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Gentechnik bei Tieren: Neuer Schub durch Genome Editing

Lange Zeit hatten gentechnisch veränderte Nutztiere kaum praktische Bedeutung. Es wurde zwar viel geforscht und ausprobiert, doch ohne Erfolg. Inzwischen gibt es neue Verfahren, mit denen man einzelne DNA-Bausteine gezielt „umschreiben“ kann. Verschiedene Projekte zeigen, dass es damit funktionieren könnte. Nun scheint in der Tierzucht möglich, was die klassische Gentechnik schon aufgegeben hatte.

Schwein

Große und kleine Schweine. In den 1990er-Jahre versuchte man, mit Hilfe der Gentechnik das Größenwachstum zu steigern. Doch solche Projekte blieben erfolglos. - Anders die Mikro-Schweine (großes Foto oben), mit denen chinesische Wissenschaftler die Möglichkeiten der neuen Genome Editing-Verfahren demonstrieren wollten.

Hornlose Kuh

Hornlose Rinder. In den USA sind genome-editierte Rinder entwickelt worden, denen keine Hörner mehr wachsen. Das heute in der Tierhaltung übliche Enthornen wird so überflüssig.

Fotos: Archiv i-bio, Cornell Alliance for Science; großes Foto oben: BGI - Bejing Genetic Institute

Bereits 1980 gelang es zum ersten Mal, einen neuen DNA-Abschnitt in das Genom eines Säugetiers, der Maus, zu integrieren. Zwei Jahre später gaben Forscher bekannt, dass ihre transgenen Nager dank zusätzlicher Gene für Wachstumshormone schneller wuchsen und größer wurden. Versuchstiere, die gentechnisch so verändert wurden, um damit neue Arzneimittel oder Therapien zu testen, kommen inzwischen als „Tiermodelle“ in der medizinischen Forschung häufig zur Anwendung.

Trotz dieser frühen Erfolgsmeldungen sind bis heute - mit Ausnahme von Lachs - keine gentechnisch veränderten (gv) Nutztiere zugelassen. Das liegt vor allem daran, dass die klassischen gentechnischen Verfahren bei großen Wirbeltieren sehr aufwändig und wenig effizient sind und nur selten zu gesunden, fortpflanzungsfähigen Tieren führen. Mit wenigen Ausnahmen hat sich die Gentechnik in der praktischen Tierzucht nicht etablieren können. Doch das könnte sich bald ändern.

Inzwischen haben auch in der Tierzucht neue, molekularbiologische Methoden Einzug erhalten. Mit diesen Genome Editing-Verfahren können gezielt einzelne DNA-Bausteine im Erbgut umgeschrieben, abgeschaltet oder gegen neue ausgetauscht werden. In den Nachkommen der Tiere sind dann lediglich diese Bausteine verändert, ganz ähnlich wie bei einer natürlichen Mutation. Die neuen Verfahren sind nicht nur viel genauer und kontrollierter als die klassische Gentechnik, sondern erfordern auch deutlich weniger Zeit und Kosten.

Allerdings müssen zunächst im riesigen Genom genau jene DNA-Bausteine identifiziert werden, welche für die Ausprägung eines bestimmten Merkmals verantwortlich sind. Erst dann können diese DNA-Abschnitte gezielt umgeschrieben werden. Um die oft komplexen molekularen und genetischen Zusammenhänge bestimmter Eigenschaften zu verstehen, ist viel systematische Genomforschung erforderlich. In den letzten Jahren konnten hier große Fortschritte verzeichnet werden. Die Genome der wichtigsten Nutztiere sind bereits entschlüsselt.

Ziele mit Genome Editing : Tierwohl, Krankheitsresistenzen, Produktivität

In zahlreichen Projekten wird mit Genome Editing - vor allem mit der Gen-Schere CRISPR/Cas - an verschiedenen Tierarten geforscht. Die Ziele haben sich im Großen und Ganzen nicht verändert. In erster Linie geht es darum, Gesundheit und Wohlergehen der Nutztiere zu fördern sowie die Produktivität zu steigern.

Forscher in den USA haben zum Beispiel Rinder entwickelt, die keine Hörner ausbilden. In der Viehhaltung ist es üblich, Kühe zu enthornen, um die Verletzungsgefahr unter den Tieren und für den Landwirt zu verringern. Das Enthornen der Kälber ist für die Tiere mit Stress und Schmerzen verbunden. Durch die Zucht hornloser Rinder kann dies vermieden werden.

Auch eine einfache, schmerzfreie Alternative zum Kastrieren von Schweinen könnte mit Genome Editing möglich werden. Männliche Ferkel werden in der Regel nach wenigen Tagen kastriert, um zu verhindern, dass das Fleisch streng riecht oder unangenehm schmeckt („Ebergeruch“). Außerdem lassen sich unkastrierte Schweine wegen ihres aggressiveren Verhaltens schwieriger halten. Zwar ist die betäubungslose Kastration umstritten und in Deutschland seit Januar 2021 verboten, doch andere Lösungen sind kompliziert oder sehr aufwändig. - Wissenschaftler in den USA haben Schweine entwickelt, bei denen ein Gen ausgeschaltet ist, welches bei der Entwicklung der Geschlechtsreife eine Rolle spielt. Die Schweine bleiben in einem vorpubertären Stadium und bilden somit keinen Ebergeruch. Auf eine Kastration kann dann verzichtet werden.

Einige Projekte beschäftigen sich damit, Tiere an veränderte Umweltbedingungen in Folge des Klimawandels anzupassen. So möchten Wissenschaftler in Neuseeland Holstein-Friesian-Rinder mit hellerem Fell züchten, sodass sie höhere Temperaturen besser ertragen können. Das „normale“ schwarz-gefleckte Fell der Tiere nimmt durch die dunkle Farbe viel Wärme auf. Mit Hilfe von CRISPR/Cas veränderten die Forscher bei Rinderembryonen ein Pigmentierungs-Gen, so wie es natürlicherweise bei manchen Rinderrassen wie Galloways und Hochland-Rindern vorkommt. Es verleiht dem Fell einen silber-grauen Farbton und nimmt weniger Wärme auf.

Andere Projekte haben zum Ziel, Nutztiere resistenter gegen verschiedene Krankheiten zu machen oder ihre Widerstandskraft zu verbessern.

  • In den USA und am schottischen Roslin Institut ist es gelungen, in Ferkeln eine Resistenz gegen das PRRS-Virus zu erzeugen, Auslöser für die weltweit bedeutendste Schweinekrankheit. Die Forscher haben dazu ein Gen für ein bestimmtes Protein, das als „Einstiegspforte“ für das Virus dient, mit CRISPR/Cas ausgeschaltet.
  • Wissenschaftler am Friedrich-Loeffler-Institut arbeiten daran, Hausschweine resistent gegen die Afrikanische Schweinepest zu machen. Die Krankheit breitet sich zunehmend auch in Europa aus. Die Forscher nutzen dafür die Gen-Schere CRISPR/Cas, um die Virus-DNA zu zerschneiden und so die Vermehrung der Viren zu verhindern.

Oftmals geht es auch mit den neuen Verfahren darum, das Wachstum von Nutztieren zu steigern und bestimmte Produkteigenschaften zu verbessern. Ein häufig verfolgter Ansatz ist es, das Gen für das Protein Myostatin auszuschalten, welches normalerweise das Muskelwachstum hemmt. Durch die künstliche Mutation bilden die Tiere überdurchschnittlich große Muskeln und liefern so größere Fleischmengen. Außerdem ist das Fleisch magerer. Entdeckt wurde die Bedeutung des Gens bei alten Landrassen wie den „Weißblauen Belgiern“ (Rinder) oder dem Texel-Schaf. Bei diesen sehr muskulösen Tieren ist das Myostatin-Gen durch natürliche Mutation ausgeschaltet.

Inzwischen ist es Forschern gelungen, das jeweilige Myostatin-Gen an Schweinen, Kühen, Pferden, Hunden, Kaninchen, Schafen, Ziegen und verschiedenen Fischarten durch Genome Editing zu blockieren und so das Muskelwachstum zu stimulieren. Bei Pferden und Hunden soll so die sportliche Leistungsfähigkeit gesteigert werden.

Bisher befinden sich die meisten Projekte noch in einem frühen Stadium. Und es wird auch noch einige Jahre dauern, bis genom-editierte Tiere - wenn überhaupt - auf den Markt kommen. Der Europäische Gerichtshof (EuGH) entschied im Juli 2018, dass alle mit Genome Editing-Verfahren erzeugte Organismen - also auch Tiere - unter die geltenden Gentechnik-Gesetze fallen und damit ein aufwändiges Zulassungsverfahren durchlaufen müssen. Produkte aus genom-editierten Tieren sind als „gentechnisch verändert“ zu kennzeichnen - eine derzeit kaum zu überwindende Hürde für eine Verbraucherakzeptanz.