Genomeditierung. Bremsklotz Gentechnikdebatte

Auch wenn der Europäische Gerichtshof 2018 geurteilt hat, dass genomeditierte Pflanzen als gentechnisch verändert gelten, ist die Diskussion darüber noch lange nicht beendet. Aus verschiedenen Richtungen kommt die Forderung, die Rechtsgrundlagen für diese neuen Züchtungstechniken anzupassen. Thomas Miedaner zeigt, wo wir aktuell stehen.
 

Die Genomeditierung hat seit ihrer Nutzbarmachung im Jahr 2012 einen einzigartigen Siegeszug angetreten. Bis heute sind rund 1600 Publikationen allein zur Anwendung bei Nutzpflanzen erschienen (Grafik). Und die Flut an Veröffentlichungen geht weiter. Doch was in vielen anderen Forschungsbereichen inzwischen eine Standardtechnik ist, ist für die europäische Pflanzenzüchtung immer noch tabu. Durch das Urteil des Europä­ischen Gerichtshofs (EuGH) von 2018 wurde die Genomeditierung zur Gentechnik erklärt. Damit sind umfangreiche Prüfverfahren, Genehmigungspflichten bereits für erste Feldversuche sowie Kennzeichnungspflichten für die Produkte erforderlich. Bei der nach wie vor weit verbreiteten Skepsis der Bevölkerung gegenüber der Gentechnik bei Lebensmitteln ist damit der praktischen Anwendung der Genomeditierung ein Riegel vorgeschoben.

Warum diese Diskussion? Um diese Frage zu beantworten, muss man etwas tiefer in die Funktionsweise dieses neuen Zuchtverfahrens einsteigen. Die Genom­editierung mit CRISPR/ Cas beruht ursprünglich auf einem antiviralen Abwehrmechanismus von Bakterien. Es besteht aus zwei Komponenten: Einem kurzen Nu­klein­säuren-(RNA)-Abschnitt und dem Enzym Cas. Damit kann man im riesigen Genom einer Pflanze gezielt ein bestimmtes Gen ansteuern, das geändert werden soll. Wenn die RNA punktgenau am Gen angedockt hat, tritt das Cas-Enzym in Aktion, das an der gewünschten Stelle beide DNA-Stränge schneidet. Die Zelle »bemerkt« den Doppelstrangbruch und setzt sofort zelleigene Reparaturmechanismen in Gang. Davon gibt es zwei Kategorien: 

  • Bei der gezielten (homologen) Reparatur werden nur passende Enden wieder zusammengeführt. Deshalb kann man sie dazu benutzen, ganze Gene einzufügen. Das Ziel entspricht damit der klassischen Gentechnik. Jetzt kann man aber die Stelle, an der das neue Gen eingebaut werden soll, gezielt aussuchen und benötigt keine Markergene mehr. Damit ist sichergestellt, dass wichtige Bereiche des Genoms nicht gestört werden, die beispielsweise zu we-niger Ertrag führen würden. Trotzdem ist das natürlich uneingeschränkt genehmigungs- und kennzeichnungspflichtig. Andererseits können Forscher auf diesem Weg der Zelle aber auch kurze Korrektursequenzen mitgeben. Dann kopiert die Pflanzenzelle die vorgegebene Mutation in das eigene Genom und es werden nur wenige Basenpaare gezielt verändert.
  • Interessant ist aber auch die Nutzung zufälliger (nicht-homologer) Reparaturmechanismen. Dabei »flickt« die Zelle den entstandenen Doppelstrangbruch der DNA mit einigen wenigen Bausteinen (Basenpaaren), die meist nicht den ursprünglichen entsprechen. So entstehen nach dem Zufallsprinzip neue Genvarianten (Allele). Ob die dann besser sind als die bereits vorhandenen, muss später die Prüfung in Gewächshaus und Feld zeigen. Man kann auf dem Weg aber auch ein Gen gezielt »lahmlegen«, wenn eine für die Genfunktion notwendige DNA-Sequenz gestört wird. Dieses System entspricht durchaus der natürlichen Evolution. Denn solche Punktmutationen, die nur wenige Basenpaare betreffen, kommen auch natürlicherweise häufig vor. Sie sind sogar die Basis der genetischen Vielfalt aller Organismen. Der Pflanzengenetiker Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie hat vorgerechnet, dass auf jedem Hektar Weizen während eines Anbaujahres natürlicherweise durchschnittlich zwei Mutationen an beliebigen Stellen im Genom stattfinden. Deshalb lässt sich bei der Genomeditierung in der Folgegeneration keine gentechnische Veränderung nachweisen, weil in der Natur ständig genau dasselbe passiert. Außerdem werden bei dieser Technik nur zelleigene Reparaturmechanismen genutzt und die verwendeten RNA-Sequenzen sowie das Cas-Enzym nach vollbrachter Arbeit in der Zelle abgebaut. Wird eine Korrektursequenz mitgegeben, so kann man in der Folgegeneration Nachkommen heraussuchen, die diese nicht mehr besitzen. Außerdem stammen die verwendeten Korrektursequenzen in der Regel aus derselben Pflanzenart, sodass im Gegensatz zur klassischen Gentechnik keine fremden Gene eingeführt werden.

Im deutschen Gentechnikgesetz von 1990 ist ein GVO definiert als »ein Organismus, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt«. Und genau hier liegt der Hase im Pfeffer. Kritiker und Befürworter haben in den vergangenen Jahren darum gestritten, wie das geltende Recht auszulegen ist. Sollte der gesamte Prozess der Züchtung einer Genehmigung unterstellt werden, oder bezieht sich die Definition eines GVO allein auf das erzeugte Produkt? Die Richter des EuGH haben bei dem Urteil 2018 argumentiert, dass ihrer Ansicht nach durch Mutageneseverfahren eine »auf natürliche Weise nicht mögliche Veränderung am genetischen Material eines Organismus« vorgenommen wird. Dem Vorsorgeprinzip folgend, seien sie daher dem Gentechnikrecht zu unterstellen.
Viele Wissenschaftler sehen das jedoch ganz anders. Wie bereits beschrieben sind der Großteil der durch Genomeditierung erzeugten Veränderungen im Erbgut von natürlichen Mutationen oder dem Ergebnis einer besonders »glücklichen Kreuzung« nicht zu unterscheiden.

Züchterallianz will aufklären

Forschungsprojekt. Im vergangenen Jahr startete mit dem Projekt PILTON ein Vorhaben, auf dem große Hoffnungen ruhen: Es soll nicht nur züchterisch aufzeigen, was mithilfe der Genomeditierung möglich ist, sondern auch Antworten liefern auf wichtige Fragen zu Lizenzgebühren, Zugangs- und Schutzrechten und die breite Öffentlichkeit »mitnehmen« und aufklären. Unter Leitung der Ge-
meinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovation (GFPi) arbeiten 54 große und kleine deutsche Züchterhäuser daran, Weizen dauerhaft gegen verschiedene pilzliche Schaderreger tolerant zu machen.

PILTON steht für »Pilztoleranz von Weizen mittels neuer Züchtungsmethoden«. Mithilfe von CRISPR/ Cas sollen Weizenpflanzen gezüchtet werden, die resistent sind gegen Braunrost, Gelbrost, Septoria und Fusarium – und zwar dauerhaft und für die Schaderreger unüberwindbar. Dabei wird dem Weizen keine fremde DNA »eingepflanzt«, sondern gezielt pflanzeneigene Abwehrmechanismen aktiviert. Sollte das Vorhaben gelingen, ließe sich im Weizen der Pflanzenschutzmitteleinsatz signifikant reduzieren – eine Forderung, die von Gesellschaft und Politik immer wieder nachdrücklich an die Landwirtschaft herangetragen wird.Für das über vier Jahre laufende Projekt gibt es viel Rückenwind aus der Wissenschaft und großen Teilen der Politik. Auch die Ackerbaustrategie unterstreicht die Bedeutung innovativer Züchtungs- und Selektionsmethoden zur Beschleunigung des erforderlichen Zuchtfortschritts. Ein wesentlicher Impuls für PILTON war unter anderem auch die direkte Aufforderung von Bundeslandwirtschaftsministerin Julia Klöckner an 
die Züchter, ein konkretes Projekt mit praktischen Beispielen zu »liefern«, um die Diskussion um neue Züchtungstechniken voranzubringen.

Neue Diskussionen. Mit dem Green Deal der EU bzw. der  Farm-to-Fork-Strategie sowie der deutschen Ackerbaustra­tegie nimmt die Diskussion über die Gleichsetzung von Gentechnik und der Genomeditierung wieder an Fahrt auf. Denn mit dem Ziel einer nachhaltig intensivierten Landwirtschaft müssen wir uns ernsthaft fragen, ob wir auf die vielversprechenden Möglichkeiten dieser Technologien verzichten können.

Wie handhaben es andere Länder? Weltweit hat die EU derzeit aufgrund des EuGH-Urteils die strengsten Gesetze für die Genomeditierung. Japan, Australien, Kanada, die USA, Brasilien, Chile und Argentinien haben einen anderen Weg eingeschlagen, der sich am Beispiel der USA schön aufzeigen lässt. Auch dort müssen genomeditierte Pflanzen beim Landwirtschaftsministerium (USDA) angemeldet werden. Im Rahmen der neuen SECURE-Richtlinie (2020) wird eine genomeditierte Pflanze aber nicht als gentechnisch verändert eingestuft, wenn
ein gezielter Austausch von Einzelbasen stattfand,
die Änderung durch zelleigene Reparatur eines gezielten DNA-Bruchs entsteht und keine Reparatur-DNA enthält oder
die Einführung eines arteigenen Gens oder eine gezielte Änderung in einer Sequenz stattfand, die einem bekannten Allel im Genpool der Pflanze oder einer bekannten strukturellen Variation entspricht. 
Die Behörden lassen sich dabei von dem Grundsatz leiten, dass für neue Pflanzen keine Genehmigung nötig ist, wenn sie auch durch konventionelle Züchtung entstanden sein könnten bzw. keine Veränderung im Produkt nachweisbar ist. 

Eine ähnliche Regelung haben auch die deutschen Wissenschaftsorganisationen vorgeschlagen. Dazu müsste aber das Gentechnikgesetz Deutschlands bzw. der EU geändert werden. Diese wurden schon 1990 bzw. 2001 beschlossen, als es die Genomeditierung noch gar nicht gab.
Kritiker verlangen dagegen, jeglichen Eingriff in den Zellkern als Gentechnik einzustufen. Diesbezüglich besteht jedoch das Problem, dass die Genomeditierung mit ihren geringen Veränderungen nicht mehr im Endprodukt als »menschengemacht« nachweisbar ist.
Mit einer Ende April veröffentlichten Studie, die die Mitgliedsstaaten eingefordert hatten, hat die EU-Kommission jetzt Stellung bezogen. Darin kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die neuen Züchtungsmethoden zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft und Lebensmittelversorgung beitragen können. Daher müsse das aktuelle EU-Gentechnikrecht an den wissenschaftlichen und technischen Fortschritt der letzten Jahre angepasst werden. In den kommenden Monaten will die Kommission im Rahmen einer breit angelegten öffentlichen Konsultation verschiedene Reformoptionen diskutieren und die nächsten Schritte mit den EU-Institutionen und Interessenvertretern erörtern.

Welche Risiken gibt es? Nach Ansicht vieler Naturwissenschaftler, die CRISPR/Cas bereits in ihren Laboren anwenden, keine. Zum Teil findet man sogenannte »Off-targets«, also Genveränderungen an Stellen, die nicht beabsichtigt waren. Das hängt damit zusammen, dass die RNA-Sequenzen auch dann andocken können, wenn keine vollständige Übereinstimmung besteht. Durch feine Veränderungen der Technik und der verbesserten CRISPR/Cas-Variante »Prime Editing« treten solche Off-target-Effekte aber inzwischen deutlich seltener bis gar nicht mehr auf. Außerdem müssen auch die genomeditierten Pflanzen intensiv in Gewächshaus- und Feldversuchen geprüft werden. Und alles, was nachteilig aussieht, fliegt raus. Genau wie in der konventionellen Züchtung, bei der in jeder Generation 90 bis 95 % aller Genotypen verworfen werden. Darüber hinaus müssen auch genomeditierte Sorten die strengen Zulassungsprüfungen des Bundessortenamtes bestehen.

Grundsätzlich ist Gentechnik auch bei uns in vielen Lebensbereichen bereits allgegenwärtig. Das beginnt mit dem konventionellen Tierfutter, das in der Regel gentechnisch-veränderte Soja aus Brasilien enthält. So sind in der EU derzeit 78 verschiedene gentechnisch erzeugte Linien für den Import von landwirtschaftlichen Produkten zugelassen. Zudem werden eine Vielzahl an Aromen, Vitaminen, Süßstoffen, Geschmacksverstärkern und Enzymen, die wir täglich in verarbeiteten Lebensmitteln zu uns nehmen, heute mit gentechnisch-veränderten Bakterien produziert. Darüber hinaus sind bereits Hunderte von Arzneimitteln mit gentechnisch hergestellten Inhaltsstoffen zugelassen. Und nicht zuletzt hat die Impfstofferzeugung gegen das Corona-Virus SARS-CoV-2 mit der mRNA-Technik unterstrichen, dass es gerade mithilfe dieser Technologie schnell, effizient und äußerst zuverlässig geht.
Auch in der deutschen Pflanzenzüchtung fänden sich viele interessante Anwendungsgebiete. Die neue Studie der EU-Kommission könnte daher ein entscheidender Anstoß für die Anpassung der aktuellen Rechtslage und somit einer praktischen Nutzung auch in Europa sein.

Prof. Dr. Thomas Miedaner, 
Universität Hohenheim

Standpunkt: Wenn irrationale Ängste den Fortschritt blockieren

Vor allem Öko- und Umweltschutzverbände erregen sich noch immer über die Möglichkeit, mittels Genom­editierung kleinste Veränderungen im pflanzlichen Ge-
nom vorzunehmen.
Dabei wird geflissentlich übersehen, dass auch die herkömmliche Pflanzenzüchtung einen erheblichen Eingriff in das Genom darstellt. So hat z. B. Backweizen einen völlig anderen Stoffwechsel als Futterweizen, weil er in hohem Maße Klebereiweiß produzieren muss. Ein gelber Hartweizen für die Nudelherstellung produziert sogar eine Substanz (Lutein), die in herkömmlichem Weißmehl praktisch nicht vorkommt. Die Resistenz gegen die Orangerote Weizengallmücke führt zu einer stärkeren Bekämpfung des Insekts, als es moderne Insektizide zu leisten vermögen. Und dann wächst auch noch Triticale auf den (Öko-)Feldern – ein »menschengemachter Bastard«, den es erst seit 100 Jahren gibt und der keinem Vorbild in der Natur entspricht. All das wurde durch herkömmliche züchterische Selektion erreicht, also die Nutzung natürlich vorkommender Mutanten.

Nicht zuletzt die Ökobetriebe haben große Probleme mit Krankheiten, die sie eben nicht mit herkömmlichen Mitteln bekämpfen können. Dazu gehört die Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln, der Falsche Mehltau bei Wein, Hopfen und Gemüse, der Apfelschorf und viele mehr. Würde das Kupfer wegen seiner erwiesenermaßen schädlichen Wirkung auf Bodenorganismen verboten, dann wären diese Kulturen kaum noch ökologisch zu produzieren. Darauf wies vor einigen Jahren auch schon Prof. Urs Niggli, der Direktor des Forschungsinstituts für biologischen Landbau (FiBL) in Frick/ Schweiz hin. Er meinte, »CRISPR/ Cas unterscheidet sich stark von der ursprünglichen Gentechnik und berücksichtigt zahlreiche Kritikpunkte von damals«. So muss bei der Genomeditierung beispielsweise keine fremde DNA eingeführt werden. Es kommen also keine Bakteriengene in Mais und keine Lachsgene in den Weizen. 

Darüber hinaus dürfen wir nicht vergessen, dass wir in der EU nicht auf einer »Insel der Glückseligen« leben. In den USA haben die Behörden bisher alle Anmeldungen von Pflanzen, die mit Genomeditierung verändert wurden, offiziell als »Nicht-GVO« eingestuft. Das betraf nicht-braunwerdende Champignons genauso wie Wachsmais (ein Mais mit veränderter Stärkestruktur) und mehltauresistenten Weizen. Selbst durch klassische Gentechnik erzeugte Pflanzen dürfen in den USA fallweise frei vermarktet werden, so etwa eine rosa Ananas (Pink Pinapple), weil – so die offizielle Begründung – »die neu eingeführten Gene aus anderen Nahrungspflanzen stammen und nicht aus potentiellen Schädlingen oder Krankheitserregern«. Damit werden diese und ähnliche Produkte in den nächsten Jahren verstärkt auf den Markt kommen und (ohne jegliche Kenntlichmachung) sicherlich auch exportiert werden. Während die Genschere also in vielen Laboren weltweit intensiv genutzt wird, haben europäische Züchtungsunternehmen das Nachsehen. Denn niemand investiert in Forschung, wenn er keine Anwendung auf dem heimischen Markt sieht. Damit dürfte der Zuchtfortschritt deutlich schleppender vorangehen als in anderen Ländern. 
Es würde sich also schon lohnen, die Dinge etwas genauer zu hinterfragen, bevor reflexartig die ganz große Keule geschwungen wird. Ein genetischer Eingriff wird nicht dadurch besser oder ethisch vertretbarer, nur weil ihn Mendel schon vor 150 Jahren machte.

Erschienen im Sonderheft Weizenzüchtung.

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