Restaurantköche im US-Bundesstaat Minneapolis waren im Februar 2019 die ersten, die mit „Calyno“ arbeiten konnten: einem Sojaspeiseöl mit Genom-verändertem und daher gesünderem Fettsäureprofil, entwickelt mit dem Gen-Editing- Verfahren TALEN. Die im Labor erzeugte Mutation der Sojabohnen ist im Nachhinein nicht von natürlichen Mutationen unterscheidbar. Deshalb werden die Pflanzen ohne Auflagen angebaut und das Öl bekommt in den USA das Label „gentechnikfrei“. In Europa sind solche Sojabohnen als „gentechnisch verändert“ bis auf Weiteres verboten. Die EU will erst 2021 entscheiden, wie sie mit Gen-Editing-Verfahren wie TALEN oder der bekannteren Genschere CRISPR / Cas9 umgeht.

Jörg Huthmann

Während Befürworter damit argumen­tieren, dass die Welternährung angesichts des Bevölkerungswachstums und des Klimawandels nur durch neue Züchtungsmethoden einschließlich Gentechnik möglich sein wird, verweisen die Gegner unter anderem auf die wenig ­erforschten „on-target“ und „off-target effects“ des Gen Editing.

Klar ist: Genveränderung, also Mutation, ist zunächst ein Prozess, der in der Natur ständig stattfindet und für Biodiversität zwingend notwendig ist. Pflanzenzüchter versuchen Mutationen zu nutzen, um vorteilhafte Eigenschaften von Pflanzen dauerhaft in die Folgegenerationen einzukreuzen. Dabei provozieren sie Mutationen auch durch chemische Prozesse oder ionisierte Strahlung, letztere Methode ist daher unter der wenig schmeichelhaften Bezeichnung „Atomic Gardening“ bekannt. Diese konventionellen Verfahren erzeugen zunächst zufällige Mutationen. Die anschließende Selektion neuer Pflanzeneigenschaften war und ist ein jahrelanger Prozess, da sie eben auf ungezielten Genveränderungen beruht. Das hat sich mit der Nutzung neuer Gen-Editing-Verfahren geändert. Die Genschere CRISPR / Cas9 etwa schaltet den Zufall aus und ermöglicht genau festlegbare Veränderungen in einem Genom.

Möglich ist alles

Mit ihr lassen sich neue Nahrungsquellen erschließen und Erbkrankheiten heilen, aber auch jedes Lebe­wesen bis hin zum Menschen kann damit genetisch umgebaut werden. Deshalb sind ein verantwortungsvoller Umgang mit den neuen Möglichkeiten und klare politische Rahmenbedingungen nötig. In diese Richtung zielt die Hauptkritik vieler NGOs. Bemängelt werden nicht primär die Arbeit der Wissenschaft oder aktuelle und künftige Nutzungsmöglichkeiten der neuen Werkzeuge. Kritisch gesehen werden vor allem Versprechen in Richtung ökologisch orientierter Landwirtschaft, die mit alter Gentechnik nicht eingelöst wurden. Dazu wird davor gewarnt, dass CRISPR und Co. zur Gewinnmaximierung der Branchenriesen bei Saatgut und Pflanzenschutz dienen und nicht einer nachhaltigen Landwirtschaft.

Beim Erfolg der Verfah­ren spielt auch moderne Informa­tionstechnologie ei­ne entscheidende Rolle, denn eine Gen-Sequenzierung erzeugt gewaltige Datenmengen. Jeder Mensch trägt 25.000 unterschiedliche Gene in sich. Die erste DNA-Sequenzierung eines kompletten Genoms konnte nach jahrelanger Arbeit mit hohem finanziellen Aufwand im Jahr 2000 abgeschlossen werden. Seitdem sind Kosten und Zeitaufwand dafür drastisch gesunken. Weizen – zusammen mit Reis, Mais und Soja entscheidend für die Welternährung – hat ein wesentlich größeres und komplexeres Genom als der Mensch. Die Entschlüsselung und Dokumentation der gesamten Erbinformationen ei­ner Nutzpflanze in Kombination mit der Genschere CRISPR / Cas9 eröffnet der Pflanzenzucht eine neue Dimension.

Was ist CRISPR / Cas9?

CRISPR / Cas9 ist eine molekularbiologische Methode, mit der Gene eingefügt, entfernt oder ausgeschaltet werden können. Die Abkürzung CRISPR steht dabei für „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“. Der Zusatz Cas9 steht für ein Protein, dessen Eigenschaften den Wirkmechanismus der CRISPR-Methode ermöglichen. Als Erste entschlüsselten die Amerikanerin Jennifer Doudna und die Französin Emmanuelle Charpentier die Funktionsweise der Genschere im Jahr 2012. Dafür wurde beiden im Jahr 2020 der Chemie-Nobelpreis verliehen. Doudna ist Professorin an der University of California in Berkeley. Charpentier ist seit 2018 Leiterin der „Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene“ in Berlin. Ihre Entdeckung zeigt, dass Bakterien über eine Art Immunsystem verfügen, das das Einschleusen fremder (Viren-)DNA verhindern soll. Dieser Abwehrmechanismus stellte sich als universelles Werkzeug heraus.

Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel,

Professor für Pflanzenschutz und Pflanzenbiotechnologie an der Justus-Liebig-Universität Gießen, hält einige seiner Forschungsobjekte in der Hand: Weizenpflanzen. Kogels Arbeitsgruppe hat die CRISPR / Cas9-Technik an Gerste entwickelt, um Genome von Getreidepflanzen hocheffizient zu editieren.

Einer der führenden Wissenschaftler auf diesem Gebiet ist Karl-Heinz Kogel, Professor für Phyto­pathologie an der Justus-Liebig-Universität Gießen. Sein Team und er forschen in den Bereichen Pflanzenschutz, Pflanzenkrankheiten und Biotechnologie der Kulturpflanzen.

Herr Professor Kogel, beim Thema GMO scheiden sich die Geister. In welche Richtung zielen Ihre aktuellen Forschungsvorhaben?

Wir untersuchen vor allem Themen des biolo­gischen Pflanzenschutzes und den Einsatz nützlicher Mikroorganismen. Dabei ist Gen Editing ein weiteres Tool. Mehltau-Resistenz bei Weizen ist mit konventionellen Züchtungsmethoden in zehn Jahren erreichbar, mit CRISPR dauert dieser Prozess ein Jahr.

Bewerten Sie den Nutzen des CRISPR / Cas9-Verfahrens im Vergleich zu älteren Ver­fahren bei der Pflanzenzucht durchweg positiv?

CRISPR ist präziser, sprich selektiver. Und, wie erwähnt, vor allem wesentlich schneller als frühere Verfahren. Die Methode ist damit ein sehr nützliches Werkzeug in der Pflanzenzucht. Dennoch ist es in Deutschland und der EU politisch nicht akzeptiert oder zumindest umstritten. Allerdings reflektiert diese Haltung nicht den aktuellen wissenschaftlichen Stand. Deshalb sollte das Thema überdacht und neu bewertet werden. Das zumindest geschieht derzeit.

Wie bewerten Sie die von Kritikern angeführten „off-target effects“, also die damit verbundenen Risiken bei CRISPR / Cas9?

Da zitiere ich gern meinen Kollegen Detlef Weigel1, der in einem Interview darauf verwiesen hat, dass auf einem Hektar Weizen Milliarden von „Off-target“-Ereignissen allein durch die natürliche UV-Strahlung der Sonne geschehen. Politisch wird aber leider zwischen einer durch natürliche Faktoren erzeugten Mutagenese und einer durch gentechnische Verfahren vorgenommene Änderung unterschieden. Eine durch CRISPR / Cas9 erzeugte Umgestaltung am Pflanzen­genom unterscheidet sich im Ergebnis in ­keiner Weise von einer natürlichen Mutagenese und lässt sich auch nicht mehr als durch CRISPR / Cas9 erzeugt nachweisen. Der einzige Unterschied ist tatsächlich, dass das CRISPR / Cas9-Verfahren sehr viel sicherer und umweltfreundlicher ist als die herkömmlichen Mutageneseverfahren. Ich sehe keine wissenschaftlichen Gründe, die einer Zulassung moderner Züchtungsverfahren entgegenstehen.

Halten Sie eine Gentechnik-freundliche Politik in Europa für möglich?

Meine naturwissenschaftlich geprägte Haltung dazu ist klar. Es wäre sehr zu begrüßen, wenn dies geschähe. Im Moment sieht es eher so aus, dass durch das Verbot des Gen Editing gerade die mittelständischen Züchter, die in der Branche für Vielfalt sorgen, eher auf der Verliererseite stehen. CRISPR ist einfach und schnell und wäre ein ideales Werkzeug für diese Zuchtbetriebe, um bereits zugelassene Pflanzen sehr zielgenau und schnell weiter agronomisch zu verbessern. Genau die werden jetzt aber ausgebremst.

Führen wir vielleicht die falsche Diskussion und gibt es nach Ihrer Ansicht einen Weg aus diesem Dilemma?

Wir sind im internationalen Vergleich in Deutschland immer noch zusammen mit China und den USA führend in der Pflanzenwissenschaft. Derzeit sind auch noch ausreichende Mittel für unsere Forschung vorhanden. Das Problem ist aber häufig, dass wir auf höchstem Niveau entwickeln und dann aber in Europa keine Partner finden, die die Ergebnisse in die Praxis umsetzen, weil es politische Restriktionen gibt. Patente sind eine Möglichkeit, Wissen zu sichern, ebenso wie Kooperationen mit großen Unternehmen. Beides geschieht derzeit, aber der Flaschenhals ist dann eben die Nutzung der neusten wissenschaftlichen Erkenntnisse in der Praxis. Da brauchen wir nationale und EU-weite zukunftsorientierte Regularien. Wenn wir das nicht hinbekommen, werden wir unsere Führungs­position einbüßen.

1 Prof. Dr. Detlef Weigel ist u.a. Direktor und wissenschaftliches Mitglied am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen.

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