinung Popularität erlangt hat, dass jedes Lebewesen gleich viel wert und genau gleich schützenswert sei und andere Tiere zu töten egal aus welchem Grund und sei es auch nur um sie zu essen sei unethisch.

James Black

Arthur Meyers lebt aktuell in London. Mit 15 Jahren absolvierte er seine A levels und mit 24 war er bereits Professor für Molekularbiologie und auch ein teil des Teams, dass CRISPR-Cas9 entwickelte. In einem Interview mit der New York Times, zu der großen Entdeckung und den Einsatzmöglichkeiten und der Verantwortung, die diese mitbringen und inwiefern der Staat da regulieren sollte sagt er: „eine Behandlung sollte ein Vertrag zwischen Patient und Arzt sein, in dem der Arzt zusichert alles mögliche für den Patienten zu tun, der Staat sollte sich da heraushalten“. „CRISPR-Cas9 ist eine tolle Möglichkeit für die Menschheit aber wir müssen auch das ganze Potential der Erfindung ausschöpfen“, sagte er etwas später im gleichen Interview.

Arthur Meyers

Martin Müller ist Kartoffelbauer aus Schleswig Holstein, allerdings muss er sehr aggressive Pestizide einsetzten, um seine Kartoffeln vor Schädlingen zu schützen. Das findet er selber schrecklich, da Martin Müller sich sorgen um die folgen für die Umwelt und die Menschen von Pestizid Gebrauch macht. Wäre Gentechnik legal würde Martin Müller, seine Kartoffeln so verändern, dass sie für Schädlinge weniger attraktiv werden und er so weniger Spritzen muss. Jetzt sucht Martin Müller verzweifelt nach einer Alternative zur Gentechnik und zum Spritzen.

Martin Müller

Harrisson Clark ist ein Verschwörungstheoretiker und Autor eines Science fiction Buchs in dem er dystopische Zustände beschreibt in denen eine Reiche Oberschicht den Rest der Menschheit mit Hilfe von Genetisch veränderten Supersoldaten unterdrückt. In einem Interview hat Harrisson Clark auch mal bestätigt, dass wirklich auch seine aller größte Angst ist.

Harrisson Clark

INFO CARDSISSUE CARDS

Keimbahntherapie unnötig

Man braucht crispr-cas9 nicht unbedingt, in der Keimbahntherapie. Da Krankheiten meistens nicht an alle Embryonen weitergegeben werden kann man auch mit der etablierten Präimplantationsdiagnostik gesunde Embryonen wählen und diese dann implantieren.

Nicht ausreichend erforscht

Bis jetzt ist es noch nicht ausreichend erforscht ob das Schneiden mit crispr cas 9 abgesehen von den „off target cuts“ noch andere unerwünschte Nebenwirkungen hat.

Bleibt die Menschheit menschlich ?

Wenn man Therapien mit crispr-cas9 an Embryonen erlaubt, dann wird es wohl nicht bei der Heilung von Krankheiten bleiben sondern die Wissenschaftler werden versuchen bessere Menschen herzustellen.

Immenses Potential

Warum sollte man riskieren schwerwiegende genetische Krankheiten, wie Chorea Huntington oder auch viele Krebsarten zu kriegen, wenn man das auch mit crispr-cas9 sehr effektiv verhindern und so ein normales Leben führen kann.

Welthunger

Auf der ganzen Welt gibt es immer noch sehr viele Menschen, die Hunger leiden und Mit crispr-cas-9 verbesserte Nahrungsmittel sind eine gute Möglichkeit den globalen Hunger zu bekämpfen.

Gesünder Essen

Man könnte mit crispr-cas-9 verschiedene Nahrungsmittel aufwerten und so den Menschen helfen gesünder zu werden.

Keine Pestizide mehr nötig ?

Crispr-cas-9 zu verwenden liegt auch im Interesse vieler ökologischer Landwirte so kann man zum Beispiel Pflanzen so züchten, dass sie resistent gegen verschiedene Schädlinge werden und so weniger Pestizide verwendet werden müssen.

Jeder Mensch verdient das Leben

Die Forschung mit crispr-cas-9 in der Medizin arbeitet viel mit Embryonen. Aber Embryonen sind auch Menschen und diese dürfen auf keinen Fall für Experimente missbraucht und schlussendlich getötet werden.

Keine Gentechnik

Mit Gentechnik veränderte Pflanzen enthalten oft ganze Gene, eines komplett fremden Organismus, dass ist etwas ganz anderes, als wenn man mit crispr-cas-9 einfach nur eine Punktmutation herbeiführt. Und deshalb ist es unfair, dass diese Pflanzen als GMO gekennzeichnet werden müssen.

Fast wie Zucht

Crispr-cas-9 bei Pflanzen zu verwenden ist im Endeffekt genau wie eine normale Mutation nur effektiver. Warum sollte das also verwerflicher als Züchtung sein ? Und warum ist das als Gentechnik deklariert ?

Unwissenheit der Menschen

Weil mit crispr-cas-9 behandelte Pflanzen als GMO markiert werden müssen, kaufen Menschen, die sich nicht informiert haben, diese Produkte aus Prinzip nicht, einfach weil sie sich wegen GMO sorgen machen, obwohl das Risiko viel geringer ist als bei herkömmlicher Gentechnik.

Nicht völlig natürlich

Es stimmt, dass das Risiko von Nebenwirkungen bei crispr-cas-9 deutlich geringer ist, als bei herkömmlicher Gentechnik und trotzdem, Risiko bleibt Risiko und deshalb wäre es einfach falsch mit crispr-cas-9 behandelte Pflanzen als ganz natürliche Pflanzen anzusehen. Und deshalb ist die aktuelle Gesetzeslage richtig.

enormes Risiko

Wenn man Versucht ein Genstück heraus zuschneiden kommt es oft zu noch ganz anderen Schnittpunkten überall im Genom und da das ein enormes Risiko darstellt wäre es unverantwortlich crispr-cas-9 wirklich zur Heilung einer Krankheit anzuwenden.

Embryonen sind nicht schützenswert

Embryonen können zu Anfang noch nicht denken, und fühlen auch keinen Schmerz. Es ist eine gewaltige Doppelmoral, dass wir Tiere töten und essen, die Schmerz empfinden und denken können und Embryonen schützen wollen, obwohl wir doch nur einige zu Forschungszwecken opfern müssten und das dann der ganzen Menschheit sehr hilft.

Gott plant alles

Wir wurden mit einem Plan geschaffen und wenn ein Mensch vom Beginn seines Lebens an eine Krankheit hat, dann gehört das zum Plan Gottes und kein Mensch hat das Recht diesen Plan kaputt zu machen

Risiko ist relativ

Manche Gendefekte, sind so gravierend, dass ein Leben kaum möglich ist. Für manche Menschen ist das Risiko bei crispr-cas-9 also vielleicht gar nicht so relevant weil das ihre einzige Chance auf Leben ist.

Tierschutz

Auch in der Forschung mit Tieren ist crispr-cas-9 nützlich. Um die gewünschte Züchtung zu erreichen opfert man oft sehr viele Tiere die man ja töten muss. Mit crispr-cas-9 lässt sich ein gewünschtes Tier viel schneller erzeugen und so sterben weniger.

Biologische Kriegsführung

Das Militär oder terroristische Organisationen könnte Interesse daran haben mit hilfe von CRISPR-Cas9 und einem Gene Drive gezielt Ökosysteme anzugreifen oder auch theoretisch der Menschheit über Generationen hinweg negative Gene einzupflanzen.

Die Menschheit ist wichtiger als Tiere

Wir müssen die Gesundheit des Menschen und dessen Nahrungsversorgung vor das Überleben von niederen Tieren, wie zum Beispiel Moskitos stellen und deshalb sollten wir diese auch mit Hilfe eines Gene Drives ausrotten, wenn sie die Gesundheit des Menschen gefährden.

Werden Ökosysteme zerstört?

Mit crispr-cas-9 ist es Möglich, ganze Tierarten auszurotten, aber egal aus welchem Grund, ein solcher Eingriff in unser Ökosystem könnte unvorhersehbare Folgen haben.

Schutz des Ökosystems

Es gibt Tiere, die sich so schnell vermehren, dass sie dadurch anderen Tieren schaden und teilweise ganze Ökosysteme bedrohen, diese sollte man zum Umweltschutz mit einem Gene Drive ausrotten dürfen. Andersrum sollte man auch Tieren, welche wichtig für ein Ökosystem sind helfen sich durchzusetzen.

Jedes Tier ist gleichwertig

Der Mensch darf nicht den Wert einer Tierspezies über den Wert einer anderen stellen, da jedes Tier nur seinem Überlebensinstinkt folgt und somit nicht moralisch verwerflich handeln kann.

Eltern haften für ihre Kinder

Wenn die Eltern und die Ärzte einer Keimbahntherapie zustimmen um gesunde Kinder zu bekommen, dann gibt es keinen Grund ihnen das zu verbieten.

Wächst sich Reis zu Tode?

Bei Reis wurden durch Genome Editing alle Regulatoren gleichzeitig ausgeschaltet, die das Körnerwachstum begrenzen. Sie liegen alle auf einem Chromosom. Durch natürliche Mutationen ist es sehr unwahrscheinlich, dass das geschehen würde. Die Mehrfachmutation kann wie jede Mutation afu Wildreis übertragen werden.

Krebs durch Genome Editing?

Das Gen p53 sorgt dafür, dass defekte Zellen sich nicht teilen oder sogar selbst zerstören. Weil Crispr Cas 9 im ersten Arbeitsschritt die DNA beschädigt, können editierte Zellen durch p53 stillgelegt werden. In
Stammzellkulturen werden deshalb beim Genome Editing unbeabsichtigt Zellen angereichert, die ein funktionseingeschränktes p53 besitzen. Ein schlecht funktionierendes p53 ist ein wesentlicher Faktor zur Entstehung von Krebs.

Keine Zustimmung von nicht geborenen Menschen

Es würden moralische, als auch ethische Gesetze verletzt werden, wenn man von vornherein genetische Veränderungen an einem Embryo durchführt.

What is CRISPR/Cas9?

CRISPR/Cas 9 is a new process that allows genes to be changed, replaced or targeted in a precise and rapid manner. This method is also called genome editing.

Where did CRISPR/Cas9 come from?

CRISPR/Cas9 is a natural defence mechanism found in bacterial cells. It protects bacteria against attack from viruses.

How does genome editing work?

By storing a portion of the genetic information of the invader (virus), bacteria can more quickly repel any new attack by viruses. Researchers have implemented this defense strategy with the help of the enzyme Cas 9 (also called "gene shears") to develop a tool that recognizes and cuts down characteristic DNA sequences.

How is the CRISPR/Cas9 blueprint insterted into a cell?

It is inserted precisely into cells so that the gene shear is activated. There are several possibilities in cell biology and genetic engineering. For example, it is possible to use shock waves in bacterial cells (electroporation), whereas harmless viruses are sometimes used in animal cells as "gene delivery".

In which organisms can we use genome editing?

This method to cut out genes works for almost all living cells and organisms. In addition, one could also cure various hereditary diseases in the field of human medicine.

Are crops that have been edited with CRISPR/Cas9 genetically modified organisms?

This is still being debated. Some people say that they are more like crops modified using traditional breeding. Many associations argue that plants should not be included in GMO regulations unless they have been modified to include foreign genes.

Why is CRISPR/Cas9 the most efficient method of genome editing?

Compared to other methods such as TALEN or zinc finger nucleases, the CRISPR system is easier, faster and costs less. Furthermore, in the case of the CRISPR-Cas 9 method, genes can be changed simultaneously in several different places ("multiplexing").

Are there any risks for food consumers?

Genome editing techniques can either produce genetic variants that match natural mutations or that do not correspond to natural mutations. Some risk can arise when other gene segments than the desired ones are changed ("off-target" events).

Are there any alternatives in genome editing?

Other methods of targeting and altering DNA include TALEN and zinc finger nucleases. These can also insert, turn off or remove genes. Both are very similar and work with artificially produced enzymes. They recognise a target sequence in the genome and then cut the DNA strand. These procedures are more complex.

Could human embryos become disease-free in the future?

The CRISPR/Cas 9 technique can be used to genetically engineer humans, but the process is still very immature and continues to be researched. It would be a great revolution to rid human embryos of hereditary diseases with this method. Again, there is the risk that side effects or late effects could occur.

Gene or genetic drive

Once a gene has been modified with the help of CRISPR/Cas9, it also receives a "drive" for inheritance. The entire blueprint for the CRISPR/Cas system is included. This increases the probability that the edited genetic material will be passed on to offspring.

Success in agriculture with CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 has already led to some successes in agriculture. For example, a resistance to mildew (common fungal disease) was developed for wheat.

Future prospects of CRISPR/Cas9

Examples the future prospects of CRISPR/Cas9 genome editing techniques include crops that are pest-resistant and preventing the spread of malaria in mosquitoes.

What options are available for human medicine?

In the case of gene therapy in humans could lead to, for example, the possibility of repairing the mutations that lead to cancer.

What to individual countries and the EU say about genome editing?

Many countries, including EU member states, are opposed to genetically modified food and have banned their cultivation. Some researchers, however, do not view genome editing as genetic engineering.

Could CRISPR/Cas9 techniques be misused or abused?

Yes! It is fundamentally difficult to control the use of the CRISPR/Cas9 method because it is not possible to check who has access to the methods. In the future, terrorist organizations could use CRISPR/Cas9 for their benefit. The negative consequences could be intergenerational. In the worst case, whole species could be genetically modified or eradicated.

Dispute over patent rights

The French biochemist Emmanuelle Charpentier and her US colleague Jennifer Doudna discovered the defense mechanism of bacteria and used the CRISPR/Cas9 gene shears for the first time. However, the patent is not recognised because there are two other parties who believe that they first used CRISPR/Cas9. The dispute hampers the commercial use of genome editing.

Do not kill, but optimise and let live!

In experiments, animals, such as mice, or human embryos are rejected and killed. This happens, for example, in pre-implantation diagnostics (PGD), where embryos with severe genetic defects are sorted. With the help of gene scissors, cells can be changed so that the gene defect does not occur in the first place.

Dangers for the ecosystem

Genome editing could have a negative impact on nature and the environment if optimised organisms are released. It coudl damage a species, which in turn could trigger a chain reaction where other plant or animal species are additionally threatened.

Mildew resistant wheat

With CRISPR/Cas 9, a mutation can be triggered simultaneously in all homologous chromosomes. For example, it is possible to turn off the "door opener protein" for wheat on all six homologous chromosomes simultaneously. The resulting wheat is completely resistant to mildew, without the need for complicated cross-breeding trials.

Eliminate the coupling of harmful genes

With CRISPR/Cas 9, genes that are naturally inherited and always coupled can be separated on chromosomes, . This makes it possible to collect desirable and undesirable features on chromosomes and to remove the undesired features in the block by crossing.

Intervention in gene expression with Cas9

There are Cas9 variants with inactivated cutting function. They bind to DNA target sequences and stay there. When combined with a transcription factor, it is possible to influence which genes will and will not be effective without changing the DNA.

Stop cancer with genome editing?

The p53 gene is also referred to as the "guardian of cells"; it ensures that cells with defective DNA do not divide or destroy themselves. Errors in p53 are essential for the development of cancer. With the help of genome editing, a defective p53 can be replaced by a functioning p53. It is sufficient if this succeeds on one of the homologous chrosomes.