Genome Editing: Schweine sind vollständig immun gegen PRRS-Virus

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 bald ändern: Am Roslin Institute in Edinburgh haben Wissenschaftler Schweine entwickelt, die „vollständig immun“ sind - dank der Gen-Schere CRISPR/Cas. Bis solche resistenten Schweine auf den Markt kommen, scheint es nicht mehr allzu lange zu dauern - zumindest in den USA, Südamerika und China.

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 (Stand 2018).

Erstmals wurde das PRRS-Virus 1987 in Nordamerika identifiziert, 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. Sie hatten 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 Gen für 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. Nachfolgende Studien bestätigten diese Beobachtungen.

Auch eine Forschergruppe am Roslin Institute im schottischen Edinburgh verfolgte in Zusammenarbeit mit Genus PLC, einem der weltweit führenden Schweinezüchter, die gleiche Strategie. Die Wissenschaftler gingen 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 konnte die normale Funktion des Rezeptors erhalten werden und die Gefahr von Nebeneffekten reduziert werden. Nur 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 hielten sie mit vier normalen Schweinen in einem 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.

Das Projekt wird inzwischen von Genus PLC in den USA fortgesetzt, da die Rahmenbedingungen dort weniger schwierig sind als in der EU. Das Unternehmen, das auch das Patent für das Verfahren besitzt, prüft nun noch, ob die genetische Veränderung keine negativen Nebenwirkungen für die Schweine hat. Außerdem arbeitet man daran, die Genveränderung in die Elitezuchtstämme einzubringen. In den USA befinden sich die Schweine im Zulassungsverfahren, mit einer Freigabe wird 2024 gerechnet. Geplant ist, auch in Kolumbien, Brasilien, Japan, Kanada und Mexiko die Zulassung für Lebens- und Futtermittel und die kommerzielle Produktion zu beantragen.

Seit Mai 2019 besteht eine Kooperation zwischen Genus PLC und Beijing Capital Agribusiness (BCA), einem der wichtigsten Schweinezuchtunternehmen in China: Das Land ist der mit Abstand größte Produzent und Importeur von Schweinefleisch. BCA bemüht sich derzeit um die vollständige Zulassung der virusresistenten Schweine in China.