Gentechnik 2.0: Alte Probleme, neue Werkzeuge

Rapsfeld. Bild: Bernd Schröder

Genom-Editoren sollen die Pflanzenzucht schneller und genauer machen - und die Akzeptanz der Kundschaft erhöhen. Teil 2

Cibus: "Weltweit akzeptable, nicht-transgene Merkmale für alle wichtigen Nutzpflanzen"

Große Unternehmen der Agrarindustrie erkunden gegenwärtig die Möglichkeiten neuer Genombearbeitungs-Technologien in der Pflanzenzucht, und auch Biotech-Start-ups wollen ihren Teil vom Kuchen. Wie beispielsweise Cibus. SU Canola, eine gegen Sulfonylurea-Herbizide tolerante Rapssorte, war 2016 auf Feldern North Dakotas und Montanas ausgebracht worden. Das Potential ist immens: In Nordamerika werden auf rund neun Millionen Hektar Raps angebaut, Tendenz steigend.

Künftig soll außerdem nicht-transgener Cibus-Flachs auf die Äcker kommen, der gegenüber Glyphosat tolerant ist. Die Entwicklung wurde teilweise vom Flax Council of Canada gesponsort, weil man sich dort eine effektive Unkrautbekämpfung erhofft. Eine ebenfalls in der Entwicklung befindliche Reissorte soll gegen zwei verschiedene Herbizide tolerant gemacht werden.

RTDS von Cibus bedient sich zelleigener DNA-Reparaturmechanismen. Bild: Cibus

Das bei Cibus entwickelte RTDS (Rapid Trait Development System) basiert auf Oligonukleotid-gesteuerter Mutagenese (ODM - oligonucleotide-directed mutagenesis). Bei ODM werden kurze, im Labor synthetisierte DNA-Moleküle - Oligonukleotide - in die Zelle eingeschleust, um an einer bestimmten Stelle im Erbgut gezielt Mutationen auszulösen. Sie tragen die komplementäre Sequenz einer bestimmten Stelle des Genoms der Zielpflanze, an der sie andocken können. Die Sequenz enthält außerdem einen bewusst eingebauten Fehler, der von der Pflanze in das eigene Gen übernommen wird. Die so erzwungene Mutation kann ein Austausch von einzelnen oder wenigen Nukleotidpaaren sein, eine Löschung oder auch ein Einschub von kurzen Fragmenten zelleigener DNA.

Die eingeschleusten Oligonukleotide stellen keine neuen Kombinationen genetischen Materials dar, ihre Sequenz hängt von der Zielsequenz ab. Sie vermitteln die Veränderung des Erbguts, werden aber nicht selbst in das Genom der Pflanze integriert und abgebaut - sie halten sich nur vorübergehend in die Pflanzenzelle auf. Das Verfahren ist für Befürworter mit den herkömmlichen Techniken der Mutagenese gleichzusetzen und bedarf in ihren Augen deshalb auch keiner Regulierung. Denn wie die Mutation in das Genom kam, sei hinterher nicht feststellbar - ein Argument, das auch von Vertretern anderer Genom-Editoren vorgebracht wird und das eine gerechtfertigte Gleichstellung zu den als sicher geltenden, etablierten Zuchtverfahren konstruiert. Der Einwand mag momentan sachlich richtig sein, doch bei der rasanten Entwicklung in der Molekularbiologie wird er nur eine kurzzeitige Gültigkeit haben. An geeigneten Analysewerkzeugen wird bereits erfolgversprechend gearbeitet.

Auch bei Cibus wird immer wieder der nicht-transgene Charakter der Früchte der Technologie unterstrichen, außerdem biete die Methode gegenüber anderen Verfahren weitere Vorteile. So hofft man auf eine breite Akzeptanz der Produktpalette. Im Unternehmen ist man der Meinung, dass ein Lebewesen nur dann als genetisch veränderter Organismus (GVO) bezeichnet werden kann, wenn Fremd-DNA eingeführt wurde - eines der Hauptargumente derjenigen, die neue Genombearbeitungs-Werkzeuge unreguliert sehen wollen. Folglich könne man Cibus-Produkte nicht als GVO deklarieren. Dadurch fühlt man sich auch weder von Marktablehnung bedroht, noch von den für GVO-typischen gesetzlichen Auflagen berührt.

Cibus hatte versucht, den europäischen Meinungsfindungsprozess zu den neuen Technologien zu umgehen, in dem das Unternehmen die Gesetzgeber vor vollendete Tatsachen zu stellen versuchte: über Entscheidungen einzelner Mitgliedstaaten zu den neuen Technologien sowie mit der Überredung zu frühzeitigen Freilandversuchen. Mindestens sechs EU-Mitgliedstaaten wurden von Cibus kontaktiert. Beobachter vermuten, dass damit unterschiedliche Reaktionen zwischen verschiedenen EU-Mitgliedern ausgelöst werden sollten, die letztendlich einen Keil in die notorische Ablehnung auf dem Kontinent treiben.

Auch in Deutschland klopfte Cibus an. 2014 fragte das Unternehmen beim Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) nach, ob der entwickelte herbizidtolerante Raps von Cibus als GVO einzustufen sein würde. In einer ersten Kommunikation wurde Cibus informiert, dass die Bewertung "keine Teilnahme oder aktive Information der Öffentlichkeit oder Einbeziehung anderer Behörden einschließen" würde. Das BVL entschied, dass der Cibus-Raps im Sinne der Gentechnik-Gesetzgebung nicht als GVO einzustufen sei. Beim Bundesamt für Naturschutz (BfN) war man zu einer gegenteiligen Einschätzung gekommen.

In Ermangelung einer Richtlinie, die Klarheit über den Einsatz der neuen Technologien bot, entschied die deutsche Regierung im Frühjahr 2015, dass die Raps-Ölsaaten von Cibus keine GVO sind und Freilandversuche beginnen konnten. Bald kam Post von der EU-Kommission, mit der Bitte, die rechtliche Interpretation abzuwarten. Denn das absichtliche und nicht autorisierte Ausbringen von Pflanzen, die der EU-GVO-Gesetzgebung unterliegen, ist illegal. Seitdem wird eine Stellungnahme der EU-Kommission zum rechtlichen Status der Pflanzen erwartet. Interessenverbände fordern eine Überarbeitung der damit befassten Gesetzgebung in Europa, die angesichts der modernen Technologien des Genome Editing nicht mehr zeitgemäß sei.

Cibus seinerseits informierte die Kommission, dass die Pflanzen bereits in den USA angebaut würden - als ganz normale Pflanzen, mit deren Auftauchen in der internationalen Warenkette deshalb zu rechnen sei, auch in der EU.

Ein Zusammenschluss von 45 deutschen NGOs brachte die BVL-Entscheidung schließlich vor Gericht. Im Juli 2015 informierte das BVL die Kommission, dass die Feldversuche vorerst eingestellt wurden.

Kartoffel: Komplexes Genom erschwert die Züchtung krankheitsresistenter Sorten

Gegen Ende des laufenden Jahrzehnts schließlich wird auch eine Cibus-Kartoffel erwartet, die gegen Kartoffelmehltau (Phythophthora infestans) resistent sein soll, der bei Kartoffeln Kraut- und Knollenfäule hervorrufen und zu drastischen Ernteausfällen führen kann - wie während der Großen Hungersnot in Irland. Sie nahm 1845 ihren Anfang, nachdem der Erreger kurz zuvor aus den USA kommend nach Europa eingeschleppt worden war. Eine Million Menschen fielen dem "Großen Hunger" zum Opfer, doch die Toten gingen nicht allein auf das Konto des Kartoffelmehltaus. Denn damals hatte sich in der Politik die Auffassung durchgesetzt, dass sich der Staat aus Wirtschaftsbelangen möglichst heraushalten sollte, und davon rückten die Herrschenden auch in der Krise nicht ab. Die Folge: Während viele Menschen verhungerten, wurden weiterhin große Mengen an Nahrungsmitteln exportiert.

Auch in anderen Teilen Europas kam es wiederholt zu Kartoffel-Missernten. So vernichtete der Kartoffelmehltau im verregneten Herbst von 1916 einen Teil der deutschen Kartoffelernte, die am Ende bei der Hälfte des Vorjahresertrags lag und zum Kohlrübenwinter 1916/1917 führte. Die zur Bekämpfung eingesetzten Kupferverbindungen fehlten kriegsbedingt. Die fungizide Wirkung synthetischer Dithiocarbamate wurde erst 20 Jahre später entdeckt.

Die Kartoffel ist nach wie vor eine wichtige Nutzpflanze, weltweit sind rund 5.000 Sorten bekannt. 2013 wurden allein in Europa auf 1,74 Millionen Hektar 54 Millionen Tonnen (Weltproduktion: 376 Millionen Tonnen auf 19,3 Millionen Hektar, Stand 2013) produziert: Kartoffeln für den Verzehr, als Saatgut, zur Stärkeherstellung und als Futtermittel. Dem Kartoffelmehltau werden europaweit jährlich verursachte wirtschaftliche Schäden in Form von Ernteausfällen und Extrakosten in einer Höhe von einer Milliarde Euro zugeschrieben. Deshalb werden in Europa seit langer Zeit Anstrengungen unternommen, dem Problem Herr zu werden, bei denen nun auch Genom-Editoren zum Zuge kommen sollen.

Das Genom der Kartoffel gilt als besonders komplex. Die meisten Sorten sind tetraploid, das heißt, sie besitzen vier komplette Chromosomensätze. Eine gezielte Züchtung Phythophthora-resistenter Sorten wird durch die schwierige Genetik der Kartoffel erschwert. Das Kartoffelgenom war 2011 entschlüsselt worden: Wissenschaftler hatten 86 % der 844 Millionen Basenpaare umfassenden Kartoffel-DNA sequenziert. Durch herkömmliche Pflanzenzucht wurden bereits verschiedene resistente Sorten entwickelt, doch die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Erreger der Knollenfäule ist mit Abstrichen bei anderen Eigenschaften erkauft: im Geschmack, bei Form, Farbe und Verarbeitbarkeit. Genome Editing soll nun die gezielte genetische Verbesserung vereinfachen und deutlich schneller als bisher zu Ergebnissen kommen.

Kartoffel. Bild: Amédée Masclef - Atlas des plantes de France, 1891, gemeinfrei

Der Kartoffelmehltau hat eine sehr anpassungsfähige Genetik. Erstaunlich schnell überwindet er die Wirkmechanismen synthetischer Fungizide und durchbricht die in Kartoffeln durch herkömmliche Zucht eingekreuzten natürlichen Resistenzmechanismen. Viele Jahre der Arbeit an erfolgversprechenden Kreuzungen wie den Sorten Bionica und Toluca bieten so nur wenige Jahre Schutz vor der Krankheit. Andere Kartoffeln, wie die ungarische Sarpo Mira mit mindestens fünf Resistenzgenen, können sich zwar des Kartoffelmehltaus effektiv erwehren, doch werden ihnen schlechte kulinarische Eigenschaften bescheinigt. Sarpo Mira war noch von der Sowjetunion als robuste Sorte in Auftrag gegeben worden, die mit rauem Klima und Krankheiten fertig wird und ohne teuren Pestizideintrag gedeiht. Ihre Entwicklung dauerte mehr als 40 Jahre.

Seine enorme Sporenproduktion und schnelle Vermehrung verschärfen das Problem des Kartoffelmehltaus: Pro Saison können bis zu 20 Generationen aufeinander folgen. Erfolglose Zuchtversuche von resistenten Arten und die Entwicklung synthetischer Pestizide verlagerten den Schwerpunkt der Kartoffelmehltau-Bekämpfung auf die Chemie. Die Bauern Europas wehren sich heute mit massivem Fungizideinsatz. Aus 10-15 normalen Sprühungen können in feuchten Sommern schnell 25 werden.

Rein in die Kartoffeln, raus aus den Kartoffeln

Genetische Manipulationen werden an der Kartoffel bereits seit mehr als 20 Jahren praktiziert. 1995 führte Monsanto die transgene NewLeaf-Kartoffel ein, die erste genetisch veränderte Nutzpflanze des Unternehmens. Sie sollte den Angriffen des Kartoffelkäfers widerstehen. Zu diesem Zwecke wurden Gene aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis eingebaut, die für die Produktion des Bt-Toxins sorgen. Die insektenresistenten Kartoffeln fanden jedoch nur einen kleinen Markt. 2001 stoppte Monsanto den Verkauf von NewLeaf-Saatgut.

Die Ablehnung von transgenen Kartoffeln durch den Markt hat die Entwicklung neuer Merkmale in der jüngeren Vergangenheit ausgebremst. Ein Beispiel: die Amflora-Kartoffel der BASF Plant Science. Sie sollte als nachwachsender Rohstoff für die Stärkeproduktion etabliert werden. Dafür wurde die Bildung von Amylose in der Kartoffel abgeschaltet, die von nun an nur noch das in einigen Industriezweigen gefragtere Amylopektin produzierte. Das Gericht der Europäischen Union zog die Zulassung 2013 zurück.

Wegen der mangelnden Akzeptanz in Europa hatte die BASF Plant Science bereits 2012 ihre für den europäischen Markt entworfenen Biotechnologieprojekte eingestellt und den Standort nach Nordamerika verlagert. Das bedeutete auch das Ende der neu entwickelten Sorte Fortuna. Sie basierte auf einer südamerikanischen, gegen Phythophthora infestans resistenten Wildkartoffel, bei der mehrere für die Resistenz verantwortlichen Gene identifiziert und zwei von ihnen in Fortuna eingebaut worden waren. Damit sollte sich der Fungizideinsatz der Landwirte zurückfahren lassen, der im Kartoffelanbau besonders bei schlechten Wetterbedingungen zu Buche schlägt.

"Die Kartoffeln der Pandora"

In den USA wurde die Entwicklung von der J.R. Simplot Company aufgegriffen, einem führenden Agrarunternehmen der Vereinigten Staaten, das unter anderem Fastfoodketten mit Kartoffeln beliefert - 2005 beispielsweise zuständig für mehr als die Hälfte aller Pommes frites, die bei McDonald's über die Ladentheke gingen.

Die Sorten Russet Burbank, Ranger Russet und Atlantic der Innate-Generation 2- Produktlinie hatten im Februar 2017 alle nötigen Prozeduren für eine Zulassung erfolgreich durchlaufen. Das Unternehmen wirbt mit den für Züchter vorteilhaften Merkmalen wie weniger graubraune Druckstellen und verminderte Schwarzfleckigkeit, ein geringerer Asparagin-Gehalt, Schutz vor dem Erreger der Knollenfäule sowie einer verbesserten Kühllagerfähigkeit. Mit der Phythophthora-Resistenz sollen die Einsparungen beim Fungizideinsatz zwischen 25-45 % liegen.

Ein Versprechen der Kartoffeln der ersten Generation Innate, die bis auf die Phythophthora-Resistenz und optimierte Lagerfähigkeit im Kühlhaus bereits die gleichen installierten Merkmale wie ihre Nachfolgerinnen der zweiten Innate-Generation aufweisen, hatte bei ihrer Vorstellung für Schlagzeilen gesorgt. Die geringeren Konzentrationen der Aminosäure Asparagin und bestimmter reduzierender Zucker sollten dafür sorgen, dass sich die Bildung von gesundheitsschädlichen Acrylamiden während der Behandlung bei höheren Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Frittieren auftreten, um 90% oder mehr reduzieren lässt. Die damit befassten Stoffwechselwege der Kartoffel wurden manipuliert, in dem daran beteiligte Enzyme per RNA-Interferenz (RNAi) abgeschaltet wurden.

Doch auch in Nordamerika nimmt die Kontroverse rund um Genfood zu, trotz der neu eingebauten, kundenfreundlichen Merkmale und der betonten Distanz zur transgenen Gentechnik: Food & Water Watch, ein Washingtoner NGO, hatte McDonald's mit einer "No McFrankenfries for me"-Petition aufgefordert, die Innate-Kartoffeln nicht ins Angebot zu nehmen, worauf sich die Fastfoodkette auch einließ. Und obwohl Innate-Kartoffeln bereits in 4000 Supermärkten in 40 Staaten der USA verkauft werden, hält sich das Interesse an den neuen Biotech-Knollen in Grenzen. Zulassungen gibt es bisher in Kanada und Japan, in China, Malaysia, Mexiko, Singapur, Südkorea, Taiwan und auf den Philippinen wird darüber nachgedacht.

Im Oktober 2018 meldete sich überraschend einer der Schöpfer der Innate-Kartoffeln in Buchform zu Wort. Caius Rommens, ehemaliger Chef der Biotech-Forschungsabteilung von J.R. Simplot, geht hart mit sich selbst und seinem Schaffen ins Gericht. Er hatte jahrelang geglaubt, dass ihn seine theoretischen Kenntnisse über Kartoffeln dazu befähigten, diese auch zu verbessern. Heute ist er davon überzeugt, dass das einer seiner größten Irrtümer war.

Niederlande: Die nationale DuRPh-Kartoffel

Aus Furcht vor Einbußen auf dem Feld der Wettbewerbsfähigkeit entschloss sich die niederländische Regierung 2005, der Entwicklung einer nationalen, genombearbeiteten Kartoffel finanziell unter die Arme zu greifen. Während die Kartoffelindustrie Investitionen in das DuRPh-Projekt (Durable Resistance to Phythophthora) ablehnte, wurde die Entwicklung einer cisgenen, gegen den Erreger der Knollenfäule resistenten Kartoffel vollständig aus öffentlichen Geldern finanziert. Zehn Millionen Euro gingen an die Universität Wageningen, ein Zehntel des Budgets war für die begleitende Kommunikation reserviert, da man von vornherein mit Widerstand rechnete.

Zusätzlich hinderlich für mögliche Sponsoren: die ungeklärte Haltung der EU-Gesetzgeber. Eine Einordnung als GVO-Technologie wäre gleichbedeutend mit dem kommerziellen Ende der neuen Kartoffel in Europa. Deshalb hatte das Heraushalten der Cisgenese aus der GVO-Gesetzgebung oberste Priorität bei der niederländischen Regierung. Doch im Sommer 2015 kam das Ende - die Industrie konnte nicht dazu bewegt werden, in eine Fortsetzung des Projekts zu investieren. Im Falle einer Ausnahmeregelung für Cisgenese in der EU ließe sich das jedoch schnell wieder ändern.

Beitrag im Kampf gegen den Welthunger? USAID-Kartoffeln für Bangladesch

Ende 2016 hat das Bangladesh Agricultural Research Institute (BARI) die Kommerzialisierung einer Phythophthora-resistenten Kartoffel beantragt. Die beteiligten Züchter arbeiteten seit 2006 an der Kartoffel. Das Resistenz-Gen stammt von Wildsorten, die in den USA in die Sorte Katahdin eingearbeitet wurde. Diese wiederum wurde mit den in Bangladesch populären Sorten Diamant and Cardinal gekreuzt.

Welthunger-Karte 2018. 821 Millionen Erdbewohner haben nicht ausreichend zu essen. Die Zahl der Hungernden weltweit nimmt wieder zu. Bild: Welternährungsprogramm der Vereinten Nationen

Die Kartoffel wurde in einer Zusammenarbeit des BARI mit dem Agricultural Biotechnology Support Project II entwickelt, einem von der Behörde der Vereinigten Staaten für internationale Entwicklung USAID gesponsortem Konsortium aus öffentlichen und privaten Institutionen. Erst 2015 hatte die USAID eine Kooperationsvertrag im Volumen von 5,8 Millionen US-Dollar an die Michigan State University vergeben, Ziel: die Entwicklung einer Phythophthora-resistenten Kartoffel für Bangladesch und Indonesien. Der Zuschuss unterstützt die Arbeit von USAID unter Feed the Future, der weltweiten Hunger- und Nahrungsmittelsicherheitsinitiative der US-Regierung. Mit im Boot: Simplot.

Bangladesch produziert jährlich neun Millionen Tonnen der Knollen, und ein großer Teil geht in den Export. Das Land ist der siebtgrößte Kartoffelproduzent der Welt, gleich nach Deutschland. Nach Weiterleitung des Genehmigungsantrags durch das Landwirtschaftsministerium an den zuständigen Ausschuss für die biologische Sicherheit und einem OK durch die nationalen Biosicherheitsbehörde wäre die neue Kartoffel nach der Zulassung transgener Auberginen der Sorte Bt Brinjal im Jahre 2013 die zweite in Südasien kommerziell zur Ernährung angebaute GVO-Nutzpflanze.

Unterdessen schickt sich Nachbar Indien an, seine erste zu Zwecken der Nahrungsmittelerzeugung genetisch veränderte Nutzpflanze zu kultivieren: Senf. Transgene Baumwolle wurde schon 2002 zugelassen. Wenn das Genehmigungs-Procedere durchstanden ist, soll die ertragreichere GVO-Sorte für größere Ernten sorgen und die Importabhängigkeit auf dem Sektor der Pflanzenöle lindern - ein Ziel, an dessen Ernsthaftigkeit Beobachter allerdings zweifeln. (Bernd Schröder)