Micropig

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 meist ohne Erfolg. Mit den neuen Genome Editing-Verfahren wie der Gen-Schere CRISPR/Cas haben sich schlagartig neue Perspektiven eröffnet. In den USA und Japan sind bereits erste genom-editierte Tiere zugelassen und werden wohl bald auf den Markt kommen.

Rote Meerbrasse

Weltpremiere. Das erste genome-editierte Tier wurde Ende 2021 in Japan als Lebensmittel zugelassen: Eine Meerbrasse, in der ein bestimmtes Gen blockiert wurde, welches das Muskelwachstum hemmt.

Foto: iStock, 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 Lachsen und Schweinen in Nordamerika - keine gentechnisch veränderten (gv) Nutztiere zugelassen. Das liegt insbesondere daran, dass die klassischen gentechnischen Verfahren vor allem 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 scheint sich gerade zu ändern.

Inzwischen haben auch in der Tierzucht neue, molekularbiologische Methoden Einzug erhalten: Mit den 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, ähnlich wie bei einer natürlichen Mutation. Die neuen Verfahren sind viel genauer, kontrollierter und damit auch sicherer als die klassische Gentechnik. Nebeneffekte durch unbeabsichtigte Veränderungen im Genom der Tiere - oft verbunden mit Leid und Krankheit - sind bei Genome Editing weitaus seltener.

Doch so vergleichsweise einfach die neuen Techniken auch sind - sie setzten viel Wissen voraus. Denn zunächst müssen im riesigen Genom der Tiere 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, die Funktion wichtiger Gene und die beteiligten genomischen Netzwerke werden immer besser verstanden.

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. Gegenüber der traditionellen Züchtung haben sich die Ziele im Großen und Ganzen nicht verändert. So wollen etliche Projekte Nutztiere 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 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, 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. In Japan ist bereits eine editierte Meerbrasse als Lebensmittel zugelassen, die mehr Fleisch zusetzt als konventionelle Artgenossen.

Andere Projekte wollen das Tierwohl verbessern oder Folgen der Nutztierhaltung abmildern. In den USA hat eine Forschungsgruppe 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.

Inzwischen ist es in Deutschland zwar verboten, männliche Küken zu töten. Doch technische Verfahren, um das Geschlecht der Embryos schon im Ei zu bestimmen, sind kompliziert und teuer. Vor allem liefern sie erst dann Ergebnisse, wenn die Entwicklung der Embryos im Ei schon zu weit fortgeschritten ist. Einem israelischen Startup-Unternehmen (eggXYT) ist es mit Hilfe der Gen-Schere CRISPR/Cas gelungen, die männlichen Eier durch Biomarker schnell und einfach sichtbar zu markieren. Direkt nach dem Legen können sie erkannt und aussortiert werden.

Andere Projekte beschäftigen sich damit, Tiere an veränderte Umweltbedingungen in Folge des Klimawandels anzupassen. So hat die US-Firma Recombinetics Rinder entwickelt, die als Folge einer durch CRISPR/Cas herbeigeführten Mutation ein kurzes, glattes Fell besitzen und damit weniger hitzeanfällig sind. Da diese Mutation auch bei anderen Rinderrassen natürlicherweise vorkommt und kein fremdes DNA-Material eingefügt wurde, hat die US-Lebensmittelbehörde FDA (Food and Drug Administration) die Tiere nach langer Prüfung freigegeben, ohne aufwändigen und langwierigen Zulassungsprozess wie er bei gentechnisch veränderten Tieren vorgeschrieben ist. Weder die editierten Rinder, noch ihr Fleisch oder Sperma für die Zucht müssen gesondert gekennzeichnet werden.

Bis genom-editierte Tiere auch in Europa auf den Markt kommen, wird es aber sicherlich noch einige Jahre dauern. Denn 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 hier als „gentechnisch verändert“ zu kennzeichnen - eine derzeit kaum zu überwindende Hürde für eine Verbraucherakzeptanz.