Januar 2024, von Kevin Roth und Dorothea Kaufmann
Im EU-Parlament wird gerade die Neuregulierung der Neuen Gentechniken (New Genomic Techniques, NGT) diskutiert. Hier die Antworten auf häufigsten Fragen.
Wie funktioniert CRISPR und worin unterscheidet es sich von anderen Züchtungsverfahren?
Mutationen, also Veränderung in der DNA von Organismen, sind nichts Unnatürliches. Ganz im Gegenteil: Es sind gerade natürliche Prozesse, wie etwa Fehler bei der Zellteilung oder äußere Einflüsse, die Mutationen in der genetischen Information aller Organismen auslösen. Mutationen erlauben Anpassung und Veränderung und waren daher schon immer für das Leben auf der Erde und die Entwicklung unserer Ökosysteme unabdingbar. Sie sind die Grundlage der Evolution.
Ziel der Pflanzenzüchtung ist es, das Genom, also die Gesamtheit der Erbinformation eines Organismus, so zu verändern, dass neue Eigenschaften entstehen. Eine Möglichkeit ist, verschiedene Pflanzen mit unterschiedlichen Eigenschaften so zu kreuzen, dass mehrere gewünschte Eigenschaften miteinander kombiniert werden. Dies ist ein zeitaufwendiger Prozess, der nicht bei allen Pflanzen möglich ist. Weitere Methoden sind z.B. radioaktive Bestrahlung oder chemische Behandlung von Saatgut oder Pflanzen, was zu Veränderungen im Genom führt. Dieser Prozess nennt sich Mutagenese.
Durch diese Methoden werden Mutationen völlig zufällig in das Genom der Pflanze eingebracht. In aller Regel werden tausende Individuen untersucht, um im Nachhinein nach möglicherweise erzielten, gewünschten Eigenschaften zu suchen. Es entstehen beiläufig aber auch viele ungewollte Mutationen, die nichts mit den von der/dem Züchter*in gewünschten Eigenschaften zu tun haben. Erschwerend hinzu kommt, dass die völlige Zufälligkeit der konventionellen Mutagenese und die unklare Anzahl an schlussendlich entstandenen Mutationen es praktisch unmöglich macht, diese vollständig zu identifizieren. Die Unvorhersehbarkeit der klassischen Mutagenese erschwert also die gezielte Suche nach bestimmten Veränderungen im Genom, da man schlichtweg nicht weiß, was man wo im Genom “suchen” muss. Somit ist es mit diesem Ansatz nahezu unmöglich, Pflanzen zu generieren, die ausschließlich diejenigen Mutationen enthalten, welche die von der/dem Züchter*in gewünschten Eigenschaften (z.B. Resistenzen gegen Krankheitserreger oder Trockenheit) besitzen. Über Jahrzehnte wurden diese Techniken genutzt, ohne überhaupt zu wissen, welche genetischen Veränderungen dadurch verursacht werden. Erst heute, durch umfassende Sequenzierprojekte bekommen wir um Nachhinein eine Idee davon, wie umfassend die Genome unserer Kulturpflanzen damit verändert wurden. Dennoch gelten diese Methoden zurecht als sicher für die Pflanzenzüchtung.
Generell kann jede Art von Mutation der DNA dazu führen, dass Gene verändert werden. Dies ist in den meisten Fällen ohne Folgen für den gesamten Organismus, da Zellen diese Mutationen reparieren können. Dies ist auch wichtig und notwendig, denn sonst würden die zahlreichen Mutationen, die jeden Tag passieren – immerhin Zehntausende pro Tag – dazu führen, dass Organismen schnell nicht mehr überlebensfähig sind. Das funktioniert aber nicht perfekt, sodass nicht immer alle Mutationen repariert werden. Das ist wichtig und notwendig, um die Evolution voranzubringen.
Wenn eine Mutation einen Vorteil für den Organismus bedeutet, also z.B. eine Pflanze durch eine Mutation resistenter gegen Schädlinge wird, werden sich diejenigen Pflanzen, die diese Mutation tragen, in der Natur durchsetzen (natürliche Selektion). Gleiches gilt für die Mutation in der Landwirtschaft: Züchter*innen selektieren auf diejenigen Eigenschaften, die für die Pflanze in der Landwirtschaft und somit letztlich auch die Konsument*innen von Vorteil sind. Nur diese werden sich auf dem Markt etablieren. Doch wie können diese “gewünschten” Mutationen erreicht werden?
Mit CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) steht nun eine molekularbiologische Methode zur Verfügung, mit der diese Mutationen geplant und zielgerichtet ausgeführt werden können. Wie CRISPR genau funktioniert, ist hier übersichtlich und verständlich dargestellt.
Für viele Merkmale sind mittlerweile die genetischen Grundlagen aufgeklärt. Dadurch können diejenigen Gene identifiziert werden, die für Züchter*innen von Interesse sind und im Genom präzise lokalisiert werden. Mithilfe von CRISPR können diese Gene dann gezielt verändert werden, um bestimmte Eigenschaften der Pflanzen zu modifizieren. CRISPR arbeitet hierbei sehr präzise und nimmt nur genau dort Veränderungen vor, wo diese beabsichtigt sind.
Macht es einen Unterschied, ob eine bestimmte Mutation durch radioaktive Strahlung, chemische Behandlung oder CRISPR ausgelöst wird?
Die Antwort ist: nein. Oftmals wird behauptet, dass konventionelle Methoden “natürliche” Mutationen verursachen, die wiederum durch die oben beschriebenen zellulären Mechanismen der Pflanzen auf “natürliche” Weise repariert werden. Dies ist zwar richtig, gilt aber ebenso für Mutationen, die mittels CRISPR gezielt herbeigeführt wurden. Das Ergebnis ist in beiden Fällen identisch: Die DNA wird beschädigt; wie dies geschieht, ist auf zellulärer Ebene vollkommen egal. So erzeugt CRISPR in der typischen Anwendung DNA-Brüche, genau wie Bestrahlung. Andere Anwendungen wirken direkt auf die einzelnen Buchstaben des genetischen Codes, so wie viele mutagene Chemikalien. Es werden dabei dieselben DNA-Reparaturmechanismen aktiv, egal wodurch sie ausgelöst werden. Somit können Pflanzen, deren DNA mittels CRISPR gezielt verändert wurde, als “naturidentisch” bezeichnet werden. Diese Pflanzen enthalten auch keine DNA von anderen Organismen, wie das bei der „alten Gentechnik“ der Fall war.
Der maßgebliche Unterschied zwischen konventionellen Züchtungsmethoden und CRISPR besteht darin, dass erstere zu zufälligen Mutationen an vorher nicht bekannten Stellen führt, CRISPR es hingegen ermöglicht, an zuvor klar definierten Stellen gezielt Mutationen einzuführen, die dann zu den gewünschten veränderten Eigenschaften der Pflanze führen. CRISPR stellt also ein wesentlich präziseres und besser kontrollierbares Werkzeug dar.
Es ist deswegen nicht nachvollziehbar, warum naturidentische Pflanzen, die durch CRISPR generiert wurden, anders behandelt werden sollten als Pflanzen, die mittels klassischer Mutagenese erzeugt wurden.
Greift CRISPR in irgendeiner Weise “tiefer” ins Pflanzengenom ein als konventionelle Methoden?
Grundsätzlich können Mutationen an allen Stellen der DNA auftreten. Sogenannte Off-Target-Veränderungen, also solche, die nicht an der gewünschten Stelle im Genom vorkommen, können niemals komplett ausgeschlossen werden. Bei den herkömmlichen Züchtungsmethoden treten viele zufällige Mutationen auf, die streng genommen alle als Off-Target-Veränderungen betrachtet werden müssen. Diese sind jedoch bei CRISPR wesentlich unwahrscheinlicher als bei konventionellen Züchtungsmethoden. Und falls doch ein anderes Gen “mitmutiert” wurde, können nach ganz klassischen Züchtungsprinzipien die Linien ausgewählt werden, die nur die gewünschte Mutation tragen.
Der Einsatz von CRISPR führt auch nicht, wie oft behauptet, zu einer “Öffnung” des Genoms für zusätzliche Mutationen. Es ist vielmehr so, dass verschiedene Bereiche des Genoms unterschiedlich anfällig für Mutationen sind. Diese Anfälligkeit ist jedoch vollkommen unabhängig von der gewählten Züchtungsmethode.
Auch wenn verschiedene Bereiche im Genom mit verschiedener Häufigkeit mutieren, bedeutet das nicht, dass es Bereiche gibt, die vollständig vor Mutationen geschützt sind: Es gibt keine „geschützten Bereiche im Genom“. Diese Aussage basiert auf einer Fehlinterpretation der Ergebnisse der Studie von Monroe et al., hierzu der Senior-Autor der Studie, Prof. Dr. Detlef Weigel: „Es stimmt, dass die lokale Mutationsrate von Basenkomposition etc. abhängt, aber genomische Bereiche, die “immun” gegen Mutationen sind, gibt es nicht. Und Konservierung hat mehr mit Selektion zu tun.“
Weiterhin können sowohl konventionelle Züchtungsmethoden als auch CRISPR zu dem gleichen Ergebnis führen: So wurde z.B. Weizen gegen Mehltau resistent gemacht, einmal mittels konventioneller Methoden und einmal mit CRISPR. Das Ergebnis ist identisch und das, obwohl für die Mehltau-Resistenz alle sechs Allele, also Varianten, des “zuständigen” Gens verändert werden mussten.
In diesem Zusammenhang wird immer wieder der Begriff der “Eingriffstiefe” verwendet, der jedoch in der Biologie keine Anwendung findet. Obwohl die Biologie zwar verschiedene Arten von Mutationen unterscheidet, beispielsweise wo diese auftreten, können alle Arten von Mutationen sowohl durch konventionelle Züchtungsmethoden, als auch durch CRISPR entstehen. “Eingriffstiefe” ist daher in diesem Kontext ein Fantasiebegriff ohne wissenschaftlich begründbare Bedeutung.
Wie sicher ist CRISPR?
Biologische Systeme sind komplex. Es ist daher tatsächlich nicht möglich, alle Auswirkungen im Voraus zu kennen, die eine durch Züchtung hervorgebrachte Mutation auf eine Pflanze haben könnte. Es bleibt stets ein gewisses Maß an Unsicherheit, wenn es um die Frage geht, wie genau eine Mutation im Genom einer Pflanze wirkt. Andererseits ist das Risikopotential von Kulturpflanzen aber generell vergleichsweise gering. Sie wurden in Jahrtausenden von Domestikation und Züchtung umfassend verändert und dabei an die Bedürfnisse des Menschen angepasst, sind gleichzeitig aber auch auf ihn angewiesen. Deshalb sind Kulturpflanzen beispielsweise auch nicht invasiv, weil sie sich ohne die Pflege des Menschen nicht gegen Wildpflanzen durchsetzen können.
Dennoch gab es in der Vergangenheit Fälle, in denen Unerwartetes passiert ist. Wichtig hierbei ist jedoch: Diese Unsicherheit besteht bei ausnahmslos allen Züchtungsverfahren, einschließlich derer, die heutzutage in der Landwirtschaft, einschließlich des Ökolandbaus, angewendet werden. So kann die Kombination von verschiedenen Eigenschaften zu unerwarteten Effekten führen, wie z.B. bei der Lenape-Kartoffel mit viel zu viel Solanin, was zu Bauchschmerzen und Verdauungsbeschwerden führte. Und dabei wurde einfach nur eine Speisekartoffel mit einer Wildkartoffel gekreuzt – ganz klassische Züchtung also.
Wenn man die Züchtung neuer Pflanzen vorhersehbarer machen möchte, steht also die Frage im Raum, welches Züchtungsverfahren die wenigsten Unsicherheiten mit sich bringt. Und genau hier kommt CRISPR ins Spiel: Es ist das Züchtungsverfahren mit den wenigsten Unsicherheiten in Bezug auf Mutationen, und zwar mit großem Abstand zu allen anderen Ansätzen. Denn: Wie bereits erläutert, wirkt CRISPR im Vergleich zu konventionellen Verfahren nur an zuvor sorgfältig ausgewählten und daher kontrollierbaren Stellen des Genoms. In konventionellen Verfahren wie der Bestrahlung wird hingegen das gesamte Genom dem Eingriff ausgesetzt, immer in der Hoffnung, dass unter den unzähligen Mutationen, die dadurch ausgelöst werden, irgendwann auch eine ist, die sich positiv nutzen lässt. Zusätzlich ist für die Auswahl der Zielgene für CRISPR schon so viel Vorwissen erforderlich, dass deutlich mehr über die Genfunktionen und damit über (un)erwartete Effekte bekannt ist, als bei jeder anderen Züchtungsmethode.
Während es in der Pflanzenzucht tatsächlich keine Berechenbarkeit von 100 % geben kann, gilt zugleich: Kein heute bekanntes Züchtungsverfahren ist so berechenbar wie CRISPR.
Stellt CRISPR eine Bedrohung für den Biolandbau dar?
Pflanzen, die durch konventionelle Züchtungsverfahren entstanden sind, sind bereits teilweise für den Biolandbau zugelassen. Hierzu gehören Verfahren, bei denen DNA-Veränderungen im Saatgut durch radioaktive Strahlung oder chemische Stoffe herbeigeführt werden.
Wie bereits ausgeführt, sind Mutationen, die durch CRISPR erzeugt wurden, biologisch nicht von Mutationen zu unterscheiden, die in Pflanzen auch durch spontane Mutation oder mittels klassischer Züchtungsverfahren entstehen können. Sie können somit als “naturidentisch” bezeichnet werden. Klassische Züchtungsverfahren erzeugen unweigerlich sogar mehr Mutationen, auch in Genen, in denen dies nicht gewollt ist.
Es ist daher nicht nachvollziehbar, warum die eine Art von Pflanzen mit dem Biolandbau vereinbar ist, die andere aber nicht. Im Gegenteil: durch CRISPR ist es möglich, Pflanzen zu erzeugen, die durch die (Re-)Aktivierung natürlicher Resistenzen eine Reduktion von Pflanzenschutzmitteln (z.B. schädlichen Kupferverbindungen) oder eine Verringerung des Wasserbedarfs bewirken können. Wir benötigen eine Gesetzgebung, die es uns erlaubt, an solchen Pflanzen zu forschen, die Wissenschaft und den ökologischen Landbau zusammenzubringen und die konventionelle Landwirtschaft zu ökologisieren.
Es geht nun darum, die gesetzlichen Rahmenbedingungen zu schaffen, die einen sinnvollen Einsatz der neuen gentechnischen Techniken in der EU ermöglichen und die eine sinnvolle Entwicklung nicht in Rechtsräume verschiebt, auf die wir keinen Einfluss haben.
Dr. Robert Hoffie hat für die Progressive Agrarwende einen klugen und ausführlichen Text zum Thema Koexistenz und Wahlfreiheit geschrieben, den wir gerne hier verlinken.
Wer profitiert von CRISPR?
Natürlich nutzen auch Großkonzerne CRISPR und werden entsprechende Pflanzen und Produkte auf den Markt bringen. Das Prinzip der freien Marktwirtschaft hat noch nie vor der Landwirtschaft Halt gemacht. Dennoch besteht die Möglichkeit, die Kosten für die Zulassung von naturidentischen NGT1-Pflanzen niedrig zu halten, indem die Gesetzgebung keine ungerechtfertigt hohen Beschränkungen umfasst. Diese Beschränkungen machen es für kleinere Firmen oder landwirtschaftliche Initiativen praktisch unmöglich, Pflanzen, die mit den neuen Züchtungsmethoden wie CRISPR entwickelt wurden, einzusetzen. Wenn also kleinere Anbieter*innen im Landwirtschaftssektor es sich schlichtweg nicht leisten könnten, CRISPR anzuwenden und somit schnell und kostengünstig neue Sorten zu züchten, würden sie noch weiter in die Abhängigkeit von Großkonzernen gedrängt werden. Deshalb muss es ein Ziel sein, die Beschränkungen auf ein verantwortliches Mindestmaß zu reduzieren und insbesondere die aufwendigen Zulassungsverfahren für naturidentische Produkte abzuschaffen.
Wird es durch CRISPR mehr Patente geben?
Ein Patent kann nur erteilt werden, wenn eine sogenannte “Schöpfungshöhe” vorliegt, also wenn etwas grundsätzlich Neues erfunden wurde. Dies gilt sowohl für Verfahren als auch für Produkte. Bereits bestehende Pflanzen als Ganzes, ihre Inhaltsstoffe, Sekundärmetaboliten und vor allem ihr Genom sind bereits heute nicht mehr patentierbar. Zur Frage, wie der praktikable und rechtssichere Zugang zu Pflanzengenetischen Ressourcen geregelt werden soll, hat der Bund Deutscher Pflanzenzüchter eine aktuelle Position veröffentlicht.
Im aktuellen Vorschlag der EU-Kommission zur Neuregulierung CRISPR-basierter Züchtungsverfahren aus dem Sommer 2023 ist das Thema Patente nicht näher ausgeführt und wird in noch anstehenden Gesetzgebungsverfahren diskutiert werden. Dass die Frage nach der Zulassung der Technologie (aktueller Gesetzesvorschlag) und die Frage nach Patentrechten (künftige Gesetzgebungsverfahren) getrennt voneinander stattfinden, ist sinnvoll, da es sich hierbei um zwei grundsätzlich unterschiedliche Entscheidungen handelt.
Würde eine Zulassung von CRISPR das Vorsorgeprinzip verletzen?
Die kurze Antwort: nein. Die lange Antwort gibt es in unserem Artikel.
CRISPR/Cas9 ist eine der Technologien, die in der Pflanzenzüchtung am besten erforscht und somit am breitesten angewendet werden kann. Bisher konnte keine wissenschaftliche Studie ein Risiko für Mensch, Tier oder Umwelt nachweisen. Auch in den Ländern, in denen bereits entsprechende Pflanzen angebaut werden, wird dies positiv bewertet, kleine landwirtschaftliche Betriebe profitieren hiervon in besonderem Maße. Auch wird gefordert, die Neuregulierung evidenzbasiert zu betrachten, um so die notwendige Innovation in der Landwirtschaft voranzutreiben.
Auch die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) kommt zu dem Schluss, dass naturidentische NGT-Pflanzen keine neue Gefahr im Vergleich zu konventionell gezüchteten Pflanzen darstellen.
Ebenfalls setzen sich die großen Wissenschaftsorganisationen wie das G6-Netzwerk, die Leopoldina & DFG, die UEAA, WePlanet und AFBV-WGG-EU-SAGE für die Neuregulierung von NGT-Pflanzen ein.
Wie vertrauenswürdig sind Wissenschaftler*innen, die zu CRISPR forschen?
Diese Frage haben wir bereits in einem Artikel beantwortet. Eine große Anzahl an Forschenden spricht sich klar für die Neubewertung von naturidentischen Pflanzen aus. Auch die großen deutschen Wissenschaftsorganisationen sind sich einig: die neue Gentechnik ist sicher.