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Sanfte Biotechnologie : Die Gentechnik im Hoffnungslauf

  • -Aktualisiert am

Gentechnisch veränderte Lebensmittel haben keinen guten Ruf. Bild: dpa

Kommt schon bald die Kehrtwende für die sanfte Biotechnologie? Eine Chinesin zeigt bei ihrem Besuch in Deutschland, wie mit Crispr-Pflanzen die Agrarwende gelingen soll.

          Pflanzen können sich bekanntlich ihre Heimat nicht aussuchen. Sie müssen mit den widrigen Umweltbedingungen vor Ort zurechtkommen, ohne Aussicht auf Entkommen. Ihre Devise heißt Anpassung auf der Basis vorhandener Ressourcen. Die Pflanzen nutzen dafür nicht nur die Erbsubstanz DNA und die in ihr kodierten Gene, sondern manipulieren die vom Gen abgelesenen Botenribonukleinsäuren – die vielfache Kopie der genetischen Bauanleitung – im großen Maßstab, bevor sie diese in Proteine übersetzen. Sie erschließen sich dadurch eine zusätzliche Gestaltungsebene, mit der sie äußerst flexibel auf die kurzfristigen Veränderungen in ihrer Umwelt reagieren können. Pflanzen besitzen auch ein wahres Heer an sogenannten nichtkodierenden Ribonukleinsäuren, die keine Bauanleitung für ein Protein enthalten, sondern zusätzliche Steuerungsaufgaben wahrnehmen.

          Wie vielfältig diese Aufgaben sind, war unlängst beim Jahrestreffen der Pflanzenmolekularbiologen in Dabringhausen zu hören. Organisiert wurde das Treffen von Dorothee Staiger von der Universität Bielefeld, Andreas Weber vom Exzellenzcluster Pflanzenwissenschaften „Ceplas“ in Düsseldorf und Stefan Rensing von der Universität Marburg. „Es ist davon auszugehen, dass die nichtkodierenden Ribonukleinsäuren jeden Aspekt im Lebenszyklus einer Pflanze beeinflussen“, sagte Dorothee Staiger. „Das betrifft die Blütenbildung, die Versorgung mit lebenswichtigen Mineralstoffen oder die Samenproduktion. Wenn wir verstehen wollen, wie Pflanzen die an sie herangetragenen Anforderungen meistern, müssen wir ihre RNA-basierten Gestaltungsebenen verstehen.“ Staiger untersucht, wie Ribonukleinsäuren und Proteine die biologische Uhr der Pflanzen zum Ticken bringen und Auskunft über den Tag-Nacht-Rhythmus geben. Pflanzen steuern darüber zum Beispiel ihre Photosynthese.

          Crispr-Cas9 für die grüne Gentechnik

          In Dabringhausen sprach auch die derzeitige Galionsfigur der grünen Gentechnik, Caixia Gao von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking. Die Chinesin, die zu den bedeutendsten Wissenschaftlern ihres Landes gehört, editiert und redigiert seit Jahren die Genome von Weizen, Reis und Mais mit großem Erfolg. Gao arbeitet heute vor allem mit der Genschere Crispr-Cas9. Sie machte bei der Konferenz deutlich, dass die Eingriffe inzwischen derart präzise geworden sind, dass viele der erzeugten Veränderungen nicht mehr von denen zu unterscheiden sind, die die Natur hervorbringt. Sie wirbt deshalb dafür, wie viele Wissenschaftler, dass Crispr-Pflanzen, die nicht ohne weiteres von herkömmlichen Kreuzungen zu unterscheiden sind und keine Fremd-DNA enthalten, nicht als gentechnisch veränderte Organismen eingestuft werden.

          Dass die Genschere heute immer weniger unerwünschte Veränderungen im Genom erzeugt, die dann auch ausgekreuzt werden können, hat mit Dosierungsstrategien zu tun. Crispr-Cas9 findet die Position, die editiert werden soll, über eine Führungs-RNA. Beide gleiten wie ein Schlitten über die DNA und stoppen in regelmäßigen Abständen, um zu prüfen, ob die richtige Stelle schon gefunden worden ist. Je weniger Genscheren in die Zellen geschickt werden und je weniger Zeit sie für ihre Aufgabe haben, desto weniger unerwünschte Nebeneffekte treten auf.

          Die Arbeit an der Genschere

          Gao stellte in Dabringhausen drei Varianten vor, die den Genscheren unterschiedlich viel Präsenz und Zeit in der Zelle gewähren. Bei der ersten Variante wird eine DNA mit der Information zur Produktion der Genschere und der Führungs-RNA in die Pflanzenzellen geschleust. Diese Information kann stabil ins Genom integriert werden. Die Genschere bleibt bei dieser Variante so lange präsent, bis sie wieder ausgekreuzt wird. Bei der zweiten Variante wird keine DNA, sondern nur eine Botenribonukleinsäure zur Produktion der Genschere in die Zellen geschickt. Beide haben nur eine kurze Halbwertszeit und werden rasch wieder abgebaut. Botenribonukleinsäuren werden grundsätzlich nicht stabil ins Genom integriert, so dass bei dieser Variante keine Fremd-DNA in der Pflanze zurückbleibt. Bei der dritten Vorgehensweise wird nur der vorgefertigte Proteinkomplex aus Genschere und Führungs-RNA die Pflanzenzellen geschafft, keine anderen Nukleinsäuren.

          Gao stellte in Dabringhausen auch die neueste Entwicklung vor, das sogenannte „Base Editing“. Bei diesem Verfahren ist die Genschere so abgewandelt worden, dass sie den Doppelstrang nicht mehr zerschneidet, sondern nur noch die Position findet, die editiert werden soll. Die eigentliche Veränderung nimmt ein zweites, im Huckepack eingeschleustes Protein vor, das eine einzelne Base gezielt in eine andere umwandelt und damit eine Punktmutation einführt.

          Auf Feldern wie diesem in Iowa wachsen bereits Crispr-Pflanzen. (Archivbild)

          Mit einer solchen Punktmutation kann zum Beispiel ein Stoppsignal eingefügt werden, was zum vorzeitigen Abbruch der Proteinsynthese führt. Auch der Kontrollbereich eines Gens kann mit einer Punktmutation verändert werden. „Wir haben mit diesem Verfahren innerhalb weniger Wochen relevante Punktmutationen in den drei wichtigsten Getreidepflanzen Weizen, Reis und Mais eingeführt“, sagte Gao. „Das Verfahren ist sehr effizient.“

          Vom Umgang mit Crispr-Pflanzen

          Gao machte bei der Veranstaltung allerdings keinen Hehl daraus, dass die größte Hürde für den Einsatz dieser Verfahren die unklare Regulierung der Crispr-Pflanzen ist. Der Europäische Gerichtshof (EuGH) wird in den kommenden Monaten darüber entscheiden, ob Crispr-Pflanzen unter die bisherige Gesetzgebung zur Regulierung gentechnisch veränderter Organismen fallen oder nicht, also unter die GVO-Richtlinie 2001/18EG. Es geht bei dieser Entscheidung um die sogenannte Mutagenese-Ausnahme. Neue Sorten, deren verbesserte Eigenschaften auf Mutationen beruhen, die entweder durch radioaktive Strahlung oder Chemikalien erzeugt worden sind, fallen nicht unter die Richtlinie.

          Diese Sorten können ohne spezielle Sicherheitsanforderungen und Kennzeichnung aufs Feld und in den Verkehr gebracht werden. Ein Beispiel dafür ist die Pink Grapefruit. Der Europäische Gerichtshof hat nun darüber zu entscheiden, ob die mit der Genschere Crispr-Cas9 eingeführten Veränderungen unter die Mutagenese-Ausnahme fallen oder nicht. Im Januar hat der EuGH-Generalanwalt Michal Bobek sein offizielles Vorentscheidungsersuchen veröffentlicht. Bobek kommt zum Schluss, dass erbgutveränderte Organismen nur dann als gentechnisch veränderte Organismen im Sinne der Richtlinie einzustufen sind, wenn ihr „genetisches Material so verändert worden ist, wie es auf natürliche Weise nicht möglich ist“. Wenn der EuGH dieser Einschätzung folgt – was in der Regel der Fall ist –, wären bestimmte Formen der Agrargentechnik, etwa Punktmutationen oder das Entfernen kurzer DNA-Sequenzen, von der Regulierung ausgenommen. Die entsprechenden Pflanzen wären dann keine gentechnisch veränderten Organismen im Sinne der Richtlinie. Das endgültige Urteil des EuGHs wird im Sommer erwartet.

          Der Wunsch nach neuen Regulierungen

          In Deutschland fordern viele Wissenschaftler seit langem eine neue Regulierung. „Wenn der EuGH der Einschätzung Bobeks folgt, entscheidet nicht mehr das biotechnologische Verfahren zur Erzeugung neuer Kultursorten über die Regulierung, sondern die Eigenschaften des fertigen Produkts“, sagte Andreas Weber am Rande der Konferenz. „Das wäre die faktenbasierte Kehrtwende, auf die wir seit langem warten.“ Weber leitet das einzige Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften in Deutschland. „Wir wären dann nach langen Jahren des Stillstands erstmals wieder in der Lage, den kausalen Zusammenhang zwischen genetischer Vielfalt und phänotypischen Eigenschaften im Feld zu untersuchen.“

          Crispr-Champignons

          Weber hofft zusammen mit seinen europäischen Kollegen auf eine EuGH-Entscheidung im Sinne Bobeks. „Dann könnten Forschungshemmnisse abgebaut und unsere Konkurrenzfähigkeit gegenüber der außereuropäischen Pflanzenforschung gestärkt werden. Das würde auch zu einem Innovationsschub bei der nachhaltigen Sicherung der Ernährungsgrundlagen führen.“ Weber ist der Ansicht, dass eine neue Regulierung auch kleinen Firmen und Start-ups die Möglichkeit geben wird, schnell und kostengünstig Produkte auf den Markt zu bringen. Derzeit gibt es eine große Konzentrationsbewegung im internationalen Saatgutmarkt. Kleinere Firmen könnten diesen Markt aufmischen. Weber machte zudem klar, dass der derzeitige Gentechnik-Begriff aus dem achtziger Jahren stammt, das Gentechnikrecht aus den Neunzigern. „Damals hat man sehr stark auf das Vorsorgeprinzip gesetzt. Nach fast dreißig Jahren weltweitem Anbau wissen wir heute, dass gentechnisch veränderte Pflanzen keine inhärenten Risiken haben. Es ist an der Zeit, den Gentechnik-Begriff an die wissenschaftlichen Realitäten unserer Tage anzupassen.“

          In den Vereinigten Staaten hat die nationale Landwirtschaftsbehörde einige Crispr-Pflanzen aus der Regulierung genommen. Den Anfang hat vor zwei Jahren eine Champignon-Sorte gemacht, der eine kurze DNA-Sequenz fehlt und die deshalb nicht mehr braun wird. Im vergangenen Jahr sind weitere Crispr-Pflanzen hinzugekommen, etwa ein Leindotter mit mehr Omega-3-Fettsäuren oder eine dürreresistente Sojabohne.

          Gao sieht es als eine ihrer wichtigsten Aufgaben an, auch in China für mehr Akzeptanz für die grüne Gentechnik zu werben. Dort ist der Rückhalt bisher ebenfalls gering. Gao hofft, dass ihre Forschung für eine Trendwende sorgen wird.

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