Schweine, Ferkel

Resistent gegen PRRS-Schweinevirus: Was Genome Editing leisten könnte

(07.03.2016) Mit den neuen Genome Editing-Verfahren könnte es möglich werden, Tierseuchen besser und wirksamer zu bekämpfen. Amerikanischen Wissenschaftlern ist es gelungen, bei Schweinen ein Schlüsselprotein auszuschalten, über welches das gefürchtete PRRS-Virus in die Zellen eindringt und schwere Erkrankungen hervorruft. Erste Versuche mit solchen Ferkeln waren erfolgreich. Bevor an eine praktische Anwendung in der Schweinezucht zu denken ist, sind zwar noch weitere Forschungen notwendig. Dennoch zeigt das Projekt, welche Rolle Genome Editing - vor allem die CRISPR/Cas-Technik - künftig in der Tierzüchtung spielen könnte. Die neuen Verfahren sind weitaus präziser, einfacher und vor allem weniger fehleranfällig als die klassische Gentechnik.

Das PRRS-Virus (Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome) ist Auslöser für die Schweineseuche mit den weltweit größten Verlusten. Deren Bekämpfung verursacht hohe Kosten, die sich allein in den USA auf etwa 660 Millionen US-Dollar im Jahr summieren.

Schweine, PRRS

Gesunde Ferkel. Drei mit der CRISPR/Cas-Technik behandelte Ferkel wurden zusammen mit sieben normalen Tieren in einer Gruppe gehalten. Alle Tiere wurden mit dem PRRV-Virus infiziert. Nach fünf Tagen zeigten die normalen Ferkel die bekannten Symptome von PRRV-Erkrankungen, die drei anderen jedoch nicht. Obwohl sie über 35 Tage zusammen mit den erkrankten Ferkeln gehalten wurden, blieben die editierten Schweine gesund und vital.

Foto: University of Missouri. Großes Foto oben: Dmitry Kalinovski / 123RF

CRISPR Cas9

CRISPR/Cas-System: Die Werkzeuge. Bei den PRRS-resistenten Schweinen wurden keine neuen DNA-Bausteine eingebaut oder ausgetauscht. Es wurden lediglich kurze DNA-Abschnitte entfernt.

In Nordamerika wurde das PRRS-Virus erstmals 1987 beschrieben, in Europa vier Jahre später. Inzwischen soll es in Deutschland in 70 bis 90 Prozent aller Schweinebetriebe nachweisbar sein. Es befällt die Immunzellen der Lungen, die Folgen sind Erkrankungen der Atemwege und eine erhöhte Anfälligkeit für andere Infektionen. Noch gravierender sind die Schäden, die das PRRS-Virus im Fortpflanzungsbereich der Tiere hervorruft. Es kommt zum Absterben der Ferkel im letzten Teil der Trächtigkeit der Sau. Oft werden die Ferkel zu früh geboren, sind krank und entwickeln sich schlecht.

Inzwischen gibt es zwar verschiedene Lebend- und Totimpfstoffe, doch die Bekämpfung des PRRS-Virus ist für Schweinehalter kompliziert und nicht immer erfolgreich. Das Virus zeigt eine hohe Anpassungsfähigkeit und hat bereits unzählige genetische Varianten hervorgebracht. Deswegen passt der eingesetzte Impfstoff manchmal nicht zu der grassierenden Virus-Variante. Zudem ist der Aufwand hoch und es erfordert viel Fachkenntnis, einen Bestand mit der jeweils richtigen Impfstrategie auf Dauer immun zu halten. In den USA sieht man es als gescheitert an, das Virus mit Impfstoffen kontrollieren zu wollen.

Versuche, mit gentechnischen Verfahren PRRS-resistente Schweine zu erzeugen, hat es in den letzten Jahren mehrere gegeben, aber sie blieben erfolglos. Jetzt berichteten Wissenschaftler der US-amerikanischen Universitäten Missouri und Kansas in der Januar-Ausgabe von Nature Biotechnology, ihnen sei ein Durchbruch gelungen. Schon vorher hatten sie ein bestimmtes Rezeptor-Protein (CD163) in Verdacht, „Einfallstor“ für das Virus zu sein, um ins Innere der Zellen zu gelangen. Könnte man dieses Protein ausschalten, so die Hypothese, blieben die Zellen für das Virus verschlossen. Es könnte sich dann weder vermehren, noch die Zellen für seine Zwecke umprogrammieren.

Mit Hilfe des CRISPR/Cas-Systems, dem derzeit wohl ambitioniertesten Genome Editing-Verfahren, schnitten die Wissenschaftler in befruchteten Eizellen gezielt einen kurzen DNA-Abschnitt aus dem CD163-Gen heraus, um so die Bildung des Proteins zu unterdrücken. Die aus den so editierten Eizellen hervorgegangenen Schweine – Eber und Sauen – zeugten Nachkommen, deren Zelloberfläche nachweislich frei von intaktem CD163-Protein war. Drei dieser Ferkel wurden gemeinsam mit sieben gewöhnlichen in einen Stall gesperrt und anschließend dem PRRS-Virus ausgesetzt. Nach fünf Tagen bekamen die herkömmlichen Tiere Fieber und zeigten die bekannten Krankheitssymptome, die drei anderen jedoch nicht. Daran änderte sich über die gesamte, 35 Tage dauerende Versuchsperiode nichts. In den editierten Ferkeln waren auch keine PRRS-Antikörper nachweisbar, ein deutliches Anzeichen, dass tatsächlich keine Infektion stattgefunden hatte. Ohne CD163-Protein konnten die Viren nicht in das Zellinnere gelangen, die Schweine waren resistent.

Genome Editing bei Schweinen könnte die durch PRRS-Befall verursachten Kosten deutlich reduzieren“, so die Wissenschaftler. „Doch es liegen noch einige Herausforderungen vor uns, die wir lösen müssen, bevor wir an eine Kommerzialisierung denken können.“ Weitergehende Untersuchungen seien notwendig, in die mehr Tiere oder verschiedene Virusvarianten einbezogen werden müssen.

Dennoch zeigt der spektakuläre Erfolg der PRRS-resistenten Schweine, welch großes Potential Genome Editing – und vor allem das CRISPR/Cas-System – auch für die Nutztierzüchtung haben könnte. Gegenüber der klassischen Gentechnik, die sich bei Nutztieren kaum durchgesetzt und mit Ausnahme von Fischen nicht zu praktischen Anwendungen geführt hat, ist Genome Editing weitaus präziser, kostengünstiger und deutlich weniger fehleranfällig. Mit diesen Verfahren könnten gerade dort neue Lösungswege erschlossen werden, wo die klassische Züchtung passen muss, etwa bei Tierseuchen.

Doch ähnlich wie bei Pflanzen ist es bisher rechtlich nicht geklärt, ob mit Genome Editing gezüchtete Tiere unter die Gentechnik-Gesetze fallen oder nicht. Im Fall der PRRV-resistenten Schweine wurden mit den in die Eizellen eingeführten CRISPR/Cas-Werkzeugen an einer ganz bestimmten Stelle im CD163-Gen kleinere DNA-Sequenzen ausgeschnitten, um so die Bildung eines vollständigen Rezeptorproteins zu unterdrücken. Neue DNA-Bausteine wurden nicht in das Erbgut der Schweine eingeführt. Eine solche Mutation, die zu einem Defekt in einem Gen führt, ist auch unter natürlichen Bedingungen möglich.

Vieles spricht dafür, dass die PRRS-resistenten Schweine – wenn es sie denn außerhalb von Forschungseinrichtungen geben sollte – nicht als gentechnisch verändert eingestuft würden. Aber bis Genome Editing in der praktischen Tierzüchtung Einzug hält, wird es wohl noch einige Jahre dauern.

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