Von einer solchen Technik hätten Molekularbiologen vor wenigen Jahren nicht zu träumen gewagt: einfach, schnell, hochpräzise und dazu noch unverschämt preiswert. Mit dem CRISPR/Cas-System lässt sich das Erbgut verändern, so einfach wie noch mit keiner Technik zuvor. Wissenschaftler schwärmen vom enormen Potenzial, Unternehmen wittern ein Riesengeschäft. Und bei Gentechnikgegnern läuten die Alarmglocken.

Die Gesetzgebung hinkt der Forschung derzeit deutlich hinterher. Das so genannte Genome Editing, also das gezielte Eingreifen in und das Umschreiben von Abschnitten des Genoms, wie es das erst vor Kurzem entdeckte Werkzeug CRISPR/Cas erlaubt, stellt die Behörden vor Probleme. Haben wir es aus rechtlicher Sicht mit einer Variante klassischer Gentechnik zu tun oder mit einem gänzlich neuen Phänomen? Anders gesagt: Sind die derartig veränderten Nutzpflanzen und -tiere im Sinne des Gesetzes gentechnisch veränderte Organismen (GVO)?

"Die herkömmliche Gentechnik bei Pflanzen kann man mit einer Herzoperation unter Öffnung des gesamten Brustkorbs vergleichen, während das Genome Editing einem minimalinvasiven Eingriff entspricht", sagt Detlef Weigel, Direktor des Max-Planck-Instituts (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Weigel hat gemeinsam mit Kollegen aus China und den USA einen regulatorischen Rahmen für das Genome Editing bei Pflanzen erarbeitet. Die Wissenschaftler sprechen sich darin dagegen aus, solche veränderten Pflanzen als GVO einzuordnen.

Gentechnikkritiker hingegen sprechen von "Gentechnik durch die Hintertür": Mit Hilfe solcher Methoden könnten Lebensmittel in den Handel gelangen, die zwar gentechnisch verändert wurden, aber nicht entsprechend gekennzeichnet werden müssten. Sie fordern Risikoprüfungen und eine Kennzeichnung, um die Wahlfreiheit von Landwirten und Verbrauchern zu erhalten.

Dass wesentliche Unterschiede zwischen der alten und der neuen Gentechnik existieren, kann niemand bestreiten: Bei der klassischen Gentechnik werden neue Gene in Organismen eingeführt. Stammen sie aus einer fremden Art, entsteht ein transgener Organismus – wie etwa beim Bt-Mais, dem das Gen einer Bakterienart eingefügt wurde, um ihn gegen Schädlinge resistent zu machen. Dass hier artfremde DNA in das Erbgut gelangt, ist ein wesentlicher Kritikpunkt der Gentechnikgegner. Ein anderer ist, dass bei der alten Technik bis heute niemand vorhersagen kann, wo genau im Erbgut die neuen Gene landen. Gut möglich, dass sie dort, wo sie sich einnisten, bestehende Gene zerstören, was unerwünschte Effekte hervorrufen kann. GVO müssen darum ein aufwändiges Zulassungsverfahren durchlaufen, in dem sie ihre Unbedenklichkeit unter Beweis stellen sollen.

Zielgenaue Schere

Das Genome Editing funktioniert deutlich eleganter. Besonders präzise arbeitet das CRISPR/Cas-System, bei dem Molekularbiologen punktgenau bestimmen können, wo im Genom eine Veränderung stattfinden soll. Die Abkürzung CRISPR steht für "clustered regularly interspaced short palindromic repeats". Dabei handelt es sich um Erbgutabschnitte, mit denen Bakterien Viren bekämpfen. Dringt ein Virus in ein Bakterium ein, schnappt sich die Zelle Teile der Virus-DNA und baut sie in ihre CRISPR-Struktur ein. Diese wirkt von nun an wie ein molekularer Steckbrief: Gelangt erneut ein Virus mit dieser DNA ins Bakterium, wird es mit Hilfe der aufbewahrten DNA-Schnipsel erkannt. Jetzt setzt die Zelle ein so genanntes Cas-Enzym frei, das am erkannten Abschnitt andockt und die virale DNA zerschneidet (der Name Cas steht für "CRISPR-associated").

Die Idee, das CRISPR/Cas-System als Werkzeug einzusetzen, ist noch relativ jung. Erst 2012 erschien dazu in der Fachzeitschrift "Science" eine bahnbrechende Veröffentlichung von Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna. Darin beschreiben sie, wie man das bakterielle Abwehrsystem als präzise DNA-Schere nutzen kann, die exakt an einer gewünschten Stelle im Erbgut schneidet. Forscher müssen dem Enzym Cas9 lediglich eine so genannte guide-RNA vorlegen, sie übernimmt die Rolle des viralen Steckbriefs: Findet Cas9 das dazu passende Stück, zerschneidet es den Erbgutstrang. Dieser DNA-Bruch kann anschließend auf unterschiedliche Weise wieder repariert werden.

Einzige Voraussetzung ist, dass man für die guide-RNA die Sequenz des gewünschten Gens oder DNA-Abschnitts kennt. "Das Set kann man sich innerhalb eines Arbeitstages für rund 20 Euro herstellen lassen. Das gab es noch nie. Die Technik ist damit für jedes Labor erschwinglich", sagt Holger Puchta, Leiter des Botanischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologie. Der Clou der Methode: Die Genschere funktioniert nicht nur in Bakterien, sondern auch in Pflanzen, Tieren und Menschen. Weltweit haben zahlreiche Arbeitsgruppen gezeigt, dass sich das Verfahren beispielsweise bei Reis, Tabak, Tomaten, Mais oder Weizen einsetzen lässt. Die Mutationen, also die gewünschten Veränderungen der Basenfolge der DNA, werden stabil eingefügt und an die Nachkommen weitergegeben.

Selbst in der Tierzucht, wo die klassische Gentechnik bislang eine untergeordnete Rolle spielte, sorgen die exakten Methoden des Genome Editing für Wirbel: Mit CRISPR/Cas könnten sich beispielsweise seltene genetische Defekte bei Rindern "reparieren" lassen, erklärt Henner Simianer von der Abteilung Tierzucht und Haustiergenetik der Georg-August-Universität Göttingen. Jeder Zuchtbulle trage versteckte genetische Defekte. Diese seien zwar sehr selten, "aber da ein guter Bulle mehrere zehntausend Nachkommen hat, reichern sich diese Defekte doch an", sagt der Göttinger Forscher. Zwar könne man sie auch mit Hilfe klassischer Zuchtmethoden auskreuzen, aber das würde viele Generationen dauern und Unsummen verschlingen. CRISPR/Cas verspricht, sie gezielt aus dem Erbgut zu entfernen.

Entscheidend ist die Reparatur des Schnitts

Andere Arbeitsgruppen forschen an Krankheitsresistenzen: Hühner sollen gegen die Vogelgrippe resistent gemacht werden, Schweine gegen verschiedene Krankheiten wie etwa die afrikanische Schweinepest. "Die Seuche ist ein echter Killer. Resistente Schweine wären ein Geschenk", sagt Simianer. Die Ziele der neuen Gentechnik unterscheiden sich dabei nicht von den Zielen der alten Gentechnik oder der traditionellen Zucht: Immer geht es darum, Nutzpflanzen und -tiere an die Bedürfnisse des Menschen anzupassen, sie ertragreicher zu machen, resistenter gegen Krankheitserreger. Mit CRISPR/Cas geht es nur schneller und einfacher. Doch warum ist die rechtliche Einstufung der neuen Methode nun so schwierig?

"Wie soll der Einsatz einer Technologie kontrolliert werden, wenn man deren Nutzung gar nicht nachweisen kann?" (Holger Puchta)

Mit dem gezielten Schneiden der DNA ist das Erbgut einer Pflanze oder eines Tiers noch nicht verändert. Genauso wichtig ist die Reparatur des Bruchs. Das Genome Editing nutzt dabei die natürliche Fähigkeit von Zellen, solche DNA-Brüche wieder zusammenzufügen. Molekularbiologen unterscheiden drei verschiedene DNA-Reparaturtypen: Bei Typ I entsteht eine Punktmutation. Eine Base, also ein Buchstabe der DNA-Sequenz, wird gegen eine andere ausgetauscht. Bei Typ II schleusen Forscher ein kurzes Stück künstliche DNA in die Zelle ein, die sich nur in einigen Bausteinen von der ursprünglichen Sequenz unterscheidet. Um den Bruch zu schließen, nutzt die Zelle diese DNA als Vorlage und übernimmt so die Änderungen. Bei Typ III bringt man neben der ursprünglichen Sequenz ein größeres Stück Fremd-DNA in die Zelle ein, das bei der Reparatur in den Bruch eingefügt wird.

Nach dem deutschen Gentechnikgesetz werden solche Organismen als gentechnisch verändert eingestuft, deren "genetisches Material so verändert worden ist, wie es auf natürliche Weise durch Kreuzen und/oder natürliche Rekombination nicht möglich ist". Während die Typ-III-Reparatur eindeutig unter das Gentechnikgesetz fällt, herrscht bei der Einordnung von Typ I und Typ II Uneinigkeit: Dort sind nur einige wenige DNA-Bausteine oder ein einzelner ausgetauscht oder gelöscht. Zudem sind die eingebrachte guide-RNA sowie das Cas-Enzym nicht mehr nachweisbar, weil sie abgebaut oder ausgekreuzt wurden. Eine Stellungnahme des deutschen Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) kommt deswegen zu dem Schluss: "Typ-I- und Typ-II-Reparaturen führen nach Auffassung des BVL nicht zu einem GVO, da die genetischen Veränderungen Punktmutationen darstellen, die auch natürlicherweise durch Kreuzung und/oder natürliche Rekombination entstehen könnten. Ferner ist das Produkt nicht von Produkten der klassischen Mutagenese unterscheidbar, die von der Regulierung durch die Richtlinie ausgenommen sind."

Klassische Verfahren rufen vielfältige Veränderungen hervor

In der Natur kommen Mutationen, also kleinere genetische Veränderungen, laufend vor – sie sind der Motor der Evolution. Und auch konventionelle Zuchtmethoden verändern das Erbgut von Pflanzen und Tieren: So wählt der Mensch seit 10 000 Jahren gezielt jene Schafe, Kühe, Mais- und Weizenpflanzen aus, die ihm am meisten zusagen. Ein noch deutlicheres Beispiel sind die Hunde: Ob Dogge oder Zwergpinscher, alle rund 300 Hunderassen entstanden durch die Macht künstlicher Auslese.

Unter klassischer Mutagenese versteht man die Behandlung von Pflanzen mit Chemikalien oder radioaktiven Strahlen. "Damit löst man unzählige Mutationen aus. Wo genau sie entstehen, weiß niemand. Die allermeisten davon sind unbrauchbar und schädlich. Findet sich eine nützliche Mutation, müssen die nachteiligen Genveränderungen aufwändig wieder ausgekreuzt werden. Solche Pflanzen gelten als natürlich und werden ohne Sicherheitsprüfungen vermarktet", sagt Puchta und fragt: "Warum sollten Pflanzen, die mit Hilfe einer Methode gewonnen wurden, bei der man das Erbgut wie mit einem Skalpell an einem vorher definierten Ort nur wenig verändert, rechtlich schlechter gestellt sein?"

Nun, weil in Deutschland nicht nur das Endergebnis, sondern auch der Entstehungsprozess einer Pflanze zählt. Zu diesem Schluss kommen jedenfalls zwei Rechtsgutachten, die von NGOs wie Greenpeace und BUND in Auftrag gegeben wurden. Auch sie berufen sich auf EU-Recht: Ein Verfahren gelte dann als Gentechnik, wenn "in einen Organismus direkt Erbgut eingeführt wird, das außerhalb des Organismus zubereitet wurde". Demnach wären alle Pflanzen und Tiere, die mit CRISPR/Cas oder einer anderen Methode des Genome Editing genetisch verändert wurden, automatisch GVO – egal, ob das eingebrachte Material am Ende noch nachweisbar ist oder nicht. "Aber das ist absurd: Wie soll denn der Einsatz einer Technologie kontrolliert werden, wenn man deren Nutzung gar nicht nachweisen kann, weil sich die Organismen nicht von ihren natürlichen Artgenossen unterscheiden?", fragt Puchta.

Weigel und seine Kollegen empfehlen, die Änderungen, die durch Genome Editing erfolgt sind, zu analysieren und zu dokumentieren. Außerdem sollte sichergestellt werden, dass keine Reste von eventuell vorher eingeführter Fremd-DNA im Erbgut verbleiben. Dann seien so gewonnene Pflanzen aber solchen aus konventioneller Züchtung gleichzusetzen.

Einige Staaten, zum Beispiel Kanada, nutzen neuerdings ein Zulassungsverfahren, das das Endprodukt bewertet. Experten nehmen an, dass die USA dem Beispiel Kanadas folgen wird. Wie geht es hier zu Lande weiter? Das ist nach wie vor offen: Die EU-Kommission hat ihre Entscheidung bereits mehrfach verschoben. Zuletzt war sie für März 2016 angekündigt.