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FAQ Gentechnik

Genome Editing

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.

Kennzeichnungspflicht gentechnisch veränderter Organismen (GVO)

Kennzeichnung von GVO

Gentechnisch veränderte Organismen (GVO) sowie Lebensmittel und Futtermittel, die aus GVO bestehen, diese enthalten oder daraus hergestellt werden, müssen nach der EU-Verordnung (EG) Nr. 1830/2003 gekennzeichnet werden. Saatgut von gentechnisch veränderten Pflanzen muss außerdem gekennzeichnet werden, ebenso wie zum Beispiel gentechnisch veränderte Schnittblumen oder gentechnisch veränderte Zierfische (falls sie in den Verkehr gebracht werden dürften).

Von der Kennzeichnungspflicht ausgenommen sind Produkte, die von Tieren stammen, die mit gentechnisch veränderten Futtermitteln gefüttert wurden und auch Lebensmittel, die zufällige oder technisch unvermeidbare Spuren von GVO oder daraus hergestelltem Material bis zu einem Anteil von höchstens 0,9 Prozent enthalten. In letzterem Fall müssen die betroffenen Unternehmer nachweisen, dass sie geeignete Schritte unternommen haben, um das Vorhandensein von Verunreinigungen mit GVO zu vermeiden. Gleiches gilt für den Umgang mit Futtermitteln. Mehr zum Thema 'Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit von GVO' auf bvl.bund.de

Rückverfolgbarkeit von GVO

Jeder Hersteller und Händler von Lebensmitteln muss dokumentieren, wohin er seine Ware geliefert und von wem er welche Rohstoffe bekommen hat. Diese Verpflichtung gilt generell für Lebensmittel und dient der so genannten Rückverfolgbarkeit eines Lebensmittels „vom Feld zum Teller“ und „vom Teller zum Feld“. Gleiches gilt für Futtermittel.

Durch die Regelungen der Verordnung (EG) Nr. 1830/2003 gilt das Prinzip der Rückverfolgbarkeit darüber hinaus auch für gentechnisch veränderte Organismen, die nicht als Lebensmittel oder Futtermittel verwendet werden, z. B. Saatgut von gentechnisch veränderten Pflanzen. Mehr zum Thema 'Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit von GVO' auf bvl.bund.de

Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit mit spezifischen Erkennungsmarkern

Damit die Verpflichtungen zur Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit für GVO und von gentechnisch veränderten Lebensmitteln und Futtermitteln erfüllt werden können, erhält jeder GVO, der in der EU in Verkehr gebracht wird (d.h. eine Marktzulassung hat), einen spezifischen Erkennungsmarker (unique identifier). Ein spezifischer Erkennungsmarker ist ein Code aus Zahlen und Buchstaben, der über die Identität des GVO Auskunft gibt. Die eindeutige Bezeichnung von GVO regelt die EU-Verordnung (EG) Nr. 65/2004. Praktische Beispiele sind: MON-Ø4Ø32-6 für eine gentechnisch veränderte Sojabohne der Firma Monsanto oder FLO-40689-6 für eine gentechnisch veränderte Nelke der Firma Florigen.

Dieser Erkennungsmarker oder die Kurzbezeichnung des GVO ist in allen Dokumenten enthalten, die eine Ware über die gesamten Produktions- und Vertriebskette hinweg vom Hersteller bis zum Endverkäufer begleiten. Dies können z. B. Lieferscheine sein. Ein GVO-Produkt ist mit Hilfe diese Erkennungsmarkers also lückenlos bis zu seinem Herkunftsort zurückverfolgbar.

Eine besondere Bedeutung hat die Rückverfolgbarkeit über Erkennungsmarker bei Produkten, die keine nachweisbare DNA (Erbgut) mehr enthalten wie z.B. Öle oder Zucker und daher nur anhand ihrer Erkennungsmarker in den Dokumenten identifiziert werden können. Mehr zum Thema 'Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit von GVO' auf bvl.bund.de

Siegel "Ohne Gentechnik" .

Da eine verbindliche Kennzeichnung für Produkte von Tieren, die mit gentechnisch veränderten Futtermitteln gefüttert wurden, bislang auf europäischer Ebene nicht möglich ist, hat das BMEL 2008 die Regelung für eine freiwillige "Ohne Gentechnik"-Kennzeichnung von Lebensmitteln eingeführt. Das Siegel wird vom Verband "Lebensmittel ohne Gentechnik e.V." (VLOG) vergeben, dem das BMEL die Markenrechte übertragen hat. Das BVL ist bei der Vergabe und Kontrolle der mit dem Siegel gekennzeichneten Produkte nicht beteiligt. Weitere Informationen zum Siegel finden Sie auf den Seiten des Bundesministeriums oder auf der betreffenden Seite auf bvl.bund.de.

„GVO-frei“-Zertifikate

Verwendung des Begriffs „GVO-frei“
Beim Export/Import von Lebens- und Futtermitteln oder Saatgut wird neben den gesetzlich vorgeschriebenen Warenbegleitdokumenten von importierenden Ländern oder Händlern teilweise eine gesonderte Bescheinigung über die „GVO Freiheit“ der Ware vom Exporteur verlangt. Der Begriff „GVO-frei“ ist hierbei häufig nicht klar definiert und ist von der „Ohne Gentechnik“-Auslobung gemäß EG-Gentechnik-Durchführungsgesetz (EGGenTDurchfG) zu unterscheiden.

Im EU-Recht ist der Begriff „GVO-frei“ nicht definiert. In Deutschland existieren gesetzliche Vorgaben für die freiwillige Angabe „Ohne Gentechnik“ im EGGenTDurchfG. Einige andere EU-Mitgliedstaaten verfügen über ähnliche einzelstaatliche Regelungen. Amtliche Bescheinigungen, dass betroffene Lebens- oder Futtermittel oder Saatgut „frei“ von gentechnisch veränderten Anteilen sind, werden in Deutschland nicht ausgestellt. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass ein privates, für GVO-Analytik spezialisiertes und akkreditiertes Untersuchungslabor ein Produkt mit amtlich anerkannten Verfahren untersucht und einen entsprechenden Analysebericht ausstellt. Dem Bericht ist zu entnehmen, ob in dem Produkt GVO-Anteile nachgewiesen werden konnten. Untersuchungen auf GVO in amtlichen Untersuchungseinrichtungen bzw. -laboren der Bundesländer können in der Regel nicht beauftragt werden. Auch eine Ausstellung von Bescheinigungen oder Zertifikaten durch das BVL ist nicht möglich.

„GVO-frei“-Zertifikate - was kann bescheinigt werden?
Die typische Vorgehensweise der GVO-Analytik beinhaltet im ersten Schritt ein sogenanntes Screening auf das Vorhandensein aller häufig in GVO verwendeten genetischen Elemente, Konstrukte oder die direkte Prüfung auf bestimmte GVO, die mittels Screening nicht erfasst werden. Die Untersuchungsverfahren beruhen auf dem Nachweis der entsprechenden Ziel-DNA mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Im zweiten Schritt wird, falls erforderlich, noch weitergehend auf spezifische GVOs (Events) getestet. Es ist allerdings zu beachten, dass bei prozessierten Lebensmitteln eine GVO-Analytik je nach Verarbeitungsgrad schwieriger oder gegebenenfalls auch gar nicht möglich ist, da auch die DNA bei der Weiterverarbeitung teilweise oder ganz abgebaut oder entfernt wird. Auch ist aufgrund der global zunehmenden Anwendung der Gentechnik in der Landwirtschaft nicht für alle verwendeten GVO ein Nachweis möglich bzw. verfügbar. Amtliche Methoden für die Probenahme und den Nachweis von GVO werden vom BVL in der Amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach §64 des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuches bzw. § 28b des Gentechnikgesetzes veröffentlicht. Darüber hinaus existieren für die Identifizierung der GVOs (Events) zahlreiche Analyseverfahren, die vom Europäischen Referenzlabor für gentechnisch veränderte Lebensmittel und Futtermittel (EU-RL GMFF) im Ringversuch validiert und im Internet veröffentlicht wurden. In Zulassungsbescheiden für GVO wird in der Regel auf diese verwiesen.

Mittels GVO-Analyse kann nur eine Auskunft darüber gegeben werden, ob gentechnische Veränderungen festgestellt oder welche GVO nachgewiesen wurden bzw. welche GVO-typischen genetischen Elemente und Konstrukte bzw. spezifischen GVO nicht nachweisbar waren. Je nach angewendeter Analysemethode und untersuchter Matrix kann es hierbei unterschiedliche Nachweisgrenzen geben. Die völlige Abwesenheit des Ziel-Analyten bzw. eines bestimmten Moleküls („frei von“) kann mittels laboranalytischer Verfahren nie 100%ig garantiert werden.

Zu beachten ist gegebenenfalls, ob die Nichtanwendung der Gentechnik in vorgelagerten Stufen der Erzeugung des Lebensmittels bescheinigt werden soll, etwa der Nichteinsatz von Enzymen gentechnischer Herkunft. Hierzu sind für die Überprüfbarkeit entsprechende Zusicherungen von Lieferanten als Nachweise erforderlich.

Hinweise für Exporteure/Importeure
Wird ein Zertifikat über die „GVO-Freiheit“ eines Produkts verlangt, wird empfohlen, auf die beschriebenen Rahmenbedingungen hinzuweisen und einen entsprechenden Analysebericht eines akkreditierten Analyselabors vorzulegen. Im Fall von verarbeiteten Lebensmitteln, die keine intakte DNA enthalten, sind für die Rohstoffe geeignete Nachweise über die Nichtverwendung von GVO vorzulegen. Es kann außerdem auf andere bestehende Zertifizierungssysteme zur Auslobung von Erzeugnissen („Ohne Gentechnik“, „Bio“ etc.) und die damit verbundenen Auflagen für entsprechende Lebens- oder Futtermittel bzw. Zutaten (Rohstoffe) hingewiesen werden.

Informationen zu Fragen der Anforderungen und Regelungen zur Kennzeichnung von Lebensmitteln mit dem "Ohne Gentechnik"-Siegel sind auf den Internetseiten des Verbands Lebensmittel ohne Gentechnik e.V. (VLOG) zu finden. Weitere ausführliche Informationen werden in einem aktuellen Leitfaden zur Kontrolle gentechnischer Veränderungen in Lebensmitteln des ALS beschrieben. Informationen zur Überprüfung von Futtermitteln, die bei der Herstellung von „Ohne Gentechnik“ gekennzeichneten tierischen Produkten eingesetzt werden, sind im Leitfaden zur Kontrolle von GVO in Futtermitteln zu finden. Mehr zum Thema auf der betreffenden Seite auf bvl.bund.de