Zielscheibe, Dart

CRISPR trifft. Oder: Das Vorsorgeprinzip und die Zufälligkeit natürlicher Mutationen

Pflanzen, die mit der Genschere CRISPR gezüchtet wurden, müssen genau so streng reguliert werden wie bei der Gentechnik. Das fordern nicht nur viele Umwelt- und Verbraucherorganisationen, sondern auch SPD und Grüne. Sie berufen sich dabei auf das Vorsorgeprinzip. Doch: Sie messen mit zweierlei Maß.

Das ist der große Unterschied: Anders als bei der Gentechnik, auch anders als bei der konventionellen Züchtung ermöglicht es die Gen-Schere CRISPR/Cas – und ähnlich weitere Genome Editing-Verfahren – gezielt einzelne DNA-Bausteine „umzuschreiben“ - nicht irgendwo im riesigen Genom einer Pflanze, sondern an einer vorgegebenen Stelle, von der die Forscher wissen, dass sie für eine bestimmte Eigenschaft entscheidend ist, etwa die Empfindlichkeit gegenüber einer Viruskrankheit. Genau dort wird der DNA-Strang geschnitten und anschließend mit kleinen Abweichungen repariert. Nichts anderes geschieht bei jeder zufälligen Mutation in der Natur.

CRISPR Konstrukt

Die CRISPR-Sonde (Guide RNA) dient dazu, die zu schneidende Zielsequenz im Genom aufzufinden. Sie besteht (als RNA) aus der gleichen DNA-Abfolge wie die Zielsequenz. Je länger - und unverwechselbarer - die Zielsequenz und damit die Sonde ist, um so geringer die Wahrscheinlichkeit von Fehlschnitten.

CRISPR Strangbruch

Die Sonde spürt die Zielsequenz auf. Nur da, wo deren DNA-Abfolge mit der RNA der Sonde übereinstimmt, wird der Erbgut-Strang geschnitten und anschließend repariert - eine gezielte Mutation.

Großes Foto oben: Pachai Leknettip, 123RF; Grafiken: Harrytoon/i-bio

Auch CRISPR löst eine Mutation aus – nicht wahllos irgendwo in der Unendlichkeit des Genoms, sondern in der vorbestimmten Zielsequenz.

Doch so präzise die Gen-Schere auch sein mag – es lässt sich nicht ausschließen, dass der Erbgut-Strang nicht nur am jeweiligen Ziel, sondern auch an anderen, im einzelnen unbekannten Stellen durchtrennt wird. Solche unbeabsichtigten Fehlschnitte werden als Off-target-Effekte bezeichnet.

Wo genau sich diese ereignen, wie sich dadurch Eigenschaften verändern und welche negativen Folgen das für Umwelt und Gesundheit haben könnte, wisse man nicht. Deshalb, so wenden Kritiker ein, sei eine „strikte Auslegung des Vorsorgeprinzips“ (SPD-MdB René Röspel) geboten. Mit CRISPR und anderen Genome Editing-Verfahren gezüchtete Pflanzen müssten daher genau so streng reguliert werden wie gentechnisch veränderte. Sie sind verboten – es sei denn, die Hersteller können im Rahmen eines Zulassungsverfahrens den Beweis erbringen, dass ihr Produkt zweifelsfrei sicher ist.

Doch sind Off-target-Effekte wirklich so zahlreich und sicherheitsrelevant wie es die Einwände der Kritiker nahelegen?

Eine Arbeitsgruppe am Julius-Kühn-Institut (Institut für die Sicherheit biotechnologischer Verfahren bei Pflanzen, Quedlinburg) hat in Form eines systematischen Reviews mehr als tausend Publikationen zu Genome Editing-Anwendungen bei Pflanzen ausgewertet, überwiegend aus der Grundlagenforschung. 252 dieser Publikationen enthielten Angaben zu möglichen Off-target-Effekten, bei den meisten (ca. 90 Prozent) wurde das CRISPR-Verfahren eingesetzt.

Die Wahrscheinlichkeit von Off-target-Effekten hängt vor allem davon ab, ob die molekulare Sonde – bei CRISPR die Guide-RNA (siehe Kasten) – nicht nur an der dazu passenden Zielsequenz andockt, sondern auch an anderen Stellen im Genom. Wenn das der Fall ist, schneidet die Gen-Schere an der falschen Stelle, Dadurch könnten sich Eigenschaften der Pflanze negativ verändern.

Mit Hilfe geeigneter Bioinformatik-Programme lassen sich jene Sequenzen im Pflanzen-Erbgut identifizieren, bei denen aufgrund der Ähnlichkeit mit der Zielsequenz das Risiko von Fehlschnitten – also unbeabsichtigte Mutationen – groß ist. Genau diese empfindlichen Stellen kann man genauer untersuchen, ob es tatsächlich dazu gekommen ist (biased detection). In etwa drei Prozent der möglichen Off-target-Bereiche war das der Fall, so die Auswertung der JKI-Arbeitsgruppe.

Einige der Forschungsprojekte untersuchten nicht nur die potenziellen Off target-Zonen, sondern das gesamte Genom der editierten Pflanze (unbiased detection). In keinem Fall konnten unbeabsichtigte Veränderungen gefunden werden. Allerdings war die Anzahl dieser Publikationen zu gering, um abgesicherte Ergebnisse daraus abzuleiten.

Dennoch: Je länger die jeweilige Zielsequenz gewählt wird, je weniger Ähnlichkeiten sie mit anderen DNA-Abschnitten aufweisen, um so unwahrscheinlicher sind Off-target-Effekte. Durch einen geeigneten Zuschnitt der jeweiligen Zielsequenz – und die entsprechende Konstruktion der Sonde, die sie im Genom aufspürt – lassen sich sie Fehlschnitte drastisch reduzieren.

Doch anders als bei der Gentechnik sind Off-target-Effekte beim Genome Editing nichts anderes als weitere Mutationen – und die sind in der herkömmlichen Pflanzenzüchtung nichts Ungewöhnliches. Im Gegenteil: Von einer Generation zur nächsten kommt auf 150 Millionen Basenpaare (DNA-Bausteine) irgendwo ein „Fehler“ im Erbgut. Bei Kartoffeln sind es etwa sechs solcher spontanen, zufälligen Veränderungen, bei Weizen mit seinem riesigen Genom bis zu 200.

In der Mutationszüchtung, seit vielen Jahren bei verschiedenen Kulturarten eingesetzt, werden diese natürlichen Mutationsraten durch Chemikalien und Bestrahlung etwa um das 700-fache erhöht.

Im Einzelnen sind solche „natürlichen“ oder durch künstliche Reize verstärkte Mutationen nicht bekannt – weder ihre Orte im Genom, noch die Wirkungen, die sie hervorrufen. Wenn sie sich nicht im Erscheinungsbild (Phänotyp) niederschlagen und auch nicht messbar sind, bleiben sie unbeachtet. Unzählige Mutationen, die für die Pflanze keinen erkennbaren Nachteil bringen, laufen in der Züchtung einfach mit.

Ein Problem ist das bisher nicht. Auch wenn manchmal Eigenschaften – etwa Geschmack – im Züchtungsverlauf verloren gehen oder es nicht ausgeschlossen ist, dass infolge spontaner Mutationen eine Pflanze plötzlich Allergene bildet – niemand fordert, das Vorsorgeprinzip bei konventionell gezüchteten Pflanzen anzuwenden, oder vollständige Gewissheit über alle Mutationen und die dadurch bewirkten DNA-Änderungen.

Beim Genome Editing ist das anders. Was in der konventionellen Züchtung zufällige Mutationen sind, über die sich niemand Gedanken macht, heißt nun Off-target-Effekte und sind Anlass zu großer Besorgnis.

Der molekularbiologische Mechanismus – Schnitt im DNA-Strang und anschließende Reparatur – ist derselbe. Allerdings sind Off-Target-Ereignisse beim Genome Editing selten und weitgehend vermeidbar, Mutationen bei der Züchtung jedoch nicht.

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