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FAQs zu neuen Züchtungstechniken

Ist der Einsatz von technischen Methoden in der Pflanzenzüchtung eine neue Entwicklung?

Nein, technische Methoden sind schon lange in der herkömmlichen Pflanzenzüchtung im Einsatz. Seit etwa 1930 werden radioaktive Strahlung und erbgutverändernde Chemikalien in der sogenannten Mutationszüchtung eingesetzt, um für die Landwirtschaft nützliche erbliche Veränderungen in Kulturpflanzen zu erzeugen. Weiterhin wird seit Jahrzehnten versucht, natürliche Befruchtungsbarrieren zu überwinden, indem man Gewebekulturtechniken, Pflanzenhormone, Chemikalien, mechanische Verfahren wie z.B. Bestäubung von Blütenknospen, Hitzeschockbehandlungen, Änderungen der atmosphärischen Bedingungen während der Befruchtung oder chirurgische Methoden einsetzt. Neuere Biotechniken, z.B. molekulare Marker, werden begleitend genutzt, um herkömmliche Kreuzungen gezielter durchführen zu können.

Was ist genome editing?

Unter dem Begriff genome editing werden folgende neue Züchtungstechniken zusammengefasst: Zinkfinger-Nukleasen, TALEN, CRISPR-Cas9 sowie die Oligonukleotid-gesteuerte Mutagenese (OGM; engl.: ODM).

Verfahren des genome editings können sehr gezielte Veränderungen im Genom des Zielorganismus auslösen. Dafür sind zwei Komponenten nötig: Eine "Eiweißschere" (Nuklease), welche die Erbinformation des Zielorganismus, die DNA, schneidet, und ein „Lotse“, der diese Nuklease an die gewünschte Stelle des durchzuführenden Schnittes leitet. Der „Lotse“ kann selbst ein Stück DNA beinhalten (OGM), eine RNA (CRISPR-cas9) oder ein Eiweiß (Zinkfinger Nuklease, TALEN). Dabei wird der „Lotse“ passgenau synthetisch so hergestellt, dass er die gewünschte Stelle im Genom des Zielorganismus „erkennt“. Die Nuklease kann entweder von außen in die Zelle eingebracht werden (CRISPR-cas9, TALEN, Zinkfinger-Nuklease) oder natürlicherweise in der Zelle vorhanden sein (OGM). Allen genome editing Techniken gemein ist, dass man eine Veränderung des Genoms des Zielorganismus an einer gewünschten Stelle erzeugt, aber keine der eingebrachten Moleküle selbst an dieser Stelle in das Genom eingebaut werden. Die Veränderung wird vielmehr durch die Aktivität der Pflanzenzelle selbst hervorgerufen, indem die Zelle den durch die Nuklease hervorgerufenen Schnitt eigenständig repariert.

Welche neuen Züchtungstechniken neben den Verfahren des genome editings gibt es?

Die neuen Züchtungstechniken umfassen neben den vier Techniken des genome editings auch folgende Techniken: Cisgenese, Agroinfiltration, Pfropfungen mit gentechnisch veränderter Unterlage oder Pfropfreis, RNA-abhängige DNA-Methylierung und die sogenannte reverse Züchtung.

Unter Cisgenese wird das Übertragen von DNA verstanden, bei dem Spender- und Empfängerorganismus der gleichen Art angehören. Das kann sinnvoll sein, wenn man z.B. die Wirkung eines pflanzeneigenen Genes verstärken will, indem man noch eine Kopie dieses Genes einbringt. Unter Agroinfiltration versteht man eine Technik, die einer Bakterienspezies das Eindringen in ein Pflanzengewebe erlaubt. Diese Bakterien wurden vorher so behandelt, dass sie Träger von Fremd-DNA sind. Agroinfiltration führt je nach Anwendung zur Ausprägung eines Fremdgens in einzelnen Pflanzenteilen oder in der gesamten Pflanze. Pfropfen ist eine gärtnerische Veredelungstechnik, bei der ein Edelreis auf eine Unterlage mechanisch aufgesteckt wird. Bei guter Schnittführung der Veredelung wachsen die Teile zusammen. Beim Pfropfen geht es um die Frage, ob das Produkt einer gepfropften Pflanze gentechnisch verändert ist, wenn nur ein Teil dieser Pflanze (also entweder die Unterlage oder der Pfropfreis) gentechnisch verändert ist. Bei der RNA-abhängigen Methylierung wird durch das Einbringen von RNA-Segmenten die Aktivität von Genen beeinflusst, ohne dass diese in ihrer Nukleinsäurestruktur verändert werden. Bei der reversen Züchtung schließlich bringt man temporär eine Fremd-DNA in die Pflanze ein. Diese eingebrachte Fremd-DNA wird aber anschließend herausgezüchtet und ist im Endprodukt des Züchtungsganges nicht mehr vorhanden.

Worin unterscheidet sich genome editing von herkömmlichen Verfahren der Pflanzenzüchtung?

Bei der herkömmlichen Pflanzenzüchtung werden Veränderungen im Pflanzengenom genutzt, ohne dass genau bekannt wäre, an welcher Stelle im Genom die Veränderung vorliegt. Man spricht dabei von fehlender Ortsspezifität. Daher müssen in einem Selektionsprozess aus vielen unerwünschten Veränderungen die Erwünschten herausgelesen werden.

Beim genome editing dagegen soll ein Gen vorherbestimmt und zielgenau verändert werden. Wie sich die Veränderung an dieser definierten Stelle jedoch gestaltet, hängt davon ab, wie die genome editing Werkzeuge eingesetzt werden: Der Lotsenteil der genome editing Werkzeuge sorgt zunächst dafür, dass der Nuklease-Anteil sich an einer gewünschten Stelle anlagert und dort einen Bruch in den DNA-Strang setzt. Jetzt kommt es darauf an, wie dieser Bruch von der Zelle repariert wird: Überlässt man es der Zelle, so wird dieser Bruch dergestalt repariert, dass an der betroffenen Stelle häufig eine Punktmutation entsteht (Typ I). Man kann hingegen auch ein Stück synthetische DNA in die Zelle einschleusen, die identisch zur ursprünglichen Sequenz an dieser Stelle ist, mit lediglich ein oder wenigen Nukleotiden Abweichung. Die Zelle nutzt diese DNA dann als Vorlage, um den Bruch zu schließen mit dem Ergebnis, dass die enthaltene Veränderung übernommen wird (Typ II). Schließlich ist es möglich, eine synthetische DNA in die Zelle zu geben, die neben der ursprünglichen Sequenz ein größeres Stück Fremd-DNA beinhaltet. Auch dieses wird dann von der Zelle bei der Reparatur in den Bruch hinein synthetisiert (Typ III).

Kann man die Anwendung von genome editing im Zielorganismus nachweisen?

Das hängt von der Art des genome editing ab. Typ I und Typ II des genome editings sind nicht von herkömmlichen Verfahren der Mutagenese oder natürlichen Mutationen zu unterscheiden. Durch Typ III synthetisiert die Zelle den Lückenschluss nach Vorgabe einer Fremd-DNA, die dann nachgewiesen werden könnte.

Kann man bei Anwendungen von genome editing Änderungen ausschließen, die nicht zielgerichtet ablaufen?

Änderungen an unerwünschten Orten im Genom erfolgen dann, wenn der DNA-Bruch nicht wie beabsichtigt an einer vorgesehenen Stelle, sondern zusätzlich an einer oft dem beabsichtigten Ort sehr ähnlichen Stelle erfolgt (sogenannte off-targets). Durch genaue Wahl der Zielsequenz mit bioinformatischen Analysen können solche Ungenauigkeiten minimiert werden. Ein absoluter Ausschluss von off-target-Mutationen ist derzeit nicht möglich. Verglichen mit herkömmlichen Verfahren der Mutagenese ist die Zahl solcher unerwünschten Mutationen aber beim genome editing um Größenordnungen kleiner – immerhin ist der Ort der Veränderung bei der chemischen und radioaktiven Mutagenese überhaupt nicht beeinflussbar.

Werden beim genome editing Fremdgene eingesetzt?

Nur beim Typ III des genome editing verschließt die Zelle den DNA-Bruch nach Vorgabe einer synthetischen DNA, die als Vorlage in die Zelle eingebracht wird. Daher enthält die jetzt reparierte DNA eine Sequenz, die identisch zu einem Fremdgen sein kann. Bei den editing Verfahren des Types I und II werden solche Sequenzen nicht eingesetzt.

Warum ist genome editing so interessant für Züchter?

Durch die mittlerweile sehr effizienten und preiswerten Sequenzierungstechniken sind die Genome zahlreicher Kulturpflanzen bekannt. Durch Kenntnis der Funktionen vieler Gene können diese daher nun gezielt ausgesucht und verändert werden. So können etwa Gene, die für die Bildung von nicht bekömmlichen Pflanzenstoffen verantwortlich sind, gezielt abgeschaltet werden, ohne langwierig nach Pflanzen suchen zu müssen, in denen dieses Gen aufgrund einer natürlichen Mutation zufällig nicht vorhanden ist (Mutante). Auch pflanzliche Eiweiße, welche von Schadorganismen für ihren Angriff auf die Pflanze ausgenutzt werden, könnte man so verändern, dass der Infektionsweg unterbrochen ist. Damit ist diese Technik ein wichtiges Werkzeug für die Resistenzzüchtung. Umgekehrt könnten Resistenzmechanismen, welche während der Züchtung von der Wildpflanze zur Kulturpflanze verlorengegangen sind (z.B. durch ungewollte Mutation) durch eine erneute Veränderung wiederhergestellt werden. Vor allem die CRISPR-cas9 Technik ist hier von großem Potential, da die Anwendung im Labor technisch sehr einfach, kosteneffizient und effektiv ist.

Erzeugen neue Züchtungstechniken gentechnisch veränderte Organismen (GVO) und unterliegen diese damit dem Gentechnikrecht?

Ob neue Züchtungstechniken GVO erzeugen und die so erzeugten Produkte in der Konsequenz dem Gentechnikrecht unterliegen, lässt sich für die meisten Techniken nicht pauschal beantworten. Es kommt nämlich nach Auffassung des BVL nicht nur darauf an, dass bei der Anwendung der Technik eine genetische Veränderung durch Menschenhand erzeugt wird, sondern auch darauf, dass die erzeugte Veränderung auf natürliche Weise nicht hätte entstehen können. Daraus folgt, dass die meisten neuen Züchtungstechniken, darunter CRISPR-Cas9, je nach Anwendung sowohl GVO als auch Nicht-GVO erzeugen können.

Können Verfahren der neuen Züchtungstechniken auch im Ökolandbau eingesetzt werden?

Wenn der Einsatz der neuen Züchtungstechniken nicht zu GVO führt, können diese auch im Ökolandbau eingesetzt werden. Dieses Ergebnis mag auf den ersten Blick überraschen, fügt sich jedoch zwanglos in die bestehende europäische Rechtssystematik ein: Die EG-Ökobasisverordnung behandelt gemäß Artikel 2t auch solche Organismen nicht als GVO, deren genetische Veränderung
z.B. durch radioaktive Bestrahlung oder chemische Stoffe hervorgerufen wurde (sogenannte Mutagenesezüchtung). Das Verbot der Verwendung von GVO in der Ökoproduktion aus Artikel 9 der EG-Ökobasisverordnung gilt mithin für solche Organismen nicht.

Schon heute erhalten also viele Lebensmittelprodukte das EU-Öko-Siegel, deren Bestandteile mithilfe radioaktiver Strahlung oder chemischer Stoffe genetisch verändert wurden.

Sollten Produkte der neuen Züchtungstechniken gekennzeichnet werden?

Für GVO existieren bereits umfangreiche Kennzeichnungspflichten. Diese Pflichten wären auch gültig, wenn die GVO durch neue Züchtungstechniken bzw. durch genome editing erzeugt würden. Sofern diese Techniken aber keine GVO erzeugen, gibt es keine Kennzeichnungspflicht.

Wie hat sich die Europäische Kommission zu rechtlichen Fragen im Zusammenhang mit den Neuen Züchtungstechniken positioniert?

Die Europäische Kommission hat bislang noch keine rechtliche Einordnung der neuen Züchtungstechniken vorgenommen. Sie hat angekündigt, im Laufe des Jahres 2016 eine juristische Stellungnahme als Interpretationshilfe zur Einordnung veröffentlichen zu wollen.

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