24.01.2018

„Wir sind nicht mehr angewiesen auf das, was zufällig passiert“

Interview mit Angelika Schnieke

Das Potential moderner gentechnischer Verfahren wie CRISPR und TALEN erläutert die Biotechnologin Angelika Schnieke, die an der Schaffung des Klonschafs Dolly beteiligt war.

Novo: Frau Prof. Schnieke, vor 21 Jahren kam Dolly das Schaf zur Welt. Sie waren damals als stellvertretende Forschungsleiterin bei der schottischen Firma PPL Therapeutics an der Entwicklung dieses ersten aus einer ausdifferenzierten somatischen Zelle geklonten Säugetiers beteiligt. Wie hat sich die Klontechnologie weiterentwickelt und welche Rolle spielt sie heute?

Angelika Schnieke: Bei den Nutztieren spielt das Klonen in der Forschung noch eine sehr große Rolle. Die meisten Tiere, die mit dem Genome Editing verändert werden, werden tatsächlich noch durch Klonieren erzeugt. Wenn wir ein Tier genetisch verändern wollen, dann führen wir die Eingriffe, zum Beispiel das Editieren, an einer einzelnen Zelle durch, prüfen, ob alles korrekt ist, und erzeugen erst dann aus der einzelnen Zelle mit Hilfe der Klontechnik den Embryo, der dann zum Tier heranwächst.

Wie sieht es in der Tierzucht aus? Das Europäische Parlament hat sich vor zwei Jahren mit großer Mehrheit für ein Verbot von Lebensmitteln ausgesprochen, die von geklonten Tieren und deren Nachkommen stammen.

Ja, in Europa herrscht offenbar große Skepsis. Wahrscheinlich, weil den meisten nicht klar ist, worum es überhaupt geht. Die Tiere sind nicht genetisch modifiziert. Die EU hat sich immer noch nicht entschieden, wie sie selbst zum Klonen steht. In den USA werden seit Langem klonierte Tiere bei der Zucht eingesetzt. Insbesondere Rennpferde, Zuchtbullen und Zuchteber. Die Nachfahren dieser Tiere werden dann in der Fleisch- und Milchproduktion genutzt. Die klonierten Tiere selbst allerdings nicht. Die sind viel zu wertvoll, um geschlachtet zu werden. Insofern ist es natürlich vollkommen irreführend, von „Klonfleisch“ zu sprechen, wie das in der Debatte um die Zulassung in Europa gemacht wurde. Es gibt ja keinen Unterschied zum Fleisch anderer Tiere, schon gar nicht bei den Nachkommen.

Wir brauchen in der EU dringend eine Regelung. Denn auch bei uns wird der Bedarf immer deutlicher. Dank der CRISPR-Technologie sind jetzt auch die deutschen Züchter aufmerksam geworden. Sie schauen, was in Großbritannien und den USA passiert. Sie kommen auch zu uns, um zu erfahren, was möglich ist, was die Vor- und Nachteile zu herkömmlichen Züchtungsmethoden sind und wie es sich auswirkt, wenn man sich nicht mit diesen neuen Methoden – wie CRISPR und Cloning – beschäftigt. Der Rest der Welt wartet ohnehin nicht auf uns. In Ländern wie China wird in ganz anderen Dimensionen geklont. Wir versuchen immer, mit sehr wenigen Tieren auszukommen. In China können es auch einmal 500 bis 1000 Schweine in einem Experiment sein.

„Es ist vollkommen irreführend, von ‚Klonfleisch‘ zu sprechen.“

Wir erleben eine rasante Entwicklung bei den Technologien zum Genome Editing wie TALEN oder CRISPR/Cas. Es geht jetzt nicht mehr in erster Linie um das Einfügen fremder Gene, sondern um das Umschreiben der genetischen Information durch kleine, sehr präzise Eingriffe. Wie hat sich die Forschung dadurch verändert? Geht jetzt alles einfacher, schneller und billiger?

Billiger trifft auf unsere Forschung nicht unbedingt zu. Wenn man wie wir mit großen Tieren arbeitet, ist die Tierhaltung immer noch recht kostspielig und zeitaufwändig. Tatsächlich billiger geworden sind allerdings die molekularen Werkzeuge, die wir nutzen. Früher waren das die Zinkfinger. 30.000 Euro kostete ein Zinkfinger, der funktionierte. Und wenn Sie industriell gearbeitet haben, waren sie noch teurer. Das änderte sich mit den TALENs, die man selber im eigenen Labor generieren kann. Die CRISPRs sind noch einfacher und schneller zu erzeugen. Wir machen jetzt mit Studenten Praktika, bei denen sie in der Zellkultur ein kleines Projekt durchführen, mit CRISPRs Säugetierzellen genetisch verändern und innerhalb von drei Tagen auch den Effekt nachweisen. Sie könnten sich im Internet für 150 Dollar ein Do-it-yourself CRISPR-Kit kaufen und zuhause ein Experiment durchführen. Allerdings müssten Sie in Deutschland sowie in anderen Ländern vorher die Genehmigung für den Betrieb einer gentechnischen Anlage beantragen.

Was passiert beim Genome Editing?

Im Grunde das Gleiche, was in der Natur passiert, nur eben von uns kontrolliert. Durch Züchtung verändern wir das Genom von Tieren schon seit fast 15.000 Jahren. So haben wir aus dem Wolf sowohl Dogge als auch Chihuahua gemacht. Möglich war das durch natürliche Mutationen, die permanent und bei allen Lebewesen vorkommen – jedes Baby, das zur Welt kommt, weist durchschnittlich 61 zufällige Mutationen auf – und anschließende gesteuerte Selektion. Das heißt, dass der Mensch die Tiere auswählt, die er aufgrund ihrer Eigenschaften für die Zucht einsetzen möchte. Beim Genome Editing können wir nun die Mutation, die bisher durch Zufall entstand, gezielt herbeiführen, und zwar präzise an einem exakt definierten Ort im Genom, dessen Milliarden von Buchstaben wir dank der Sequenzierung kennen. Zufällige Mutationen können positive oder negative Effekte haben. Manchmal befindet sich der Genort für ein negatives Merkmal ganz in der Nähe eines gewünschten positiven Merkmals. Durch Züchtung sind beide schwer zu trennen. Durch Genome Editing kann man in Zuchtbullen oder -ebern gezielt nur das positive Merkmal einbringen. Wir sind also bei der Zucht nicht mehr auf die natürlichen, zufälligen Mutationen alleine angewiesen.

„Durch Züchtung verändern wir das Genom von Tieren schon seit fast 15.000 Jahren.“

Dafür gibt es verschiedene Werkzeuge. Wie bereits erwähnt erst die Zinkfinger, dann die TALENs und mittlerweile die CRISPRs. Man muss die Sequenz identifizieren, die man verändern möchte. Innerhalb von ein bis zwei Tagen kann man dann spezifische CRISPR/Cas9 Konstrukte generieren. Das sind die Genscheren, die dann im Ziellokus - zum Beispiel in einem Gen, das bei Infektionskrankheiten eine Rolle spielt - die DNA schneiden (einen DNA Doppelstrangbruch erzeugen). Der natürliche DNA-Reparatur-Mechanismus in der Zelle repariert den Doppelstrangbruch, wobei es zu Fehlern kommen kann, die sich von natürlichen Mutationen nicht unterscheiden lassen. Wir können gleichzeitig ein Stück künstliche DNA hinzufügen, die eine klar definierte gewünschte Mutation enthält. Die Zelle benutzt dann diese sogenannte Donor-DNA, um den Doppelstrangbruch zu reparieren, und bewirkt somit eine gezielte Veränderung des Genoms. Dies ist viel, viel effizienter als frühere Methoden. Und es funktioniert in alle Spezies: bei Tieren, genauso wie bei Pflanzen, Pilzen oder Bakterien. Es geht in einzelnen Zellen, es geht im Embryo, und wir können es auch in bestimmten Zellpopulationen beim lebenden Tier durchführen.

Zeigen sich schon Auswirkungen auf die Praxis in der Tierzucht?

In der Forschung werden jetzt eine Anzahl genetisch modifizierter Tiere entwickelt und ich denke, die werden über kurz oder lang auch auf den Markt kommen. Das generell zu verhindern oder zu sagen, wir wollen diese Technologien nicht, auch wenn sie die Gesundheit von Tieren verbessern können, wäre auch ethisch schwer zu vertreten. Da sollte selbst Druck von den Verbrauchern kommen, die sehen dass hier eine Technologie entwickelt wurde, die dem Tierwohl oder der Tiergesundheit dienen kann, und dass es eine Schande wäre, die nicht einzusetzen.

Fast noch interessanter als bei den Tieren sind diese neuen Züchtungsmethoden bei den Pflanzen. Da geschieht viel in Amerika und Asien. Es werden Produkte auf den Markt kommen. Europa wird sich da nicht dauerhaft raushalten können und wollen. Insgesamt ist der Weg vom Labor bis zum zugelassenen Produkt natürlich lang. Man muss nachweisen, dass die Veränderung keinen negativen Effekt auf das Tier oder auf das Lebensmittel tierischer oder pflanzlicher Herkunft hat. Ein Lebensmittel muss sicher sein.

„Es wird erforscht, ob man Hühner genetisch verändern kann, sodass kein männlicher Nachwuchs geboren wird und sich das Töten der Eintagsküken erübrigt.“

Um welche Modifikationen geht es hier?

Resistenz gegen Krankheiten, bessere Nährstoffzusammensetzung, bessere Futterverwertung und geringere Umweltbelastung. Die Möglichkeiten sind sehr vielfältig. Ich gebe Ihnen ein paar Beispiele: Sie wissen vielleicht, dass es braunes Fett gibt und weißes Fett. Das braune Fettgewebe wirkt wie eine Heizung. Es ist ein Energieverbrenner und hält damit warm und gegebenenfalls auch schlank. Das weiße speichert Energie und macht uns dick. Babys, sowie die meisten neugeborenen Säugetiere, haben viel braunes Fett. Schweine haben keins, weil bei ihnen ein dafür wichtiges Gen defekt ist. Sie sind daher in den ersten Wochen ihres Lebens extrem kälteempfindlich. Man schützt sie mit Hitzelampen oder -matten vor dem Auskühlen. Wenn man bei Schweinen dieses Gen repariert, das bei praktisch allen anderen Säugetieren noch aktiv ist, sind die Ferkel weniger empfindlich. Das hätte natürlich Vorteile für das Tierwohl und bringt auch ökonomische Vorteile.

Ein anderes Beispiel sind Hühner. Da haben wir die Debatte, dass männliche Küken bei den Legerassen gleich nach dem Schlüpfen aussortiert und getötet werden, weil man sie nicht nutzen kann. Es wird erforscht, ob man Hühner genetisch verändern kann, sodass kein männlicher Nachwuchs geboren wird und sich das Töten der Eintagsküken erübrigt. Ein großes Thema in der Schweinzucht ist auch der so genannte Ebergeruch, der beim Erhitzen des Fleisches freigesetzt und von vielen Menschen als sehr unangenehm empfunden wird. Deshalb werden Eber kastriert, sodass der Geruch nicht entstehen kann. Das könnte man durch eine genetische Modifikation verhindern, zu der gerade erste Versuche laufen.

Ein Beispiel, bei dem man eigentlich von sehr hoher Verbraucherakzeptanz ausgehen sollte, sind die hornlosen Rinder. Denn die Realität ist, dass wir auch jetzt schon Fleisch von solchen Rindern essen. Die sind nämlich schon durch natürliche Mutationen entstanden. Nun hat man dieselben Mutationen bei anderen Rassen künstlich herbeigeführt, um so bei diesen auf das aufwändige und für die Tiere unangenehme Enthornen verzichten zu können. Weitere Beispiele sind Tiere, die resistent oder weniger anfällig für bakterielle sowie virale Infektionskrankheiten, etwa Tuberkulose, afrikanische Schweinepest oder PRRSV, sind.

Bei den Produkten der Pflanzenbiotechnologie haben wir ja in Deutschland sehr aktive Gentechnikgegner. Wie sieht es bei Tieren aus? Da sind die Vorbehalte wahrscheinlich auch nicht klein.

Ja natürlich. Spätestens, wenn die Zulassung für ein genetisch verändertes Tier beantragt wird, müssen wir sicher mit Protesten rechnen. Wir Menschen haben ein sehr viel emotionaleres Verhältnis zu Tieren als zu Pflanzen. Auch ethisch gesehen muss jede Arbeit mit Tieren gerechtfertigt sein, und Tierversuche unterliegen strikten Regelungen. Das ist auch richtig so. Andererseits sollten sich gerade Tierschützer für diese Techniken einsetzen, wenn man dadurch Tierwohl und -gesundheit verbessern kann. Man muss auch sehen, dass sich bestimmte Tierkrankheiten durch den Klimawandel bedingt ausbreiten können. Wir haben jetzt von ersten Fällen der Afrikanischen Schweinepest in Polen gehört. Hier wäre die „genetische Immunisierung“ ein wirksames Mittel zur Vermeidung von Pandemien und damit zum Schutz von Mensch und Tier.

„Gerade Tierschützer sollten sich für diese Techniken einsetzen, wenn man dadurch Tierwohl und -gesundheit verbessern kann.“

Laut Gentechnikgesetz liegt ein gentechnisch veränderter Organismus (GVO) vor, wenn „genetisches Material so verändert wurde, wie es auf natürliche Weise durch Kreuzen und/oder natürliche Rekombination nicht möglich wäre“. Das trifft beim Genome Editing in der Regel nicht zu. Häufig könnten die Veränderungen genauso in der Natur vorkommen. Daher wird teilweise gefordert, auf eine Regulierung ganz zu verzichten. Wie sehen Sie das?

Meine persönliche Meinung ist, dass wir da ganz offen sein müssen. Der Verbraucher soll die Wahl haben. Er muss verstehen, was die Technologie bewirkt, und dass die Lebensmittel mindestens so sicher sind wie solche aus herkömmlicher Züchtung. Er muss sich informieren können und dann ist es seine Sache, ob er ein Produkt annimmt oder nicht. Wenn wir versuchen, etwas zu verdecken, und sagen, dass Genome Editing keine Gentechnik ist, dann wird es einen Rückschlag geben. Dann lieber offen sein und versuchen, uns klar auszudrücken und zu erklären, warum es hier nichts zu befürchten gibt.

Es sollte also eine Kennzeichnung geben. Aber welche? Denn es handelt sich ja nicht um GVOs im bisherigen Sinn. Was schreibt man dann? „CRISPR Inside“?

Eher nicht. Denn CRISPR/Cas ist ja in den Produkten nicht enthalten. Das wäre dann ja falsch. Man könnte schreiben „Hergestellt mit Hilfe von Genomeditierverfahren“. (Sollte man dann herkömmliche Lebensmittel ebenfalls beschriften „Hergestellt mit Hilfe von unkontrollierten Mutationen“?)

Oder vielleicht „enthält Inhaltsstoffe aus Organismen, deren Vorfahren nicht zufällig, sondern mithilfe von molekularbiologischen Methoden gezielt genetisch modifiziert wurden“?

Das wäre eine inhaltlich korrekte Information.

Sie selbst entwickeln Schweine, die nicht für die Tierzucht gedacht sind.

Wir beschäftigen uns vor allem mit Schweine-Modellen für die medizinische Forschung, also Tiermodellen, an denen Therapien für schwerwiegende menschliche Krankheiten erforscht werden können. Wir und andere haben unter anderem Modelle für Krebs, Herz-Kreislauferkrankungen und Diabetes erzeugt. Großtier-Modelle werden auch durch die neuen Techniken wie CRISPR immer wichtiger, etwa für die Erprobung und Validierung von Gentherapien. Die kann man an der Maus nicht ausreichend testen, weil es einfach eine viel größere Herausforderung ist, eine ausreichend große Anzahl von Zellen in einem großen Organ am Menschen oder am Schwein zu erreichen als bei den viel, viel kleineren Organen der Maus. Auch zur Entwicklung von Technologien der medizinischen Bildgebung, etwa zur Früherkennung von Krebs, brauchen wir Tiere mit ähnlicher Körpergröße wie dem Menschen. Es gibt zum Beispiel Sonden, die man schlucken kann und die Bilder liefern, während sie sich durch den Darm bewegen. Sie dienen dazu, Anomalitäten zu identifizieren. Es gibt Nanopartikel, die man vorher injizieren kann und die dann zeigen, wo ein Tumor entsteht und wo nicht.

„Wir und andere haben unter anderem Tiermodelle für Krebs, Herz-Kreislauferkrankungen und Diabetes erzeugt.“

Ein weiterer wichtiger Forschungsbereich ist die Xenotransplantation. Wir können heute Menschen das Leben retten, indem wir ihnen Spenderorgane implantieren. Wir haben aber einen Mangel an solchen Organen von menschlichen Spendern. Es gibt immer mehr Diabetiker. Das heißt, wir brauchen Inselzellen, die Insulin produzieren, aber auch immer mehr Nieren. Ein Ausweg könnte die Nutzung von Schweineorganen sein. Aber da gibt es natürlich massive Abstoßungsreaktionen, hyperakute Abstoßung innerhalb von Minuten. Deshalb müssen wir viel genetisch modifizieren, damit der menschliche Körper das fremde Organ annehmen kann. Eins der größten Hindernisse sind Zuckermoleküle, die sich auf der Oberfläche von Proteinen befinden. Wir Menschen haben Mutationen in bestimmten Genen, die diese Zuckermoleküle erzeugen. Das Problem ist also, dass wir Menschen alle Mutanten sind. Eins dieser Zuckermoleküle ist zum Beispiel das „Alpha gal“. Was tun wir nun? Wir erzeugen die gleiche Mutation beim Schwein. Damit sind wir „Alpha gal“ los und haben keine hyperakute Abstoßung mehr. Das gleiche gilt für ein paar andere (non-Gal) Zuckermoleküle. Zusätzlich bringen wir noch menschliche immunregulatorische Gene in das Tier ein. Damit haben wir die größten Hindernisse überwunden. Natürlich gibt es noch weitere Hürden, etwa endogene Retroviren. Auch da gibt es Riesenfortschritte. Vor kurzem wurden in einem einzigen Experiment in einer Schweinezelllinie 65 und im Schwein 25 solcher Retroviren auf einmal mithilfe von CRISPR/Cas9 inaktiviert. Dass dies im Tier funktioniert, ist schon ganz erstaunlich und zeigt, wie präzise diese Methode wirklich ist.

Am weitesten ist man heute mit der Xenotransplantation von Inselzellen. Das sind spezielle Zellen in der Bauchspeicheldrüse, die das Insulin produzieren, das Diabetikern fehlt. Diese Zellen wurden tatsächlich schon im Menschen getestet und werden bald in weiteren klinischen Studien erprobt werden. Im Bereich der Xenotransplantation arbeiten wir mit vielen weiteren Partnern in Deutschland. Dieses Konsortium ist durchaus weltweit mit führend.

Auch bei Insekten gibt es ja jetzt Technologien, mit denen die Übertragung des Zika-Virus oder des Erregers des Dengue-Fiebers verhindert werden kann. Die Mücken werden z. B. gentechnisch so verändert, dass ihr Nachwuchs im Larvenstadium stirbt.

Stimmt. Und das Thema ist durchaus auch bei uns durch den Klimawandel relevant. Neben Insekten gibt es auch Probleme mit Zecken, die auch Überträger gefährlicher Krankheiten sind. Da wird jetzt überlegt, dass man Mäuse, die Zwischenwirt sind, mit Hilfe einer Technologie namens „Gene Drive“ tochterlos macht und so die Verbreitung der entsprechenden Krankheitserreger verhindert.

„Ein weiterer wichtiger Forschungsbereich ist die Xenotransplantation.“

Zeckenbisse können außerdem auch eine Allergie auslösen, und zwar gegen die vorher erwähnten Alpha gal-Epitope auf Fleisch. Gegen diese hat der menschliche Darm normalerweise eine Toleranz, die bei einigen Menschen jedoch nach Zeckenbissen verloren geht. Um zu verstehen, wieso dies geschieht, können wir die Alpha gal-freien Schweine nutzen, die wir für die Xenotransplantation entwickelt haben. Wenn Sie so eine Fleischallergie hätten, könnten Sie unsere Gal-Knockout-Schweine essen und hätten keine Allergieprobleme.

Ich könnte sie mir allerdings wahrscheinlich nicht leisten.

Heute nicht. Aber in Zukunft vielleicht schon.

Wie sind die Forschungsbedingungen in Deutschland im Vergleich zu anderen Ländern?

Ich habe in den USA geforscht, in Großbritannien und jetzt in Deutschland. Da gibt es schon Unterschiede. Allerdings arbeite ich in erster Linie an biomedizinischen Fragestellungen. Da habe ich bisher hier in Deutschland keine negativen Erfahrungen gemacht. Unsere Grundlagenforschung wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bundesmittel oder z. B. auch über die Krebshilfe gefördert.

Wo sehen Sie politischen Handlungsbedarf?

Das ist ganz klar. Das Gentechnikgesetz muss überholt werden. Allein die Begriffe stimmen ja heute schon gar nicht mehr. Solange wir Unklarheit haben, was erlaubt und was nicht erlaubt sein wird und wie wir neue Entwicklungen auf den Markt bringen können, solange wird die Innovation in dem gesamten Bereich immer weiter zurückgehalten. Allein schon für das Klonieren gibt es noch keine Regelung. Wird Genome Editing bei Lebensmittel produzierenden Pflanzen und Tieren akzeptiert oder nicht? Wird es Zulassungen geben und was sind die Bedingungen? Wenn wir das nicht klären, gehen die Innovationen ins Ausland und werden von dort vermarktet.

In Deutschland sind wir ganz, ganz stolz auf unsere Ingenieurkunst, auf Precision Engineering. Aber wie sieht es aus bei Precision Engineering im Genom? Eigentlich sollten wir darauf genauso stolz sein. Wir sind nicht mehr angewiesen auf das, was zufällig passiert, sondern können Genome präzise modifizieren.