Neue Gentechniken

Dossier

Neue Gentechniken

Einführung

Foto: USFWSmidwest / Scott Covington, Whitney Genetics Lab DNA Sequencer, bit.ly/1PzxG4k, creativecommons.org/licenses/by/2.0/)

Genome Editing, Gentechnik 2.0 oder neue Züchtungstechniken sind Sammelbegriffe für neue gentechnische Verfahren wie CRISPR/Cas, Zinkfinger-Nuklease oder ODM (Oligonukleotid-gesteuerte Mutagenese). Mit den bisherigen Verfahren der ‚alten’ Gentechnik wurde fremdes Erbgut mit Hilfe von Gen-Kanonen oder Bakterien in die Zelle geschleust. Wo im Erbgut die eingebrachte fremde DNA eingebaut wurde, blieb dem Zufall überlassen. Die wenigen Pflanzen, bei denen der Einbau erfolgreich war, mussten mühsam herausgesucht werden. Bei den neuen Verfahren gelangt die gewünschte DNA-Änderung mit den gleichen Verfahren in die Zelle, dort jedoch lotsen sie dann eingebaute Boten an die gewünschte Stelle im Erbgut. Enzyme schneiden an dieser Stelle in den DNA-Strang und lösen dadurch den Reparaturmechanismus der Zelle aus. Dieser soll die mitgebrachte DNA-Änderung in das Erbgut einbauen. Soweit die Theorie. Doch die neuen Methoden sind bei weitem nicht so zielgenau und nebenwirkungsarm, wie ihre Befürworter behaupten. Allerdings ermöglichen sie Änderungen im Erbgut, die bisher so nicht möglich waren. Und sie vereinfachen und beschleunigen die Entwicklung solcher gentechnischen Veränderungen. Dadurch verstärkt sich die Gefahr, dass mit diesen Verfahren erzeugte Produkte ohne ausreichende Risikoüberprüfung auf den Markt kommen - wenn sie nicht rechtzeitig und streng reguliert werden.


Das Beispiel CRISPR

Die ersten Gen-Scheren wie Zinkfinger oder TALEN wurden schon zu Beginn des Jahrtausends entwickelt. Erste damit hergestellte Produkte sind in den USA bereits zugelassen und werden angebaut. Doch den großen Sprung nach vorne machten die neuen Verfahren erst mit der Entwicklung von CRISPR/Cas. CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, das ist eine Sammlung kleiner DNA-Abschnitte, die sich auf bestimmte Weise wiederholen. CRISPR erkennt bestimmte Erbgutschnipsel und kann mit Hilfe eines als guide-RNA bezeichneten Moleküls diese in einem fremden Erbgut ansteuern. Cas9 ist ein Enzym, das die DNA-Stränge des Erbguts durchschneiden kann. Bakterien nutzen dieses System aus einer Erkennungs- und einer Schneidekomponente, um angreifende Viren anhand ihrer DNA zu identifizieren und zu bekämpfen. Das System lässt sich aber auch verwenden, um im Erbgut von Pflanzen, Tieren oder Menschen gezielte Veränderungen an der DNA vorzunehmen, zusätzliche DNA-Abschnitte einzubauen oder Gene abzuschalten.
Genauer erklärt CRISPR die Fachstelle Gentechnik und Umwelt.
Sie erläutert auch die Gen-Schere ODM.

Funktionsweise CRISPR/Cas, Quelle: Fachstelle Gentechnik Umwelt

Chancen und Risiken

Die Befürworter der neuen Gentechnik betonen die Vorteile möglicher Anwendungen bei der Züchtung von Pflanzen und Tieren ebenso wie bei der Bekämpfung von (Erb)-Krankheiten bei Menschen.

Bei Pflanzen heben sie drei Bereiche hervor:

  • Resistenzen gegen Pilz- und Viruskrankheiten,
  • Toleranz gegen Trockenheit und andere Stressbedingungen,
  • geänderte Nährstoffzusammensetzung oder weniger Allergene.

Diese drei Bereiche – und ihre angebliche Bedeutung für die Sicherung der Welternährung – wurden bereits vor über 20 Jahren bei der Einführung der alten Gentechnik von deren Befürwortern immer wieder hervorgehoben. Umgesetzt haben die Gentechnik-Konzerne davon kaum etwas, wie eine Studie des Gen-Ethischen Netzwerks zeigte.

Die neuen Verfahren werden gerne als „präzise“ und damit als arm an Nebenwirkungen beschrieben. Doch das trifft nicht zu, wie Mitarbeiter des österreichischen Umweltbundesamtes und des deutschen Bundesamtes für Naturschutz (BfN) in einem Forschungsprojekt zeigten. Ihr Ergebnis: Die Herstellung von Pflanzen mithilfe neuer gentechnischer Verfahren kann immer mit unbeabsichtigten Nebeneffekten verbunden sein. Deshalb müsse es Teil der Risikobewertung sein, umfassend nach solchen Änderungen zu suchen. Eine Einschätzung, die zahlreiche Wissenschaftler, etwa im Netzwerk ENSSER, teilen.

In einem Video erläutert Testbiotech, warum eine Risikobewertung von CRISPR-Pflanzen notwendig ist.

 

Nebeneffekte können direkt am Ort des Geschehens auftreten, also dort wo die Schere schneidet (On-Target-Effekte), in der Nähe dieses Ortes oder an weit entfernten Stellen im Erbgut (Off-Target-Effekte). Die Ursachen der Effekte sind verschieden. So wird als erster Schritt DNA in die Zelle eingeführt, damit diese überhaupt das Cas-Enzym produziert. Das passiert - wie alte Gentechnik - ungerichtet und kann bereits zu unerwünschten Änderungen führen. Beim eigentlichen Einsatz kann CRISPR an falschen Stellen im Erbgut andocken, die der gewünschten sehr ähnlich sehen. Schneidet das Cas-Enzym dort, kann das unerwünschte Folgen haben. In vielen Pflanzen liegen Genabschnitte in mehreren Kopien und Variationen vor, was das Risiko solcher Effekte erhöht. Schneidet das Enzym an der richtigen Stelle, kann es passieren, dass der Reparaturmechanismus der Zelle nicht das gewünschte Ergebnis liefert. Er kann statt der gewünschten DNA-Änderung andere Erbgutteile einbauen, Teile der Gen-Scheren-DNA oder gar keine. Um mögliche Nebeneffekte zu finden, müsste das gesamte Erbgut gezielt daraufhin gescannt werden.

Grundsätzlich gilt, dass die DNA kein statisches, sondern ein dynamisches, interaktives Molekül ist. Bereits kleinste Veränderungen der DNA, egal ob unbeabsichtigt oder gewollt, können somit einen Einfluss auf andere Bereiche haben. Durch solche Wechselwirkungen mit anderen Genen kann sich beispielsweise die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe von Pflanzen verändern oder diese kann anfälliger für Krankheiten werden. Deshalb können Risiken für Mensch und Umwelt nicht ausgeschlossen und müssen umfassend geprüft werden.

Ausführlich hat die Risiken die Fachstelle Gentechnik und Umwelt zusammengestellt.

Editing-Techniken wie CRISPR könnten laut dem Nationalen Geheimdienstdirektor der USA für die Herstellung von "Massenvernichtungswaffen" missbraucht werden. Denn die neuen Verfahren sind auch ohne große Vorkenntnisse anwendbar, wie Baukästen zeigen, mit denen Bakterien im Hobbykeller manipuliert werden können – was in den USA zuklässig, in Deutschland jedoch strafbar wäre, wie das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit erklärte.


"Mit den neuen Werkzeugen greift man immer noch in das Gefüge des Genoms ein, dessen Funktionsweise wir längst noch nicht ausreichend verstehen."

Angelika Hilbeck, Institut für Integrative Biologie an der ETH Zürich, 26.02.2015 in der WOZ

Der rechtliche Rahmen

Lange Zeit war umstritten, ob die neuen gentechnischen Verfahren in Gänze dem EU-Gentechnikrecht unterliegen. Befürworter der neuen Gentechnik argumentierten, dass es sich bei den gentechnischen Veränderungen oft nur um Mutationen handle, wie sie auch natürlicherweise vorkämen oder in der herkömmlichen Züchtung als Mutagenese gezielt durch Chemikalien oder Bestrahlung hervorgerufen würde. Diese üblichen Mutagenesen seien eigens vom Gentechnikrecht ausgenommen worden. Diese Ausnahme solle auch für Mutationen gelten, die durch neue Gentechnik beabsichtigt im Erbgut hervorgerufen worden seien. Diese Haltung teilten auch mehrere Behörden der Bundesregierung. Widerlegt haben diese Auffassung Professor Tade Matthias Spranger von der Universität Bonn in einem Gutachten für das Bundesamt für Naturschutz sowie Professor Ludwig Krämer in einem Gutachten für Umweltverbände.

Der Europäische Gerichtshof (EuGH) hat im Juli 2018 entschieden, dass die durch neue gentechnische Verfahren erzeugten Organismen rechtlich als “genetisch verändert“ gelten und damit dem Gentechnikrecht unterliegen. Er begründete dies mit dem Vorsorgeprinzip: Die mit dem Einsatz dieser Verfahren verbundenen Risiken könnten sich als ebenso groß erweisen wie die mit der klassischen Gentechnik verbundenen Risiken. Durch die neuen Verfahren würden genetisch veränderter Sorten „in einem ungleich größeren Tempo und Ausmaß“ erzeugt als durch die Züchtung mit den altbekannten Mutagenese-Verfahren. Würde man die neuen Mutagenese-Verfahren aus dem Anwendungsbereich des EU-Gentechnikrechts ausklammern, könnten mögliche schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt nicht verhindert werden.

Während Umwelt-, Bio- und Verbraucherorganisationen das Urteil begrüßten, wurde es von Biotechnologen, der Agrar- und Ernährungswirtschaftt kritisiert. Sie fordern seither, das EU-Gentechnikrecht zu ändern und zumindest einen Großteil der mit neuen gentechnischen Verfahren hergestellten Züchtungen ohne Regulierung zuzulassen.

Erste Produkte auf dem Markt

Die Firma Calyxt stellte im Februar 2019 ihr neues Gentech-Sojaöl vor. (Bild: Calyxt)

In den USA und zahlreichen anderen Ländern gibt es solche Freigaben bereits. Noch befinden sich die meisten mit CRISPR/Cas entwickelten Pflanzen im Laborstadium. Doch einige mit älteren Gen-Scheren wie TALEN oder ODM hergestellte Pflanzen werden in den USA und Kanada bereits angebaut, etwa ein herbizidtoleranter Raps der Firma Cibus (Markenname Falco) oder eine in ihrem Fettsäuremuster veränderte Sojabohne der Firma Calyxt. Nach dem Urteil des EuGH brauchen diese Pflanzen eine Zulassung nach Gentechnikrecht, damit sie in die EU eingeführt werden dürfen. Da sie aber in den Anbauländern nicht gekennzeichnet und dort sogar als gentechnikfrei ausgelobt werden, könnten sie jederzeit unbeabsichtigt in die EU gelangen. Dies müssten die EU-Kommission und die Mitgliedsstaaten durch regelmäßige Kontrollen vermeiden. Doch bisher (Stand November 2019) unternehmen sie dazu keine Anstrengungen.

Der Nachweis bekannter Veränderungen wie bei Cibus-Raps ist möglich und auch andere Veränderungen durch die neue Gentechnik lassen sich im Prinzip nachweisen, da die Eingriffe im Genom typische Spuren hinterlassen. Doch bräuchte es den politischen Willen, die nötigen Nachweisverfahren möglichst schnell zu entwickeln und einzusetzen.

Tabelle: Züchtungsversuche mit neuen gentechnischen Verfahren, ohne Anspruch auf Vollständigkeit

Pflanze

Eigenschaft

Technik

Alfalfa

Bessere Futterverwertung

TALEN

Erdnuss

Weniger allergen

CRISPR

Gurken

Resistenz gegen Virus

CRISPR

Hirse

Veränderte Blühzeit

CRISPR

Kartoffel

Stärkezusammensetzung, bessere Lagerfähigkeit

TALEN, CRISPR

Leindotter

Ölqualität

CRISPR

Mais

Trockentoleranz, Krankheitsresistenz, Stärkezusammensetzung

CRISPR

Pilze

Langsamere Bräunung

CRISPR

Raps

Schoten, die nicht platzen

CRISPR

Reis

Krankheitsreistenzen

TALEN, CRISPR

Soja

Fettsäurezusammensetzung

TALEN

Tomaten

Frühere Reife, Geschmack, Mehltauresistenz

CRISPR

Weizen

Mehltauresistenz

TALEN

 Quellen: Testbiotech, TransGen

Neue Gentechnik bei Tieren

Grafik: Friends of the Earth USA

Friends of the Earth USA haben die aktuellen Forschungen zusammengefasst. In Experimenten ist es demnach gelungen, mit Genome Editing die Muskelmasse von Rindern, Schweinen, Schafen und Ziegen zu erhöhen. Bei Schafen konnte zudem die Länge der Haare und damit der Ertrag an Wolle gesteigert werden. Geforscht wird auch an hornlosen Rindern oder an Schweinen, die gegen diverse Viruserkrankungen resistent werden sollen. Eine Forschergruppe hat Kühen menschliches Erbgut eingebaut, damit sie ein Antibiotikum produzieren, das Euterentzündungen verhindern soll. Solche gentechnischen Veränderungen hätten vor allem das Ziel, die Tiere an die schädlichen Lebensbedingungen in der Massentierhaltung anzupassen, heißt es in dem Bericht. Sinnvoller wäre es, diese Bedingungen zu ändern und den Tieren ein artgerechteres Leben zu ermöglichen.

Mehrere Forschergruppen versuchen, die Zusammensetzung der von den Tieren erzeugten Lebensmittel zu ändern. Es gibt Versuche, Legehennen so zu verändern, dass ihre Eier ein bestimmtes allergieauslösendes Eiweiß nicht mehr enthalten. Schweine wurden so manipuliert, dass ihr Fleisch relevante Mengen an gesundheitsfördernden Omega-3-Fettsäuren enthält.

Gene Drives - der Vererbungsturbo

Gene Drives: In vier Generationen an alle Nachkommen vererbt.

Mit Gene Drives lässt sich die Gen-Schere CRISPR/Cas im Erbgut eines Tieres oder einer Pflanze verankern. Dadurch wiederholt sich die gentechnische Veränderung in der nächsten Generation automatisch und kann sich binnen kurzer Zeit in ganzen Populationen ausbreiten. Mehrere Forschungsprojekte befassen sich damit, Mücken, die Krankheiten wie Malaria übertragen, mit Hilfe von Gene Drives auszurotten. Auch die Dezimierung landwirtschaftlicher Schädlinge wird im Labor bereits erforscht. Wie sich eine Freisetzung derart manipulierter Tiere auf die Ökosysteme auswirken könnte, ist völlig unbekannt. Die Vertragsstaaten der UN-Biodiversitätskonventionn (CBD) haben deshalb beschlossen, bei eventuellen Freisetzungen von Organismen mit Gene Drive das Vorsorgeprinzip anzuwenden. Notwendig dafür seien eine wissenschaftlich seriöse Risikoabschätzung des jeweiligen Falles und angemessene Sicherheitsmaßnahmen. Ein Freisetzungsmoratorium scheiterte auf der CBD-Tagung im November 2018 an der Lobbyarbeit der Pro-Gene Drive – Vertreter.

ENSSER: Gene Drives. A report on their science, applications, social aspects, ethics and regulations (29.05.2019)

Infodienst: Gene Drives: Vage Regeln statt weltweites Moratorium (30.11.2018)


Patente und mögliche wirtschaftliche Folgen

Befürworter argumentieren, dass neue gentechnische Verfahren weniger aufwändig seien und auch von mittelständischen Saatgutzüchtern angewandt werden könnten – insbesondere dann, wenn teure Zulassungsverfahren wegfallen würden. In der Praxis jedoch sind es die großen Saatgutkonzerne, die mit den CRISPR/Cas-Entwicklern zusammenarbeiten und Lizenzen für deren Patente zahlen. Diese Patente halten zum einen Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna. Sie entdeckten an der Universität Berkeley den grundlegenden Mechanismus der Gentechnik-Schere und zeigten 2012, wie sich damit das Erbgut von Bakterien verändern ließ. Die Arbeitsgruppe um Feng Zhang vom Broad Institute in Cambridge, Massachusetts, zeigte ein Jahr später, wie sich die Methode bei Pflanzen, Tieren und Menschen anwenden lässt und ließ sich dies Entdeckung patentieren.

Infodienst: USA: Patentstreit um Gentechnik-Schere CRISPR entschieden (13.09.2018)

Für die Landwirte bedeutet das, dass CRISPR-Pflanzen und Tiere dem Patentschutz unterliegen und eine Nachzucht entweder verboten oder zumindest lizenzpflichtig wäre. Sollten die neue Verfahren doch noch vom Gentechnikrecht ausgenommen werden, würden sie weder einem Zulassungsverfahren mit Risikoprüfung noch Kennzeichnungs- oder Koexistenzregelungen unterliegen. Es gäbe weder Schutz vor Auskreuzungen noch Haftungsansprüche.

Ein intransparenter Import oder Anbau von Pflanzen der neuen Gentechnik würde die Glaubwürdigkeit der zertifiziert gentechnikfreien Land- und Ernährungswirtschaft und des per se gentechnikfreien Ökolandbaus massiv beeinträchtigen. Dies könnte zu drastischen Umsatzeinbußen dieser beiden boomenden Wirtschaftszweige führen. Davor warnt insbesondere der Verband Lebensittel ohne Gentechnik.

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