Schweine

Genome Editing: Schweine sind vollständig immun gegen PRRS-Virus

(29.06.2018) Schweine leiden darunter, Landwirten beschert es hohe Kosten - das PRRS-Virus, der Erreger der weltweit bedeutendsten Schweinekrankheit. Ein wirksames Gegenmittel gibt es bisher nicht. Das kann sich nun ändern: Am Roslin Institute in Edinburgh leben einige Schweine, die „vollständig immun“ sind. Wissenschaftler haben einige wenige DNA-Bausteine im Schweinegenom so umgeschrieben, dass das Virus nicht mehr in die Zellen eindringen und sich dort vermehren kann. Doch bis zu einer praktischen Anwendung ist der Weg noch weit.

Das PRRS-Virus (Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome) ist Auslöser für die Schweineseuche mit den weltweit größten Verlusten in der Schweinehaltung. Die Kosten für die Bekämpfung der Seuche und für die Ertragsausfälle in der Landwirtschaft summieren sich weltweit auf gut 1,6 Milliarden Euro, so eine aktuelle Schätzung.

Cristina Tait-Burkard

Dr. Christine Tait-Burkard, leitende Wissenschaftlerin am Roslin Institute. „Wir haben bei den Schweinen eine vollständige Immunität erreicht.“

Roslin Institute

Schweine PRRS

Gesunde Ferkel. Gen-editierte Schweine am schottischen Roslin Institute. Obwohl sie dem PRRS-Virus ausgesetzt wurden, blieben sie gesund und zeigten keine Anzeichen einer Infektion.

Foto: Norrie Russell, Roslin Institute.
Großes Foto oben: Dmitry Kalinovsky / 123RF

Erstmals wurde das PRRS-Virus 1987 in Nordamerika gefunden, in Europa vier Jahre später. Inzwischen soll es in Deutschland in 70 bis 90 Prozent aller Schweinebetriebe nachweisbar sein, allen aufwändigen Schutz- und Hygienemaßnahmen zum Trotz. 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.

Das Virus wird innerhalb der Herden als Tröpfcheninfektion über die Luft verbreitet, kann aber auch durch Wind über einige hundert Meter weit transportiert werden.

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. Zudem existieren verschiedene Typen und unzählige, sich immer wieder verändernde genetische Varianten. Deswegen passt der eingesetzte Impfstoff oft nicht zu der grassierenden Virus-Variante. Es ist schwer und 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. Im Januar 2016 berichteten US-amerikanische Wissenschaftler in Nature Biotechnology, ihnen sei ein Durchbruch gelungen. Schon vorher hatten sie ein Rezeptor-Protein (CD163) auf der Oberfläche bestimmter Immunzellen im Verdacht, „Einfallstor“ für das Virus zu sein. Könnte man dieses Protein ausschalten, so die Hypothese, blieben die Zellen für das Virus verschlossen und es könnte sich dort nicht vermehren.

Jetzt kannte man zwar ein konkretes Ziel – das CD163-Protein -, doch mit klassischer Gentechnik war es nicht möglich, dieses als Schlüssel für eine Immunität gegen PRRS zu nutzen.

Das änderte sich grundlegend mit der Gen-Schere CRISPR/Cas, dem ambitioniertesten der neuen Genome Editing-Verfahren: Erstmals konnten Wissenschaftler damit eine bestimmte Stelle im Genom ansteuern, um sie gezielt und präzise zu verändern. Und genau das machten sie auch gegen die PRRS-Seuche: In befruchteten Eizellen schnitten sie einen kurzen DNA-Abschnitt aus dem CD163-Gen heraus, um so die Bildung des Proteins zu unterdrücken. Die daraus hervorgegangenen Schweine 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 dauernde Versuchsperiode nichts. Das CD163-Protein fehlte, so dass die Viren nicht in das Zellinnere gelangen konnten - die Schweine waren resistent.

Auch eine Forschergruppe am Roslin Institute im schottischen Edinburgh verfolgte die gleiche Strategie. Sie ging noch einmal präziser vor als die amerikanischen Kollegen: Mit Hilfe des CRISPR/Cas-Systems blockierten sie nicht das gesamte CD163-Protein, sondern nur eine kleine ganz bestimmte Region in dem verzweigten Molekül, die jedoch für das Eindringen der PRRS-Viren ins Zellinnere entscheidend ist. Damit sollten die Unterschiede zwischen „natürlichen“ und editierten Schweinen auf ein Minimum begrenzt werden. Allein 450 von etwa 3 Milliarden Basenpaaren im Schweinegenom wurden mit der CRISPR–Technik inaktiviert.

Nach ersten Tests mit einzelnen Zellen zogen die Roslin-Wissenschaftler vier Schweine mit verändertem CD163-Protein auf und sperrten sie mit vier normalen Schweinen in einen gemeinsamen Stall. Alle Schweine wurden mit dem PRRS-Virus infiziert: Nur die editierten Schweine blieben gesund. Bei ihnen waren auch keine PRRS-Antikörper nachweisbar: Das deutete darauf hin, dass tatsächlich keine Infektion stattgefunden hatte. Auch in anderen Zellgeweben und im Blut fanden sich keine Hinweise auf eine Erkrankung. „Wir bezeichnen das als vollständige Immunität“, so Christine Trait-Burkard, Leiterin der Arbeitsgruppe am Roslin Institute. Gerade wurden die Ergebnisse im Journal of Virology publiziert.

Doch bis Schinken aus edierten PRRS-resistenten Schweinen auf den Tellern landen könnte, ist es noch ein weiter Weg. „Zunächst brauchen wir auf einen längeren Zeitraum angelegte Studien.“ Wenn es sich bestätigt, dass die genetischen Änderungen keine nachteiligen Wirkungen auf die Schweine haben, „könnten die großen Schweinezüchter das editierte Gen in ihre Zuchtprogramme integrieren.“

Doch für Christine Trait-Burkard gibt es noch eine weitere Hürde. „Wir brauchen eine breite öffentliche Diskussion über Lebensmittel aus gen-editierten Tieren (…) und eine politische Entscheidung, wie diese Technologien und ihre Produkte reguliert werden sollen.“

Noch ist diese Frage in der EU nicht geklärt. Sollten die Schweine mit der gen-editierten PRRS-Immunität unter die Gentechnik-Gesetze fallen, hätten sie bei den meisten Konsumenten wohl kaum eine Chance. Bleibt die öffentliche Meinung so wie sie ist, dann fänden als „gentechnisch verändert“ gekennzeichnete Schnitzel wohl kaum Käufer - auch wenn es den Tieren deutlich besser gehen würde, da sie nicht mehr unter der Virusinfektion leiden.

Das Projekt wird nun in den USA fortgesetzt. Der gesetzliche Rahmen sei dort „klarer als in der EU“, sagte Jonathan Ligner, Chef-Wissenschaftler bei Genus PIG, dem weltweit führenden Schweinezüchter, der die Entwicklung der PRRS-resistenten Schweine am Roslin Institute mitfinanziert hatte. „Die öffentliche Akzeptanz scheint uns in den USA weniger schwierig als in der EU.“

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