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Health & Life Sciences

Skalpell statt Schrotflinte

Mit der nobelpreisgekrönten Technologie CRISPR-Cas9 könnte die Landwirtschaft revolutioniert werden. Doch noch stehen gesetzliche Hürden im Weg. Eine Diskussion lohnt sich, sagen Forscher, wenn Deutschland führend in der Pflanzenforschung bleiben will.

Der Braunrost ist ein unbeliebter Gast auf einer der wichtigsten Kulturpflanzen weltweit, dem Weizen. Der Pilz breitet sich rasch aus und bedeckt die Blätter oft weitflächig; die Weizenpflanze kann das Sonnenlicht kaum mehr nutzen, um Nährstoffe umzuwandeln. Die Folge: Die Pflanze produziert minderwertige Körner. Der Ertrag bricht ein.

Es gibt zahllose Arten von Pilzen, die vor allem verschiedene Getreidesorten befallen. Besonders Ökobauern haben vermehrt mit den Pilzen zu kämpfen, da sie keine Pestizide verwenden und so weniger Möglichkeiten haben, ihre Pflanzen zu schützen. Aber auch konventionelle Landwirte bekommen zunehmend Probleme, weil bei vielen Pestiziden die Zulassung nicht verlängert wird. „Zusammen mit dem Klimawandel bringt der Schädlingsbefall die Landwirtschaft stark in Bedrängnis“, sagt Professor Holger Puchta, Leiter des Botanischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Nach einer kurzen Pause fügt er hinzu: „Im Grunde steht die Ernährung der Menschheit auf der Kippe.“

Nobelpreisprämierte Lösung

Abhilfe schaffen könnte eine recht neue Technologie, bekannt unter dem Stichwort „CRISPR-Cas9“. Sie hat laut Experten das Potenzial, Landwirtschaft und Medizin grundlegend zu revolutionieren. Im Jahr 2020 erhielten die Französin Emmanuelle Charpentier und die US-Amerikanerin Jennifer Doudna den Chemie-Nobelpreis für die Entwicklung von CRISPR-Cas9 – acht Jahre zuvor hatten die beiden Forscherinnen die Technologie erstmals entschlüsselt und beschrieben. Häufig wird CRISPR-Cas9 als „Genschere“ bezeichnet – und genau das ist sie im Grunde auch. Allerdings eine enorm präzise Genschere.

Prof. Dr. Matin Qaim,
Georg-August-Universität Göttingen
Prof. Dr. Matin Qaim,
Georg-August-Universität Göttingen

Das CRISPR-Cas9-Verfahren besteht grundsätzlich aus zwei RNA-Molekülen, die sogenannte CRISPR- und die sogenannte tracrRNA, und einem Protein namens Cas9. RNA-Moleküle sind Träger von Erbinformationen und können sich an entsprechende Abschnitte des Erbguts (DNA) anlagern. Die RNA-Moleküle, insbesondere die tracrRNA, wirken im Grunde wie eine Art Zielfernohr, das heißt, sie führen den Molekülkomplex an die richtige Stelle der DNA. Jetzt kommt das Cas9-Protein zum Zuge: Wie eine Schere kann es beispielsweise Sequenzen aus dem Erbgut herausschneiden und damit ein Gen gezielt ausschalten oder über weitere Zwischenschritte ein neues Gen eingebringen. Solche Veränderungen gibt es im Erbmaterial ständig, sie geschehen zufällig und heißen Mutationen. „Diese zufälligen, winzigen Veränderungen sind enorm wichtig für die Weiterentwicklung. Ohne Mutationen hätten wir keine Evolution“, sagt Matin Qaim, Professor für Agrarökonomie an der Uni Göttingen.

In der Pflanzenzucht versucht man schon seit Hunderten von Jahren durch händische Auslese und Kreuzung, die Evolution ein Stück weit in die gewünschte Richtung zu steuern. Und weil es sehr lange dauert, auf eine erwünschte zufällige Mutation zu warten, wird seit Jahrzehnten bei der Züchtung unter anderem mit radioaktiver Strahlung und Chemikalien nachgeholfen. Anschließend sucht man diejenigen Pflanzen heraus, bei denen die gewünschte Mutation eingetreten ist – und hofft, dass andere ausgelöste Mutationen nicht etwas Grundlegendes verändert haben. Die klassische Züchtung ist langwierig und mit vielen Nebeneffekten behaftet. Mit CRISPR-Cas9 können die Pflanzenforscher hingegen die gewünschten Mutationen gezielt herbeiführen, was deutlich schneller geht.

Nutzen bleibt bisher aus

Doch die Bauern Europas haben davon bislang nichts. Denn 2018 entschied der Europäische Gerichtshof, dass Pflanzen- und Saatgutzüchtungen, bei denen CRISPR-Cas9 zum Einsatz kommt, grundsätzlich als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) einzustufen sind. Weil bei neuen GVO strenge Begrenzungen gelten, ist es für europäische Bauern im Grunde unmöglich, entsprechendes Saatgut zu verwenden.

Dies jedoch wird von der Wissenschaft zunehmend kritisiert. „Umfangreichere Veränderungen im Erbgut, die nicht auch auf natürlichem Wege entstehen, könnte man strikter regulieren. Aber die Punktmutationen durch CRISPR-Cas9 würde ich nicht dazu zählen, sie sind im Grunde nur gezielte Züchtungen“, sagt Matin Qaim. Er glaubt, dass CRISPR-Cas9 helfen könnte, den Einsatz von giftigen Pestiziden in der konventionellen Landwirtschaft deutlich zu senken. „Und der Ökolandbau, dessen Ausbau die EU-Kommission in ihrer Farm-to-Fork-Strategie fördern will, könnte mithilfe von CRISPR-Cas9 den Ertrag steigern. Das würde dazu führen, dass wir nicht noch mehr Ackerflächen brauchen“, sagt Qaim. Nicht zuletzt sei die Ausdehnung von Ackerland in Naturräume ein wesentlicher Treiber des globalen Klimawandels und des Artenschwunds. Holger Puchta vom KIT pflichtet bei: „Man findet ungefähr 100 Mutationen in jedem neuen Getreidekeim, mit CRISPR-Cas9 fügt man eine hinzu, das geht im Grundrauschen unter. Mit Strahlung und Chemikalien kommen mehrere Tausend hinzu. Letzteres ist eine Schrotflinte, CRISPR-Cas9 ist ein Skalpell. Es ist paradox, dass ausgerechnet die Freilandanwendung von CRISPR-Cas9 in Europa gesetzlich verhindert wird.“

Prof. Dr. Holger Puchta,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Prof. Dr. Holger Puchta,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Forscher kämpfen für mehr Möglichkeiten

Vor Kurzem haben Wissenschaftler eine von der Europäischen Kommission in Auftrag gegebene Studie zum Thema veröffentlicht. Auch darin wird betont, dass Methoden wie CRISPR-Cas9 womöglich ein Schlüssel sind, um die künftige Nahrungsmittelknappheit zu verhindern und der durch den Klimawandel zunehmend unter Druck geratenen Landwirtschaft zu helfen. „Die Europäische Kommission ist zu großen Teilen schon überzeugt, dass die gesetzlichen Begrenzungen überarbeitet werden müssen“, sagt Puchta. Allerdings brauche es für eine Änderung der Rahmenbedingungen auch das Parlament. Und das könne einige Monate oder auch Jahre dauern, bis es einen Konsens gebe.

Matin Qaim glaubt, dass mit CRISPR-Cas9 sogar die Vielfalt auf den Äckern wieder hergestellt werden kann. „Heute gibt es die hochgezüchteten Weizen-, Mais- und Sojabohnensorten. Viele andere Kulturarten, darunter Erbsen, Bohnen oder Linsen, sind ins Hintertreffen geraten, es lohnt sich für Bauern kaum noch, sie anzubauen. Mit CRISPR-Cas9 könnte man in vielen Bereichen diesen Rückstand aufholen“, sagt Qaim.

Das – und jegliche andere Anwendung von CRISPR-Cas9 – braucht natürlich Forschung. Doch die ist in Deutschland und in Europa wegen der gesetzlichen Lage nur eingeschränkt möglich. „Man kann mit CRISPR-Cas9 hierzulande im Gewächshaus gut züchten und forschen. Aber auf dem freien Feld ist das kaum möglich“, erklärt Professor Andreas Houben vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung. Sein Kollege Puchta aus Karlsruhe ist etwas ernüchtert: „Wir sind in der Agrarforschung in Deutschland grundsätzlich weltweit mit an der Spitze. Aber beim Thema CRISPR-Cas9 sind die Forscherinnen und Forscher in China und in den USA bereits viel weiter. Je länger das EU-Verbot andauert, umso stärker verliert Europas Forschung den Anschluss.“

Prof. Dr. Andreas Houben,
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung
Prof. Dr. Andreas Houben,
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung

Warten auf den Startschuss

Noch haben die deutschen Züchter nicht resigniert. Unter dem Projektnamen Pilton hat die Gemeinschaft zur Förderung von Pflanzeninnovationen gemeinsam mit knapp 60 Unternehmen der Pflanzenzüchtung in Deutschland ein Forschungsprojekt gestartet, in dem sie mittels CRISPR-Cas9 die Pilztoleranz von Weizenpflanzen erhöhen wollen. Die Forschung läuft im Gewächshaus bislang vielversprechend an. Doch wenn die europäischen Gesetze unverändert bleiben, werden die Pflanzen zumindest in Europa niemals großflächig auf den Äckern eingesetzt werden. Professor Holger Puchta bleibt dennoch optimistisch: Die Argumente, die die Wissenschaft habe, würden am Ende auch die Politik überzeugen, glaubt er. Und damit die Bahn frei machen, dass CRISPR-Cas9 einen Beitrag dazu leisten kann, die Welternährung zu sichern.


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