Partikelkanone

„Richtest du schon mal die Kanone?“

Am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm werden Pflanzenzellen mit der Partikelkanone "beschossen", um sie gentechnisch zu verändern. Die Pflanzenarten, die hier am Institut hauptsächlich unter die Kanone kommen, sind Tabak, Tomate und Mais.

Dr. Stephanie Ruf erläutert die Partikelkanone, mit der am MPI Pflanzen gentechnisch verändert werden.

Partikelkanone: Um neue Gene in Pflanzen zu übertragen, werden mit DNA beschichtete Goldpartikel auf pflanzliches Gewebe

Partikelkanone: Eine Gaskammer, gefüllt mit einem reaktionsträgen Gas, öffnet sich bei einem bestimmten Druck und beschleunigt so die Goldpartikel samt DNA.

Tabakblatt, das transformiert werden soll

Ein Tabakblatt, das transformiert werden soll.

Zur Beschichtung der Gold- oder Wolframpartikel mit DNA wird beides auf Eis in einer wässrigen Lösung aufgeschüttelt.

Zur Beschichtung der Gold- oder Wolframpartikel mit DNA wird beides auf Eis in einer wässrigen Lösung aufgeschüttelt.

mit DNA beschichtete Goldpartikel auf einer orangenen Trägerfolie

DNA-beschichtete Goldpartikel auf einer orangenen Trägerfolie

Die Transformation von Pflanzenzellen mit Hilfe der Partikelkanone wird auch als „biolistisches“ Verfahren bezeichnet - eine Wortschöpfung aus „biologisch“ und „ballistisch“. Mit der Partikelkanone können Zellen beliebiger Organismen transformiert werden. Für die gentechnische Veränderung von Pflanzenzellen oder -gewebe wird sie seit 1988 eingesetzt, insbesondere dann, wenn das Einschleusen der fremden Gene mit Hilfe von Agrobakterien nicht oder nur schlecht funktioniert, etwa bei Getreide.

Mit der Partikelkanone lässt sich außerdem nicht nur die DNA im Zellkern gentechnisch verändern, sondern auch das Erbgut in den Plastiden (z.B. Chloroplasten) der Pflanzenzellen.

Partikelkanonen, „gene guns“, schießen mit großer Geschwindigkeit mit DNA beschichtete Goldpartikel auf ein pflanzliches Gewebe. Dazu legt man das Pflanzengewebe in eine Vakuumkammer. Die Goldpartikel samt DNA werden durch den Druck eines reaktionsträgen Gases beschleunigt und befördern so die DNA in die Pflanzenzellen. „Früher hat man dazu tatsächlich Schiesspulver verwendet, nach jedem Schuss musste das ganze Gerät gesäubert werden, bis ein findiger Hersteller auf die Idee kam und Helium einsetzte“, erinnert sich Stephanie Ruf, Wissenschaftlerin am Max Planck-Institut. Die DNA dringt in die pflanzlichen Zellen ein und wird dort in das Erbgut eingebaut. Mit dem entsprechenden Druck kann jedes Material transformiert werden: die zarten Blätter von Tabakpflanzen erfordern nur geringen Druck, das stabile Kallusmaterial von bestimmten einkeimblättrigen Pflanzen dagegen hohen Druck, um auch tiefer liegende Zellschichten zu erreichen.

Sollen anstatt des Kerngenoms, Plastiden transformiert werden, so müssen die Pflanzen mit speziellen Gen-Konstrukten beschossen werden. Sie sind mit Signalen versehen, die ein Ablesen der eingebrachten Gene in den Plastiden, nicht aber im Kerngenom, ermöglichen.

Wie auch bei anderen Verfahren der Transformation, wird ein Markergen zur Selektion der transformierten Pflanzen mit in die Pflanzenzellen eingebracht. Das ist in der Regel ein Gen für eine Antibiotikaresistenz. Nach dem „Beschuss“ werden dann die Blattproben auf ein antibiotikahaltiges Nährmedium gelegt. Darauf können nur diejenigen Pflanzenzellen wachsen, bei denen die Transformation erfolgreich war.