Die neue Gen-Revolution: Was man zu CRISPR/Cas wissen sollte

Text und Bild: www.transgen.de

CRISPR/Cas9 - das Kürzel steht für ein neues Verfahren, um DNA-Bausteine im Erbgut mit zuvor unvorstellbarer Einfachheit und Präzision zu verändern. Noch wird es einige Zeit dauern, bis mit CRISPR „editierte“ Produkte auf den Markt kommen. Doch schon jetzt ist ein heftiger Streit entbrannt. Im Kern geht es darum, ob solche Pflanzen oder Tiere als „gentechnisch verändert“ anzusehen sind oder eher natürlichen Mutationen gleichen.

Punktgenaue Mutation mittels Genome Editing

CRISPR/Cas9 ist eine neue, molekularbiologische Methode, um DNA gezielt zu schneiden und anschließend zu verändern. So können einzelne Gene umgeschrieben („editiert“) werden. Solche Verfahren, zu denen etwa auch Zinkfinger-Nukleasen oder TALEN gerechnet werden, bezeichnet man daher als Genome Editing (auch: Gene Editing). 

CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, das Enzym Cas9 ist eine CRISPR-assoziierte Endonuklease. Ursprünglich stammt das CRISPR/Cas-System aus Bakterien. Es dient ihnen als eine Art Immunsystem, mit dem sie Angriffe von Viren erkennen und abwehren können. Erst vor wenigen Jahren (2012) hatten Emmanuelle Charpentier und Jennifer A. Doudna die geniale Idee, daraus ein molekularbiologisches Werkzeug zu entwickeln, das überraschenderweise bei allen lebenden Zellen funktioniert – auch bei menschlichen, tierischen und pflanzlichen.

Molekulare Sonden und enzymatische Scheren

Im Kern laufen alle Genome Editing-Verfahren in drei Schritten ab: Zunächst muss im Genom des Zielorganismus punktgenau die Stelle gefunden und angesteuert werden, bei der eine Änderung durchgeführt werden soll. Dazu konstruiert man geeignete „Sonden“, die beim CRISPR-Verfahren aus RNA-Abschnitten (auch Guide RNA genannt) bestehen, die genau zu der jeweiligen Zielsequenz passen. Nachdem die Sonde dort angedockt hat, wird der DNA-Doppelstrang genau an dieser Stelle mit einer enzymatischen „Schere“ geschnitten - bei CRISPR ist es das Cas9-Protein, welches an die RNA-Sonde gekoppelt ist.

Anschließend treten die zelleigenen Reparatursysteme in Aktion: Sie flicken den durchtrennten DNA-Strang wieder zusammen. Dabei können DNA-Bausteine entfernt oder abgeschaltet werden. Möglich ist auch, einzelne DNA-Bausteine auszutauschen oder kurze Sequenzen neu in den DNA-Strang einzubauen. Das alles könnte genauso bei einer natürlichen, zufälligen Mutation geschehen. Der einzige Unterschied: Hier ist sie gezielt herbeigeführt.

CRISPR Cas

Gibt es bei CRISPR und den anderen Genome Editing-Verfahren ähnliche Risiken wie bei der Gentechnik?

Bei der klassischen Gentechnik ist es vom Zufall abhängig, an welcher Stelle im Genom einer Pflanze das neue Genkonstrukt integriert wird. Daraus leiten Kritiker ein grundsätzliches Risiko der Gentechnik ab: Der ungezielte Einbau des „fremden“ Gens in bestehende Gen-Regionen kann deren Funktion beeinträchtigen und so die Eigenschaften einer Pflanze nachteilig verändern. Solche „unbeabsichtigten Nebenwirkungen“ sind ein wesentlicher Grund dafür, dass für gv-Pflanzen in fast allen Ländern der Welt Zulassungsverfahren inklusive Nachweis der Sicherheit vorgeschrieben sind. Bisher hat dieses seit zwanzig Jahren praktizierte Konzept funktioniert. Aber eine Zulassung für gv-Pflanzen ist so zeit- und kostenintensiv geworden, dass nur noch große internationale Konzerne dazu in der Lage sind.

Ein solches „Risiko“ zufälliger oder unbeabsichtigter Veränderungen gibt es bei editierten Pflanzen kaum. Zwar ist es durchaus möglich, dass das CRISPR/Cas-System den DNA-Strang an einer „falschen“ Stelle schneidet. Dennoch waren viele Forscher erstaunt, wie präzise CRISPR/Cas funktioniert und wie selten solche Fehler auftreten. Zudem wurden die molekularen Werkzeuge – CRISPR-Sonden und Cas-Proteinscheren – inzwischen weiterentwickelt und ihre Zielgenauigkeit noch einmal verbessert.

CRISPR hinterlässt keine Spuren

Die für das Editieren erforderlichen Elemente – CRISPR-Sonden und Cas-Schneideproteine – werden zwar mit gentechnischen Verfahren in den Zellkern eingeführt. Wenn sie dort jedoch ihre Funktion erfüllt haben, sind sie überflüssig und werden aus der Zelle „entsorgt“. Andere DNA-Fragmente, die manchmal für das Einführen der Editier-Elemente notwendig sind, werden ebenfalls wieder entfernt. Am Ende bleibt eine Pflanze mit minimalen Veränderungen einzelner DNA-Bausteine. Das Verfahren hat keine molekularen Spuren in der Pflanze hinterlassen.

Wenn sich der editierte Bereich im Rahmen dessen bewegt, was sich auch bei spontanen, natürlichen Mutationen ereignen könnte, gibt es keinen rationalen Grund, das Produkt – die Pflanze – als „gentechnisch verändert“ einzustufen. Die große Mehrheit der Wissenschaftler ist sich daher einig: Unter diesen Voraussetzungen sollten editierte Pflanzen so eingestuft werden wie herkömmlich gezüchtete. Verfahrensbezogene Vorschriften, etwa besondere Kennzeichnungs- oder Anbaubestimmungen, wären ohnehin nicht kontrollierbar. Dennoch lehnen gentechnik-kritische Organisationen auch CRISPR und andere Genome Editing-Verfahren ab. Entscheidend für die Bewertung solcher Pflanzen sei nämlich nicht das Produkt, sondern der Prozess, in dem es entstanden ist. Und dabei handele es sich um Gentechnik.

Editierte Pflanzen sind in den USA nicht zulassungspflichtig

Bis ca. 2021 will DuPont Pioneer einen Wachsmais in den USA auf den Markt bringen, dessen Stärke dank eines mittels CRISPR blockierten Gens zu 99 statt nur 70 Prozent aus Amylopektin besteht. Besondere gesetzliche Bestimmungen werden für ihn nicht gelten. Der Wachsmais falle nicht unter das amerikanische Regulierungssystem für gentechnisch veränderte Pflanzen, schrieb die Landwirtschaftsbehörde USDA in einem offiziellen Brief an DuPont Pioneer. Nach der Editierung des Wx1-Gens enthielten die Nachkommen dieser Maispflanzen keine Bestandteile der CRISPR-Werkzeuge. Der einzige Unterschied zu herkömmlichem Mais sei die herbeigeführte Mutation - das blockierte Wx1-Gen.

Ähnliche Bescheide hat die USDA schon mehrfach erteilt, etwa für einen an der Pennsylvania State University entwickelten Speisepilz, bei dem mit CRISPR ein für eine unerwünschte Braunfärbung verantwortliches Gen abgeschaltet wurde. Auch einige mittels TALEN editierte Pflanzen fallen nicht unter die Vorschriften, wie sie in den USA für gentechnisch veränderte Pflanzen gelten.

Sogar einige mittels klassischer Gentechnikverfahren entwickelte Pflanzen fallen laut USDA nicht unter die amerikanische Gentechnik-Regulierung. Das betrifft u.a. eine rosa Ananas (Pink Pineapple), die zwar neu eingeführte Fremdgene enthält. Da diese aber aus anderen Nahrungspflanzen und nicht aus potenziellen Schädlingen oder Krankheitserregern stammen, erfüllt die Ananas die Voraussetzungen für ein verpflichtende Zulassungsverfahren nicht.

In Europa hingegen hat das 25 Jahre alte Gentechnik-Recht weiterhin Bestand, so dass vorerst nicht mit einer Umgehung der Zulassungspflicht für neuartige Pflanzen zu rechnen ist.