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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 verglichen mit Pflanzen war das Einführen neuer Gene in das Erbgut von Tieren deutlich aufwändiger und fehleranfälliger. 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. Projekte wie dieses blieben eine Episode, denn die Schweine waren krank, das Verfahren viel zu aufwändig und fehleranfällig. - Anders die Mikro-Schweine (großes Foto oben), mit denen chinesische Wissenschaftler die Möglichkeiten der neuen Genome Editing-Verfahren demonstrieren wollten. Sie haben damit einzelne DNA-Bausteine in einem für das Größenwachstum wichtigen Gen umgeschrieben. Es ist nicht geplant, die kleinen Schweine kommerziell auf den Markt zu bringen.

Schweine, PRRS

Gesunde Schweine: Virursresistent durch Genome Editing. 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.

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. Inzwischen wird die Markteinführung angestrebt.

Fotos: University of Missouri, The 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 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, aber wenig effizient sind und nur selten zu gesunden, fortpflanzungsfähigen Tieren heranwachsen. Mit wenigen Ausnahmen hat sich die Gentechnik in der praktischen Tierzucht nicht etablieren können. Doch das könnte sich schon bald ändern.

Inzwischen haben auch in der Tierzucht neue, molekularbiologische Methoden Einzug erhalten. Mit diesen 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.

Allerdings ist es dazu erforderlich, im riesigen Genom genau jene DNA-Bausteine zu identifizieren, welche für die Ausprägung eines bestimmten Merkmals verantwortlich sind. Erst wenn das genaue Ziel bekannt ist, kann das gezielte Umschreiben dieser DNA-Bausteine zum Erfolg führen. 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 Genschere 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 würde dies vermieden.
  • 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 bald verboten, doch andere Lösungen sind kompliziert oder scheinen den Konsumenten nicht zumutbar. - Wissenschaftler in den USA haben Schweine entwickelt, bei denen ein Gen ausgeschaltet ist, welches bei der Entwicklung der Geschlechtsfunktionen eine Rolle spielt. Die Forschung befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber man erhofft sich, auf diese Weise Schweine zu züchten, die keinen Ebergeruch entwickeln.

Andere Projekte wollen Nutztieren resistenter gegen verschiedene Krankheiten machen oder ihre Widerstandskraft 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 bestimmtes Protein, das als „Einstiegspforte“ für das Virus dient, mit dem CRISPR-System ausgeschaltet.
  • Wissenschaftler aus Großbritannien und den USA arbeiten an Hausschweinen, die gegen die Afrikanische Schweinepest resistent sind. Die Krankheit breitet sich inzwischen auch in Europa aus. Nach dem Vorbild eines entsprechenden Resistenz-Gens aus dem Warzenschwein, dem die Krankheit nichts anhaben kann, wurde ein ähnliches Gen im Hausschwein umgeschrieben.
  • Bei Hühnern scheint es endlich einen Weg zu geben, um sie resistent gegen die Vogelgrippe zu machen. Damit könnte auch der Übertragungsweg der Viren von Wildvögeln über Hühner und von dort möglicherweise auf den Menschen unterbrochen werden.

Nicht zuletzt 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 Forscher gelungen, das jeweilige Mystatin-Gen an Schweinen, Kühen, Kaninchen, Schafen, Ziegen und verschiedenen Fischarten durch Genome Editing zu blockieren und so das Muskelwachstum zu stimulieren.

Bisher befinden sich die allermeisten 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 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.