Gentechnik bei Fischen Ziele, Projekte, Perspektiven

Mit schnell wachsenden Lachsen stehen die ersten für den Verzehr bestimmten gentechnisch veränderten Fische an der Schwelle der Markteinführung. Bei weiteren Arten wird mit gentechnischen Verfahren experimentiert. Nur für das  Aquarium gibt es transgene Fische bereits zu kaufen: In Taiwan und in den USA werden "leuchtende" Zebrafische vermarktet.

Weltweit werden pro Jahr mehr als 80 Millionen Tonnen Fisch gefangen. Viele Fischbestände sind inzwischen bedroht, und die Fangmengen sinken. Das hat zu einer Ausweitung der Fischzucht in kommerziellen Fischfarmen (Aquakulturen)  geführt.

Große Lachse. Gentechnisch veränderte Lachse (rechts) warten in den USA auf ihre Zulassung. Schneller groß. Ein schnelleres Wachstum ist vorherrschendes Ziel bei Speisefischen, die in Aquakultur gehalten werden. Neben Lachs und Forelle auch (von oben nach unten): Karpfen, Catfish, Tilapia. Zebrafische sind ein oft verwendeter Modellorganismus, um gentechnische Verfahren bei Fischen zu erproben. Hier sind Gene für farbige Proteine übertragen worden

Fischzucht und Aquakultur Zur Zeit werden etwa 40 Millionen Tonnen Fisch jährlich in Aquakulturen produziert. Nur solche Fischarten, die in Aquakultur gehalten werden können, lassen sich züchten. Allen voran Lachs, Forelle und Karpfen werden seit vielen Jahren erzeugt - inzwischen auch mit modernen reproduktionsbiologischen Verfahren. Bei der Züchtung geht es vorrangig darum, die Produktion zu erhöhen sowie Fische an die neuen "artfremden" Lebensbedingungen außerhalb der offenen Gewässer anzupassen. Ziele sind deshalb größere oder schnell wachsende Fische, aber auch eine bessere Futterverwertung und gegenüber Krankheitserregern robustere Tiere. Die Züchter wollen darüber hinaus bestimmten geschmacklichen oder auch ästhetischen Qualitätsanforderungen gerecht werden. So schätzen die Konsumenten etwa bei Lachs die rosa Färbung, die ursprünglich auf Kleinkrebse als bevorzugte Nahrung der wildlebenden Tiere zurückgeht. Bei Lachs haben Züchtung und Ausweitung der Aquakultur vor allem in Norwegen zu einer massiven Überproduktion geführt. Heute ist Lachs kein Luxusartikel mehr, sondern ein alltägliches Lebensmittel. An den bisherigen Züchtungszielen ändert sich mit der Gentechnik wenig. Sie eröffnet die Möglichkeit, einzelne Gene für bestimmte Merkmale zu übertragen, und damit schneller und präziser zum Ziel zu kommen. Zudem können auch artfremde Gene verwendet werden. Gentechnik: Alte Ziele, neue Verfahren Gentechnische Veränderungen bei Fischen sind wesentlich einfacher als bei Säugetieren. Die Befruchtung der Eier und die Entwicklung der Fischembryonen findet nämlich nicht im Muttertier, sondern am Gewässergrund statt. Die Eier können dort leicht entnommen werden und müssen nach dem Einschleusen neuer Gene nicht wieder in das Muttertier eingesetzt werden. Zudem stehen wesentlich mehr Eier zur Verfügung, als bei anderen Tierarten, sodass mehrere Experimente parallel unternommen werden können, was die Forschungszeiten erheblich verkürzt. Wie bisher auch können nur solche Fischarten gentechnisch bearbeitet werden, die in Aquakultur oder Aquarien gehalten werden können.

Transgene Fischarten: Von Lachs bis Zebrafisch

In verschiedenen Laboratorien vor allem in den USA, Kanada, Großbritannien, Norwegen und Japan sind bisher über 35 verschiedene Fischarten gentechnisch verändert worden. Vor Forellen und Karpfen spielt dabei der atlantische Lachs eine herausragende Rolle: Er ist das weltweit wichtigste in Aquakultur erzeugte Fischprodukt.

Auch Seefische wie Kabeljau, Steinbutt und Heilbutt, die künftig vermehrt in Aquakultur erzeugt werden sollen, sind bereits gentechnisch verändert worden. Eine kommerzielle Anwendung ist bisher noch nicht absehbar.

Tilapia (Buntbarsch) wird vor allem in den USA intensiv gentechnisch bearbeitet. Dieser ursprünglich aus Afrika stammenden Süßwasserfisch ist in vielen tropischen und subtropischen Ländern zu einem der wichtigsten Zuchtfische geworden. Er wird auch nach Europa exportiert.

Zebrafische, beliebte Zierfische in vielen Aquarien, dienen vor allem als Modellorganismen, an denen neue Verfahren und Genkonstrukte getestet werden. Zudem spielen sie in der Aquarienzucht eine bedeutende Rolle. Gentechnisch veränderte, leuchtende Zebrafische, die von der Universität Singapur entwickelt wurden, sind die ersten transgenen Fische, die bisher vermarktet wurden. 

Schnell groß

Das derzeit kommerziell interessanteste mit gentechnischen Verfahren verfolgte Zuchtziel ist, das Größenwachstum der Fische zu beschleunigen. Viele weitere Projekte befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und sind weit von der Markteinführung transgener Fische entfernt. Hier geht es vor allem darum, neue Gene zu finden und geeignete Verfahren zu entwickeln, um sie in das Erbgut von Fischen zu integrieren.

• Schnelleres Wachstum und größere Fische
  Durch die Übertragung von Genen für Wachstumshormone versucht man das Wachstum der Fische zu steigern. Wird etwa das Wachstumshormon-Gen aus dem pazifischen Lachs auf atlantischen Lachs übertragen, so wird das Hormon auch im Winter ausgeschüttet: Der atlantische Lachs wächst das ganze Jahr über, nicht wie bisher nur im Frühjahr und Sommer. Ein derart gentechnisch veränderter Lachs erreicht deutlich schneller sein Schlachtgewicht.

• Steigerung des Muskelwachstums
  Mit Hilfe der Gentechnik wird das Eiweiß Myostatin gehemmt, das das Muskelwachstum verlangsamt. Regenbogenforellen beispielsweise können auf diese Weise bis zu zwanzig Prozent mehr Muskelmasse aufbauen.

• Anpassung an kältere Wassertemperaturen
  Einige Fische, wie etwa bestimmte Flundern, sind an Wassertemperaturen nahe des Gefrierpunktes angepasst. Verantwortlich dafür sind bestimmte Proteine (Antifreeze protein, AFP), welche ein Gefrieren des Blutes verzögern und so den Kreislauf der Fische aufrecht erhalten. Durch Übertragen der Gene für diese "Gefrierschutzproteine" soll etwa die Kältetoleranz von Lachsen oder anderen Zuchtfischen erhöht werden. Ziel ist eine Erzeugung von Lachs in Aquakultur in kälteren Meeresregionen.

• Resistenzen gegen Krankheitserreger
  Besonders in den Käfigen und Becken der Fischfarmen führen Krankheiten zu Ertragsausfällen, da sich bakterielle und virale Erreger in dem dichten Fischbesatz rasch ausbreiten können. Gentechnisch erzeugte Resistenzen sind daher ein für die Fischzucht interessantes Ziel. Ein Ansatz, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheitserregern zu erhöhen, ist geeignete Resistenz-Gene zu finden und auf die Fische zu übertragen. Ein anderer Weg ist, sie verstärkt den antibakteriellen Wirkstoff Lysozym produzieren zu lassen, indem ihnen das entsprechende Gen implantiert wird.

• Sterilität 
  Die größte Befürchtung von Umweltschützern bei der gewollten oder ungewollten Freisetzung von transgenen Fischen ist die Auskreuzung in bestehende Wildpopulationen. Ein Entkommen von Fischen aus den Aquakulturen ist je nach Wetterlage kaum vermeidbar. Neuere Arbeiten beschäftigen sich daher mit der Züchtung von transgenen Fischen, die steril sind und so ihre Gene nicht verbreiten können.

Leuchtende Zebra- fische sind die ersten gentechnisch veränderten Haustiere, die bisher vermarktet werden: "Night Pearl",  seit 2003 in Taiwan käuflich zu erwerben,  "GloFish" seit Anfang 2004 in den USA.

Leuchtende Zebrafische Wissenschaftler in Taiwan haben Zebrafische mit dem Fluoreszenz-Gen einer Quallenart zum Leuchten gebracht. Die fluoreszierenden Fische dienten als Modellorganismen, an denen die Entwicklung von Organen untersucht wurden. Durch die Fluoreszenz leuchteten die Organe und ließen sich so besser untersuchen. Nun haben auch die Aquarienhalter die Fische entdeckt. Als "Nachtperlen" werden sie seit Mitte 2003 in Taiwan an Aquarienliebhaber verkauft. Seit Anfang 2004 gibt es in den USA "GloFish" zu kaufen, einen von der Firma Yorktown Technologies vermarkteten Zebrafisch, der ein zusätzliches Gen der Seeanemone enthält, das ihn bei Lichteinfall zum Leuchten bringt. Somit sind die 4 bis 5 cm großen Zebrafische (Danio rerio) weltweit die ersten gentechnisch veränderten Tieren, die für den kommerziellen Vertrieb zugelassen wurden. Die neueste Züchtung sind fluoreszierende afrikanische Buntbarsche, die 10 bis 15 cm groß werden können. Sie sind aber noch nicht auf dem Markt.

Zögern bei der Zulassung

Einzelne transgene Fischarten haben bereits Marktreife erlangt. Bisher sind weltweit nur transgene Aquarienfische in Taiwan und in den USA zugelassen worden. Transgene Fische, die in Aquakulturen gehalten werden, sind noch nirgendwo im Handel zu finden. Neben der Prüfung der Lebensmittelsicherheit müssen auch die Umweltfolgen einer Zulassung berücksichtigt werden. Befürchtet wird vor allem, dass transgene Fische aus den Zuchtstationen entkommen und die Wildbestände verdrängen könnten.