Mittels einer neuen Methode der Grünen Gentechnik kann man das Erbgut der Pflanzen auf den Punkt genau verändern. Sie haben dann kein artfremdes Erbgut, wie bei der bisherigen Vorgehensweise. Unklar ist deshalb, wie solche Produkte klassifiziert werden.
Stuttgart - Für eine Revolution in der grünen Gentechnik ist es relativ ruhig. Es gibt keine Gegner, die in nächtlichen Aktionen Versuchsfelder zerstören. Möglicherweise bleibt es so ruhig, weil die alten feindlichen Objekte fehlen. Die neuen Pflanzen aus dem Genlabor tragen keine fremden Gene mehr in sich. „Es setzt ein Umdenken ein“, sagt Holger Puchta vom Botanischen Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das sei möglich durch neue molekulare Methoden, die letztendlich aus einer gentechnisch veränderten Pflanze keine gentechnisch veränderte Pflanze im klassischen Sinn machen.
„Zu Beginn der Gentechnik bei Pflanzen wurden artfremde Erbinformationen übertragen“, erklärt Puchta. Diese waren den Gegnern der grünen Gentechnik immer schon ein Dorn im Auge: Schließlich könnte die Gefahr bestehen, dass die eingeschleusten Fremdgene auf die Wildpflanzen übertragen werden – dies könnte einerseits das ökologische Gleichgewicht verändern und andererseits die Felder des benachbarten Biobauern verunreinigen, der sich auf gentechnikfreien Anbau spezialisiert hat. Ursprünglich konnten die fremden Gene nur unspezifisch in das Erbgut der pflanzlichen Zellen eingebracht werden: die Fremdgene wurden dann von der Zelle ungezielt irgendwo im Genom eingebaut – oft mit der Folge, dass die Zellen zugrunde gingen. Bei den überlebenden Pflanzen mussten die erfolgreich transferierten Pflanzen zeitaufwendig ausgesucht werden. Schon vor einigen Jahren gelang es, mit molekularen Scheren direkt und sehr viel präziser in das Erbgut einzugreifen: Zinkfinger-Nukleasen heißen diese künstlich hergestellten Enzyme. Diese Systeme haben eine Domäne, die an die Erbsubstanz DNA bindet und eine Nuklease, welche die DNA schneidet. Man kann diese Zinkfinger-Nukleasen so bauen, dass sie an eine gewünschte Stelle im Erbgut andocken und dort dann auch schneiden. „Allerdings ist das ein enormer Aufwand. Man braucht mehrere Monate und einige tausend Euro, bis man ein Enzym entwickelt hat. Und hat dennoch oft genug unsaubere Scheren erhalten“, weiß Holger Puchta aus seiner langjährigen Forschungsarbeit. Er war einer der ersten Wissenschaftler, der molekulare Scheren zur Veränderung des Pflanzengenoms eingesetzt hat. In den vergangenen Jahren kam man mit immer feineren Methoden näher an das Ziel, das Erbgut gezielt zu verändern.
Durchbruch dank Cripr-Cas
Vor etwas mehr als zwei Jahren schließlich kam der Durchbruch mit einer Technik namens Crispr-Cas. Im August 2012 hat diese ein Forscherteam um Jennifer Doudna von der Universität von Kalifornien in Berkeley im Wissenschaftsmagazin „Science“ vorgestellt und damit eine neue Ära in der Gentechnik eingeläutet. Zeitgleich erforschte Emmanuelle Charpentier, die heute am Helmholtz-Zentrum in Braunschweig arbeitet, das Verfahren. Mit dieser Methode lassen sich nach Wunsch ganz gezielt Gene entfernen, austauschen oder einfügen. Die direkte Umgebung des Gens auf den DNA-Strängen bleibt unbeeinflusst. Diese Art der genetischen Manipulation bezeichnet man in der Wissenschaft als „Genome Engineering“ oder „Genome Editing“, was man als technische Erbgutbearbeitung übersetzen könnte. Forscher haben sich die Methode bei Bakterien abgeschaut, die sich auf diese Weise mit einer Art Immunsystem gegen das Eindringen von Viren wehren. Überleben Bakterien ihre erste Virenattacke, bauen sie Teile der Virus-DNA in ihr eigenes Erbgut ein. Der Erreger ist damit gewissermaßen zur „Fahndung“ ausgeschrieben und wird erkannt, sobald er sich der Zelle nähert. Denn das Bakterium produziert nun Eiweißmoleküle, welche sich an die Viren binden und sie so zur Zerstörung markieren. Die Eiweiße werden mit Cas abgekürzt, der Abschnitt der Bakterien-DNA mit den Informationen über die Viren wird Crispr genannt. Zentral an diesen Verfahren ist das zielgenaue Schneiden von DNA-Strängen. Das lässt sich im Labor nutzen. Mit DNA-Schnipseln lassen sich die molekularen Scheren in einer Zelle gut steuern. Sie können an jeder beliebigen Stelle des Erbguts eingreifen und einzelne Bausteine des Erbguts einfügen, austauschen oder entfernen – und auch vorhandene Gene an- oder abschalten. „Es ist einfach, billig und schnell. Zudem kann man damit mittlerweile nicht nur ein Gen verändern, sonder viele gleichzeitig“, so Puchta.
Methode bleibt innerhalb der Artgrenze
Weil man mit dieser Methode innerhalb der Artgrenze bleibe, könne das Endprodukt nicht von seinen natürlichen Verwandten unterschieden werden. Daher ist es derzeit auch noch unklar, wie denn die Klassifizierung in Deutschland und der Europäischen Union sein wird. Die zentrale Frage lautet dabei: Zählt die Herkunft oder das Produkt? Reicht es aus, eine Sorte als gentechnisch verändert zu bezeichnen, weil im Labor eine einzige Stelle verändert, eine sogenannte Punktmutation gesetzt wurde? Punktmutationen entstehen bei der Zellteilung andauernd. Oder auch in der klassischen Züchtung: mit Bestrahlung oder Chemikalien mutieren Zellen ständig und endlos. „Pflanzengenome sind sehr groß. Neben den gerichteten, gezielten Mutationen gibt es daher auch eine Unmenge an zufälligen, natürlichen Mutationen. Da wird es schwer zu unterscheiden“, sagt Puchta.
In den USA und Kanada orientiert man sich am Produkt, der Entstehungsweg ist nicht entscheidend. Bewertet wird das Endprodukt aufgrund seines Risikos, das es für Mensch und Umwelt haben könnte. Erste mit der neuen Technik hergestellte Sorten stehen in den USA kurz vor dem Anbau: Eine Sorte Soja, die mehr gesunde, gesättigte Fettsäuren enthält und eine Kartoffelsorte, deren Knollen nicht braun anlaufen und einen geringeren Gehalt an Asparagin haben – als Folge davon entsteht beim Frittieren weniger von der krebserregenden Substanz Acrylamid. „In beiden Fällen wurden Gene innerhalb der Artgrenze nur minimal verändert“, so Puchta.
Nicht nur in der grünen Gentechnik wird Crispr einen Umbruch einläuten: So hat man Hoffnung auf Fortschritte in der Gentherapie bei unheilbaren Erkrankungen. Allerdings sind auch Manipulationen am menschlichen Embryo technisch möglich – chinesische Forscher haben dies erst vor wenigen Monaten versucht. Die Versuche gingen schief, zeigen aber, was möglich sein könnte. Führende Forscher fordern daher – wie erst kürzlich bei der Nobelpreisträgertagung in Lindau – die ethisch fragwürdigen Manipulationen am Embryo grundsätzlich zu unterlassen.