Kallus 2

Genome Editing: Naturidentische Gentechnik

Gene - oder besser: einzelne DNA-Bausteine - gezielt zu modifizieren, sie zu „editieren“ oder umzuprogrammieren, um so besser und schneller neue Pflanzensorten mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten - was lange Zeit unvorstellbar schien, ist inzwischen grundsätzlich möglich geworden. Das in den letzten Jahren enorm gewachsene molekularbiologische Wissen hat eine Reihe neuer Techniken hervorgebracht, die allmählich auch in der praktischen Züchtung zum Einsatz kommen. Die meisten von ihnen sind keine „klassische“ Gentechnik, wie sie seit gut 30 Jahren auch bei Pflanzen angewandt wird, sie sind aber auch keine herkömmliche Züchtung. Sie liegen irgendwo dazwischen - und genau da fängt der Streit an.

Die Verfahren der Pflanzenzüchtung im Überblick: Kreuzungszüchtung, Mutationszüchtung, Genome Editing, Cisgenetik, klassische Gentechnik

Die neuen Techniken orientieren sich an molekularen Mechanismen, wie sie „von Natur“ aus in lebenden Zellen stattfinden: Etwa Gene ein- oder ausschalten, auch zelleigene Reparatursysteme, mit dem Fehler beim Kopieren der DNA ausgebügelt werden. Inzwischen verstehen die Biologen eine Menge von diesen komplexen Vorgängen. Der nächste Schritt war, daraus neuartige Werkzeuge zu entwickeln, die in der Medizin, der Biotechnologie und zunehmend auch in der Pflanzenzüchtung genutzt werden.

Anders als bei der klassischen Gentechnik werden keine neuen Gene oder Genkonstrukte in das Genom einer Pflanze eingeführt, sondern das vorhandene Erbgut wird an ganz bestimmten Stellen „umgeschrieben“: Einzelne DNA-Bausteine (Basen) werden abgeschaltet, ausgeschnitten oder neu kombiniert, manchmal werden auch einzelne hinzugefügt - ganz ähnlich, wie es bei natürlichen Mutationen auch geschieht. Der große Unterschied: Es läuft nicht ungerichtet ab, sondern ganz gezielt, um eine bestimmte Wirkung hervorzurufen - in der Pflanzenzüchtung etwa um vorhandene Merkmale zu modifizieren und so Sorten mit neuen Eigenschaften zu entwickeln.

Die neuen Techniken orientieren sich an molekularen Mechanismen, wie sie „von Natur“ aus in lebenden Zellen stattfinden: Etwa Gene ein- oder ausschalten, auch zelleigene Reparatursysteme, mit dem Fehler beim Kopieren der DNA ausgebügelt werden. Inzwischen verstehen die Biologen eine Menge von diesen komplexen Vorgängen. Der nächste Schritt war, daraus neuartige Werkzeuge zu entwickeln, die in der Medizin, der Biotechnologie und zunehmend auch in der Pflanzenzüchtung genutzt werden.

Nature Titel, CRISPR/Cas

Genome Editing steht für mehrere neue molekularbiologische Verfahren, mit denen gezielt Mutationen in ganz bestimmten Abschnitten der DNA herbeigeführt werden.

Meist bestehen die Verfahren aus drei Elementen oder Schritten:

(1) Es werden molekulare „Sonden“ eingeführt - Proteine, DNA- oder RNA-Abschnitte, welche die zu ändernde Zielsequenz „erkennen“ können.

(2) Genau dort schneiden spezielle Proteine den DNA-Strang durch.

(3) Mit Hilfe natürlicher Reparaturmechanismen der Zelle wird die durchtrennte DNA repariert. Dabei können gezielt Veränderungen an der DNA vorgenommen werden: Gene können an- oder ausgeschaltet, eingefügt oder entfernt werden.

Zu den Genome Editing-Verfahren zählen etwa: Oligonukleotid gerichtete Mutagenese (ODM), Zinkfinger-Nukleasen (ZFN), TALEN und das CRISPR-Cas9-System.

Bisher ist es noch nicht klar, ob Genome Editing-Verfahren zu Pflanzen führen, die als „gentechnisch verändert“ anzusehen und damit unter die Gentechnik-Gesetze fallen. Mehrere Länder außerhalb der EU wollen fallweise vorgehen. Meist werden „editierte“ Pflanzen nicht als GVO eingesetuft, sofern sie von herkömmlichen Pflanzen nicht unterscheidbar sind.

Anders als bei der klassischen Gentechnik werden keine neuen Gene oder Genkonstrukte in das Genom einer Pflanze eingeführt, sondern das vorhandene Erbgut wird an ganz bestimmten Stellen „umgeschrieben“: Einzelne DNA-Bausteine (Basen) werden abgeschaltet, ausgeschnitten oder neu kombiniert, manchmal werden auch einzelne hinzugefügt - ganz ähnlich, wie es bei natürlichen Mutationen auch geschieht. Der große Unterschied: Es läuft nicht ungerichtet ab, sondern ganz gezielt, um eine bestimmte Wirkung hervorzurufen - in der Pflanzenzüchtung etwa um vorhandene Merkmale zu modifizieren und so Sorten mit neuen Eigenschaften zu entwickeln.

In der herkömmlichen, als „natürlich“ angesehenen Pflanzenzüchtung werden Mutationen (Mutagenese) durch Chemikalien oder Strahlung ausgelöst, zufällig und wahllos über das ganze Erbgut verteilt. Mit denen neuen Verfahren geschieht das dagegen sehr präzise und exakt nur an der vorher bestimmten Stelle im Genom. Dadurch entfallen zeit- und kostenaufwändige Schritte wie sie in der vom Zufall abhängigen konventionellen Kreuzungszüchtung üblich sind, etwa das Eliminieren unerwünschter Eigenschaften bei den Nachkommen durch Rückkreuzungen.

Mit der griffigen Bezeichnung Genome Editing - Gene umschreiben - werden einige dieser neuen Verfahren zusammengefasst. Experten erwarten, dass sie in den nächsten Jahren verstärkt in der Pflanzenzüchtung eingesetzt werden. Erste neue Sorten, die mit Genome Editing entwickelt wurden, sind bereits auf dem Markt.

Nadelöhr Gentechnik-Gesetze

Die neuen Verfahren werden jedoch nicht die herkömmliche Züchtung ersetzen. Eher sind sie eine Alternative zur klassischen Gentechnik. „Mit unseren neuen Techniken können wir dieselben Merkmale in Pflanzen entwickeln wie mit der Gentechnik. Nur, dass sie nicht als GVO gelten,“ sagt Peter Beetham, Leiter des kalifornischen Unternehmens Cibus, das konkrete Anwendungen von Genome Editing-Verfahren für die Pflanzenzüchtung anbietet. Da sie erheblich schneller und kostengünstiger sind als gentechnische Verfahren, können es sich auch kleine Unternehmen und Forschungseinrichtungen leisten, Genome Editing in der praktischen Pflanzenforschung einzusetzen. Damit kann es wieder interessant werden, auch eher regionale Kulturarten und Merkmale zu bearbeiten, nicht nur die großen global angebauten wie Mais, Soja oder Baumwolle.

Doch ob Genome Editing und andere innovative molekularbiologische Verfahren tatsächlich einmal breiter in der Pflanzenzüchtung genutzt werden, hängt entscheidend davon ab, ob die damit entwickelten Pflanzen als GVO eingestuft werden oder nicht.

Gilt eine Pflanze als „gentechnisch verändert“, dann ist sie vom Labor über Freilandversuch bis zum fertigen Produkt reguliert und muss in aufwändigen Verfahren zugelassen werden. In Europa gibt es zudem besondere Anbauregeln und Kennzeichnungspflichten. Die Konsumenten sind misstrauisch und lehnen gv-Produkte mehrheitlich ab. Als „Gen-Mais“ oder „Gen-Kartoffeln“ gebrandmarkt, haben gentechnisch veränderte Pflanzen auf dem Markt keine Chance.

„Gentechnisch verändert“ im Sinne des Gesetzes ist „ein Organismus, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie es unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt“, so haben es das Gentechnik-Gesetz - und ähnlich auch die EU-Regelungen - vor 25 Jahren festgelegt. Auch wenn diese Vorschriften inzwischen mehrfach überarbeitet wurden - im Kern gilt diese Definition auch heute noch.

Doch das Genome Editing lässt sich mit solchen Begriffen aus der klassischen Gentechnik nur schwer fassen. Bei den meisten der neuen Verfahren werden keine „artfremden“ Gene in das Pflanzen-Erbgut eingeführt, sondern bestimmte Enzyme oder kleine DNA-Sequenzen, die den DNA-Strang an bestimmten Stellen schneiden und anschließend das zelleigene Reparatursystem dafür nutzen, Gene nach Plan umzuschreiben. Diese Enzyme werden zwar meist synthetisch hergestellt und dann in die Pflanzenzelle eingeführt, sie werden jedoch nicht dauerhaft in das Genom integriert. Die daraus hervorgehenden Pflanzen sind - auch nach den gültigen gesetzlichen Vorschriften - keine GVO.

Grundsätzlich könnte das, was im Labor ganz gezielt herbeigeführt wird, auch zufällig „in der Natur“ passieren. In der Regel sind durch Genome Editing modifizierte Pflanzen nicht von natürlichen zu unterscheiden und daher auch nicht als solche nachweisbar. „Naturidentische Gentechnik“, so hat Andreas Sentker in der Zeit die neuen Verfahren bezeichnet.

Bisher ist noch nicht abschließend entschieden, wie die neuen Verfahren rechtlich einzustufen sind. Mehrere wissenschaftliche Kommissionen beraten und haben erste Empfehlungen ausgesprochen. Die meisten der Genome Editing-Verfahren, so die übereinstimmende Auffassung, führen nicht zu GVO und fallen damit nicht unter die aktuelle Gentechnik-Regulierung.