Schwein

Afrikanische Schweinepest:
Mit Genome Editing endlich etwas gegen Virus-Infektionen

Landwirte in Deutschland und Europa zittern vor der Afrikanischen Schweinepest. Seit 2007 rückt sie von Osten her vor und ist inzwischen im Westen Polens angelangt. Die Folgen einer Epidemie sind gewaltig. Gegenmittel oder einen Impfstoff gibt es noch nicht. Was bleibt ist das rigorose Töten der befallenen Bestände. Schon länger arbeiten Forscher an resistenten Schweinen, auch am Friedrich-Löffler-Institut auf der Insel Riem. Nun scheint es tatsächlich möglich zu werden - dank der neuen Genome Editing-Verfahren wie der Gen-Schere CRISPR. Doch der Weg bis zum Ziel ist noch weit.

Vermutlich kamen die Viren, Auslöser der Afrikanischen Schweinepest (ASP), 2007 mit verseuchten Speiseabfällen nach Georgien. Von dort breiteten sie sich immer weiter nach Westen aus und haben inzwischen die EU erreicht.

Afrikanisches Warzenschwein

Das afrikanische Warzenschwein trägt eine bestimmte Variante des RELA-Gens, die die Tiere widerstandsfähiger gegen die Afrikanische Schweinpest macht. Anders als Haus- und Wildschweine überleben sie solche Virus-Infektionen.

Schweine, ASF resisent

Am schottischen Roslin Institute ist bei Hausschweinen das RELA-Gen so umgeschrieben worden, dass es dem der Warzenschweine entspricht. Eine kleine Herde mit „editierten“ Schweinen gibt es. Nun wird untersucht, ob sie tatsächlich widerstandsfähiger sind.

Fotos: University of Edinburgh; Norrie Russell, The Roslin Institute, University of Edinburgh. Großes Foto oben: Ekaterina Bogomolova / 123RF

2020 wurden allein in den ersten sechs Monaten EU-weit knapp 7000 infizierte Wildschweine sowie über 300 Hausschweine registriert. Im Jahr davor waren es 6362 Wild- und 1851 Hausschweine. Vor allem Polen und Ungarn sind betroffen. „Das Risiko eines Eintrags nach Deutschland ist sehr hoch: Die Seuche steht quasi vor der Haustür“, so Thomas Mettenleiter, Präsident des Friedrich-Loeffler-Instituts (FLI) in Agrarheute (29.11.2019).

Das ASP-Virus wird zwischen Schweinen nur direkt etwa durch Blut und Sekret übertragen. Menschen oder andere Tierarten befällt der Erreger nicht. Doch das Virus schafft es, auch größere Entfernungen problemlos zu überwinden – mit Hilfe des Menschen, etwa durch Tiertransporte, Kleidung und Schuhe, vor allem in Nahrungsresten. In Fleisch- und Wurstprodukten bleibt das Virus mehrere Jahre aktiv. Ein achtlos weggeworfenes Schinkenbrot kann so der Anfang einer Infektionskette sein, über die sich das Virus in Wildschweinbeständen ausbreitet. Der Sprung vom Wild- auf das Hausschwein ist dann nicht mehr weit.

Fast alle infizierten Tiere sterben innerhalb von sieben bis zehn Tagen. Was bleibt, sind rigorose seuchenhygienische Maßnahmen, um eine weitere Verbreitung des Virus zu unterbinden. Schon im Verdachtsfall werden in einem betroffenen Bestand alle, auch die noch gesunden Tiere getötet und beseitigt. Zudem schreibt die Schweinepest-Verordnung vor, großflächige Sperrbezirke einzurichten, in die keine Schweine oder Schweineprodukte hinein- und auch nicht herausgebracht werden dürfen. Einige EU-Länder haben Schutzzäune errichtet, um das Einwandern von infizierten Wildschweinen zu verhindern, etwa Dänemark entlang der Grenze zu Deutschland, Frankreich und Luxemburg zu Belgien. Allerdings ist umstritten, ob solche Zäune tatsächlich einen wirksamen Schutz bieten können.

Für die Länder, in denen die ASP bereits nachgewiesen wurde, ist es trotz seuchenhygienischer Maßnahmen schwierig, die Krankheit wieder vollständig los zu werden. Damit ein Land wieder als „ASP-frei“ gilt, darf das Virus ein Jahr lang nicht mehr nachgewiesen werden.

Forschung: Bald Impfstoffe und resistente Schweine?

Schon seit Jahren wird daran geforscht, Medikamente oder einen Impfstoff gegen den ASP-Erreger zu entwickelt, lange Zeit vergeblich. Auch die Züchtung resistenter oder weniger anfälliger Schweinerassen ist bisher erfolglos geblieben. Doch inzwischen besteht Hoffnung, denn auch in der Tierzüchtung haben sich mit den neuen Genome Editing-Verfahren viel versprechende Möglichkeiten eröffnet.

Am Institut für Nutztiergenetik des Friedrich-Loeffler-Instituts (FLI) auf der Ostseeinsel Riem wollen Wissenschaftler mit Hilfe der Gen-Schere CRISPR/Cas Schweine widerstandsfähiger gegen ASP-Infektionen machen. Die Grundidee: Die Schweine sollen in ihren Zellen selbst geeignete molekulare Werkzeuge herstellen, welche die eingedrungenen ASP-Viren zerstören.

Zunächst überprüfte die Arbeitsgruppe am FLI ihr Konzept an Lungenzellen von ASP-anfälligen Wildschweinen. Mit gentechnischen Verfahren wurde in deren Erbgut zusätzliches Genmaterial eingeführt, welches dafür sorgt, dass in den so veränderten Zellen die CRISPR-Werkzeuge - RNA-Sonde und das Schneideprotein Cas9 - gebildet werden. Die Sonde passt genau auf ein bestimmtes Virus-Gen (Phosphoprotein p30-Gens; CP204L). Dort zerschneidet das mit der Sonde verbundene Cas-Protein das Virus-Gen und verhindert so, dass sich die ASP-Viren vermehren können. Mit Erfolg: Der Virenbefall konnte so um ein Vielfaches reduziert werden. Fehlschnitte (off-target-Effekte) außerhalb des definierten Ziels im Virus-Genom wurden nicht festgestellt.

Was in Zellkultur funktionierte, soll nun auch bei Schweinen gelingen. Der DNA-Code für die Bauanleitung der CRISPR-Werkzeuge wurde bereits in fötale Zellen eingebracht und daraus lebende Schweine herangezogen. Auch diese erwiesen sich als robuster im Vergleich zu unveränderten Tieren. Nach einer ASP-Infektion war die Vermehrung der Viren deutlich gehemmt. Als nächstes stehen nun weitere Testreihen an.

Einen anderen Ansatz verfolgen Forscher am Roslin-Institut im schottischen Edinburgh. Sie zielen auf ein Schweine-Gen (RELA-Gen), welches bei einer Virus-Infektion eine Überreaktion des Immunsystems auslöst und damit für den schnellen Krankheitsverlauf verantwortlich ist. Einige afrikanische Schweinearten wie das Warzen- und das Buschschwein sind resistent gegenüber dem ASP-Virus. Sie tragen eine andere Variante (Allel) des RELA-Gens in ihrem Genom, welche die Immunreaktion dämpft und die Tiere robuster gegen die Virusattacken macht.

Die Wissenschaftler am Roslin-Institut haben mit einem anderen Genome Editing-Verfahren (Zinkfinger-Nukleasen) das RELA-Gen in Hausschweinen so umgeschrieben, dass es genau der Warzenschwein-Variante entspricht. Die gezielten Veränderungen wurden an frisch befruchteten Eizellen durchgeführt, aus denen mehrere Schweine herangezogen wurden. In einer abgeschlossenen Station wird nun geprüft, ob das umgeschriebene RELA-Gen die Schweine tatsächlich widerstandsfähiger gegen die ASP macht. Allerdings: Trotz einer solchen ASP-Resistenz wären Schweine mit einem veränderten RELA-Gen weiterhin ein Reservoir für das Virus, die Tiere bleiben infektiös.

Auch bei der Entwicklung eines Impfstoffes gegen ASP-Infektionen gibt es Fortschritte. Wissenschaftler am Harbin Veterinary Research Institute in China haben einen Lebendimpfstoff mit reduzierter Virulenz entwickelt, indem sie sieben Genabschnitte im Virengenom entfernt haben. In Testreihen konnte nachgewiesen werden, dass bei Schweinen, denen der neue Impfstoff verabreicht worden war, die Vermehrung des ASP-Virus gehemmt war. Das Virus war nach etwa zwei Wochen im Körper nicht mehr nachweisbar. Wann ein kommerzieller Impfstoff verfügbar sein könnte, ist bisher nicht bekannt.

Forscher des Pirbright Instituts in England haben ebenfalls einen Lebendimpfstoff entwickelt. Die Forscher benutzten ein harmloses Virus als Vektor, um acht ausgewählte Gene aus dem ASP-Virengenom in Schweinezellen zu bringen. Dort werden die vireneigenen Proteine dann produziert und regen die Immunzellen der Schweine zu einer Immunantwort an. In Tests mit einer tödlichen Dosis des ASP-Virus überlebten alle geimpften Schweine, obwohl sich auch klinische Symptome entwickelten.

Auch an anderen Forschungseinrichtungen wird mit Hochdruck an der Entwicklung eines Impfstoffes gearbeitet. Trotz aller Fortschritte ist weiterhin offen, wann ein Impfstoff tatsächlich auf den Markt kommt.

Diskussion / Kommentare

Kommentare werden geladen…