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Gentechnik bei Tieren: Neuer Schub durch Genome Editing

Lange Zeit hatten gentechnisch veränderte Nutztiere kaum praktische Bedeutung. Mit Ausnahme von Lachs gibt es weltweit bisher keine Lebensmittel- und andere Produkte aus solchen Tieren zu kaufen. Es wurde zwar viel geforscht und ausprobiert, doch verglichen mit Pflanzen war das Einführen neuer Gene in das Erbgut von Tieren nicht nur aufwändiger, sondern fehleranfälliger: Oft waren die Tiere krank und nicht fortpflanzungsfähig. Doch das ändert sich gerade. Neue Verfahren, mit denen man einzelne DNA-Bausteine gezielt „umschreiben“ kann, haben schlagartig neue Perspektiven eröffnet. 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 Schweine mit verändertem Größenwachstum zu entwickeln. Projekte wie dieses blieben eine Episode, denn die Schweine waren krank und das Verfahren zu aufwändig. - Anders die Mikro-Schweine, bei denen chinesische Wissenschaftler mit Hilfe der neuen Genome Editing-Verfahren einzelne DNA-Bausteine in einem für das Größenwachstum wichtigen Gen umgeschrieben haben. Es ist nicht geplant, die kleinen Schweine kommerziell auf den Markt zu bringen.

Schweine, PRRS

Gesunde Schweine. Bei diesen Schweinen ist ein Protein blockiert, über das PRRS-Viren in die Zellen eindringen. PRRS führt zu hohen Verlusten in Schweinebeständen und ist weltweit die bedeutendste Schweinekrankheit.
Foto: University of Missouri

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.

Die Erwartungen waren groß. Doch trotz dieser frühen Erfolgsmeldungen gibt es bis heute - mit Ausnahme von Lachs - keine gentechnisch veränderten Nutztiere, die Lebensmittel für die menschliche Ernährung liefern. Das liegt vor allem daran, dass die klassischen gentechnischen Verfahren bei großen Wirbeltieren sehr aufwändig und kaum effizient sind.

Die herkömmliche Gentechnik hat sich in der praktischen Tierzucht nicht wirklich etablieren können. Doch das könnte sich schon bald ändern. Mit neuen, molekularbiologischen Methoden, den sogenannten Genome Editing-Verfahren, können gezielt einzelne DNA-Bausteine im Erbgut umgeschrieben, abgeschaltet oder gegen neue ausgetauscht werden. In den Nachkommen editierter 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.

Eine Schwierigkeit dabei besteht darin, genau jene DNA-Bausteine in einem riesigen Genom zu identifizieren, welche für die Ausprägung eines bestimmten Merkmals verantwortlich sind, bevor man eine gezielte Genveränderung vornehmen kann. Um die oft komplexen molekularen und genetischen Zusammenhänge bestimmter Eigenschaften zu kennen, ist viel systematische Genomforschung erforderlich. In den letzten Jahren hat es zwar große Fortschritte gegeben, dennoch sind gerade bei Tieren noch viele Fragen zur Funktion der Gene offen.

In zahlreichen Projekten wird mit Genome Editing - vor allem mit der Genschere CRISPR/Cas - an verschiedenen Tieren geforscht. Die Ziele in der Tierzucht haben sich im Großen und Ganzen nicht verändert. Auch mit den neuen Genome Editing-Verfahren geht es zum Beispiel darum, Nutztiere resistenter gegen Krankheiten zu machen.

  • So arbeiten Wissenschaftler an Hausschweinen, die gegen die Afrikanische Schweinepest resistent sind. Nach dem Vorbild eines entsprechenden Resistenz-Gens aus dem Warzenschwein, dem die Krankheit nichts anhaben kann, wurde ein ähnliches Gen im Hausschwein umgeschrieben.
  • 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 bestimmtes Protein, das als „Einstiegspforte“ für das Virus dient, mit dem CRISPR-Cas-System ausgeschaltet.

Wie schon in der klassischen Züchtung geht es auch mit den neuen Verfahren darum, das Wachstum von Nutztieren zu steigern und bestimmte Produkteigenschaften zu verbessern.

  • Wissenschaftler aus Südkorea haben Schweine mit „doppelter“ Muskelmasse gezüchtet. Dabei wurde mit Hilfe von Genome Editing-Verfahren das Gen für das Protein Myostatin ausgeschaltet, welches normalerweise das Muskelwachstum hemmt. Durch die künstliche Mutation bilden die Schweine überdurchschnittlich große Muskeln und liefern so größere Fleischmengen. Außerdem ist das Fleisch magerer. Die gleiche Mutation des Myostatin-Gens kommt natürlicherweise bei Rindern der alten belgischen Landrasse „Weißblaue Belgier“ vor.
  • Auch bei Schafen konnte das Muskelwachstum durch eine Veränderung des Myostatin-Gens gesteigert werden. Ziel ist es, Wollschafe auch als Fleischschafe nutzen zu können. Neben Schafen und Schweinen wird die Mutation des Myostatin-Gens bei Kühen, verschiedenen Fischarten, Kaninchen und Ziegen erforscht.
  • Mit dem Genome Editing-Verfahren TALEN ist es neuseeländischen Forschern gelungen, Kühe zu entwickeln, die eine allergenarme Milch geben, die für Säuglinge geeignet ist. Dabei wurde das Gen für das Milcheiweiß Beta-Laktoglobulin, auf das zwei bis drei Prozent der Säuglinge allergisch reagieren, blockiert.
  • Bei Hühnern versucht man mit Genome Editing bestimmte Allergene aus den Hühnereiern zu entfernen.

Andere Projekte zielen darauf, die Folgen der Tierhaltung abzumildern - und damit das Wohl der Nutztiere zu verbessern.

  • Forscher in den USA haben 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 würde dies vermieden.

Bisher gibt es solche mit neuen Verfahren geänderten Tiere allenfalls in den Versuchsstationen von Forschungseinrichtungen. Und es wird auch noch einige Jahre dauern, bis sie - 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 wie alle GVO 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.