„Alles, was die Pflanzenzüchtung beschleunigt, ist eine positive Sache“

Im Gespräch mit Professor Dr. Thomas Miedaner, Leiter des Arbeitsgebiets Roggen der Landessaatzuchtanstalt an der Universität Hohenheim

Für oder gegen Gentechnik? Dass diese Frage die Gesellschaft in zwei Lager spaltet, weiß Professor Dr. Thomas Miedaner, Leiter des Arbeitsgebiets Roggen der Landessaatzuchtanstalt an der Universität Hohenheim, ganz genau. Warum das so ist, ob und wie man dieser Spaltung entgegenwirken kann und um welche Risiken, aber auch Chancen es sich eigentlich bei den neuen Technologien in der Pflanzenzüchtung handelt, hat die TRANSFER bei ihm als weiterem #techourfuture-Experten nachgefragt.

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Herr Professor Miedaner, seit Jahrtausenden bilden Pflanzen die Grundlage der menschlichen Ernährung und werden auch in Zukunft unverzichtbar sein. Allerdings stellen die wachsende Weltbevölkerung, der Klimawandel sowie der Trend der nachhaltigen und gesunden Ernährung die Pflanzenzüchtung vor Herausforderungen. Mit welchen neuen Technologien können die Menschen diese bewältigen?

Pflanzenzüchtung ist ein zeitlich sehr aufwendiges Verfahren. Wir rechnen mit acht bis zehn Jahren, um eine neue Sorte zu konzipieren und zu züchten. Deswegen können wir in der Züchtung nicht kurzfristig reagieren. Und deshalb ist alles, was die Pflanzenzüchtung beschleunigt, eine positive Sache. Dazu gehören zum Beispiel die vor über 100 Jahren entwickelte Hybridzüchtung, aber auch die neuen Technologien, wie beispielsweise Markertechniken, mit denen ich mich im Wesentlichen beschäftige, Gentechnik und Genom-Editierung. Diese Technologien können dazu beitragen, die Pflanzenzüchtung deutlich zu beschleunigen, was gerade im Hinblick auf die von Ihnen genannten Probleme natürlich von Vorteil wäre. Was die konkrete Zeitersparnis angeht, so hängt das vom Merkmal ab: Geht es um eine einfach vererbbare Krankheitsresistenz, kann das schneller realisiert werden, während dieser Prozess bei komplexen Merkmalen, wie zum Beispiel Trockentoleranz, mit Sicherheit Jahrzehnte dauert. Ein großes Problem besteht darin, dass viele Merkmale, mit denen wir uns beschäftigen, komplex, also durch viele Gene, vererbt werden. Und auch mit Gentechnik und Genom-Editierung kann man zunächst nur einzelne Gene verändern oder hinzufügen. Hier stellt sich die Frage, ob man Regulationsgene findet, die wirklich komplexe Merkmale verändern. Das ist im Moment nicht der Fall. Wir können aktuell damit nicht die perfekte Sorte züchten, weder mit Gentechnik noch mit Genom-Editierung.

Ein großes Problem in der Pflanzenzüchtung stellt die globale Verbreitung der bereits erwähnten Krankheitserreger dar. Wie kann dieses gelöst werden?

Wie gesagt, es gibt Krankheitsresistenzen, die nur durch ein einziges Gen vererbt werden. Diese sind relativ einfach zu bearbeiten, was aber oft keinen dauerhaften Effekt hat. Das heißt, der Krankheitserreger ist oft in der Lage sich an diese Resistenz relativ schnell anzupassen, weil sich auch die Krankheitserreger wieder verändern. Wenn ich also eine sehr einfache ererbte Krankheitsresistenz habe, kann diese entweder zehn Jahre funktionieren oder nach drei Jahren wieder unwirksam werden. Wenn man mit den sogenannten quantitativen Resistenzen arbeitet, dann werden fünf, zehn oder zwanzig Gene gleichzeitig vererbt, von denen jedes einen kleinen Beitrag liefert. Diese sind zwar dauerhaft, aber der Aufwand ist natürlich sehr viel höher. An dieser Stelle wollen wir mit den DNS-Markertechniken den Prozess verbessern, da wir damit mehrere Gene gleichzeitig selektieren können.

DNS-Markertechniken, Gentechnologie oder Genom-Editierung – mit diesen Technologien kann die Pflanzenzüchtung beschleunigt und effizienter gestaltet werden. Was sind deren Chancen und Risiken?

Diese drei Techniken muss man getrennt betrachten, weil sie verschiedene Grundlagen haben. Die DNS-Markertechniken sind zum Beispiel reine Diagnoseverfahren: Wir suchen im Genom einer Pflanze nach den günstigen Ausprägungen, zum Beispiel nach Krankheitsresistenzen oder früher reifenden Pflanzen. Dabei wird das Genom gescannt und mithilfe relativ aufwendiger Rechenverfahren festgestellt, welche Bereiche im Genom für diese Eigenschaft verantwortlich sind. Wir können uns dann die günstigen Varianten heraussuchen und mithilfe der DNS diese Varianten bereits im Keimlingsstadium im Labor auswählen. Der große Vorteil ist, dass an der Pflanze selbst nichts verändert wird, sondern wir sie ganz normal züchten, der Prozess wird lediglich um die DNS-Diagnose ergänzt. Daher sehe ich hier auch keine Risiken.

Bei der Gentechnologie haben wir eine ganz andere Situation, denn hier werden komplette Gene aus anderen Organismen in Pflanzen eingebracht. Das geschieht meistens mit bakteriellen Genen, weil diese einfacher organisiert und viel einfacher in dem kleinen Genom zu finden sind. Auf diese Weise werden neue Eigenschaften erzeugt, die es bisher in diesen Pflanzen nicht gab, wie zum Beispiel Herbizid- oder Insektenresistenz. An dieser Stelle will ich erwähnen, dass gentechnisch veränderte Pflanzen inzwischen weltweit seit 25 Jahren auf riesigen Flächen international angebaut werden. Bis heute wurden die erwarteten beziehungsweise befürchteten Risiken, beispielsweise der Zusammenbruch von Ökosystemen, nicht festgestellt. Allerdings können sich nur sehr gut aufgestellte, multinationale Konzerne die Gentechnik wegen der hohen Kosten und der sehr aufwendigen Genehmigungsverfahren leisten.

Im Gegensatz zur Gentechnologie handelt es sich bei der Genom-Editierung um eine Methode, die auch von mittelständischen Unternehmen in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern technisch umgesetzt werden kann. In Deutschland ist es bereits die gängige Praxis, dass Wissenschaft und Pflanzenzüchtung sehr eng zusammenarbeiten. Bei der Genom-Editierung werden keine fremden Gene eingebracht, sondern die in der Pflanze bereits vorhandenen Gene durch Austausch von einzelnen DNS-Bausteinen verändert. Und das ist das Besondere an diesem Verfahren. Ein schönes Beispiel dafür kommt aus Israel: Dort ist es Wissenschaftlern gelungen, durch die Veränderung eines einzigen Gens eine Resistenz gegen drei verschiedene Pflanzenviren zu erzeugen. Wenn Sie jetzt nach Risiken fragen: Natürlich gibt es Risiken, dass etwas schiefgeht, die gibt es immer. Es kann zum Beispiel passieren, dass nicht nur das Gen, das man verändern will, verändert wird, sondern noch weitere Gene im Genom, die man eigentlich nicht beeinflussen will. Aber alle Pflanzen, ob verändert oder normal gezüchtet, müssen erst im Gewächshaus und dann im Feld geprüft werden und hier fallen solche Defekte natürlich auf. Wir brauchen am Ende immer eine Feldprüfung. Sonstige Risiken sehe ich bei dieser Methode nicht.

Aktuell wird viel von der CRISPR/Cas-Methode gesprochen. Könnten Sie uns möglichst einfach erklären, wie diese Methode funktioniert?

Im Prinzip geht es dabei um ein kleines Stück einer RNs-Sequenz, das dafür sorgt, dass das zu verändernde Gen gezielt angesteuert wird. Hier liegt der große Unterschied zur herkömmlichen Gentechnik, denn dort werden Gene in die Pflanze eingebracht, aber man kann nicht beeinflussen, wo genau diese landen. Und dann gibt es die Cas-Enzyme, die einen Doppelstrangbruch verursachen, sodass die DNS genau an der Stelle, die man über die RNs-Sequenz angesteuert hat, geschnitten wird. Das ergibt einen Bruch und die Zelle hat zwei Möglichkeiten diesen zu reparieren: Entweder sie packt andere Basenpaare in diesen Bruch, was in der Regel dazu führt, dass das Gen nicht mehr funktioniert, oder man bietet der Pflanze eine Reparatursequenz an. Und genau darin besteht die CRISPR/Cas-Methode: Entweder man schaltet Gene aus, macht sie also funktionsunfähig, oder man verändert sie in einzelnen Bestandteilen. Allerdings bedarf dieses Verfahren noch weiterer Forschung, bis es jedes Labor anbieten kann.

Wenn es um Gentechnologie geht, ist die Skepsis oft groß. Welche Vorbehalte begegnen Ihnen in Ihrer Arbeit und wie gehen Sie damit um?

Als Wissenschaftler würde man natürlich sofort sagen, dass Aufklärung enorm wichtig ist, denn wir müssen den Menschen erklären, worum es sich bei einer neuen Technologie, einem neuen Verfahren handelt. Andererseits wird genau das bereits seit mehr als 20 Jahren gemacht. Es steht allerdings fest, dass sich die Fronten ideologisch sehr stark verhärtet haben. Ich vermute, dass es viele Leute gibt, die sich nicht um das Thema kümmern. Aber es gibt auch Aktivisten, die grundsätzlich dagegen sind und die mit sachlichen Argumenten nicht mehr zu überzeugen sind.

Wenn wir das Thema Genom-Editierung als Beispiel nehmen, ist hier der größte Streitpunkt die Frage, wie ich die Genom-Editierung einordne. Der Europäische Gerichtshof hat gesagt, dass das dasselbe wie Gentechnik und daher genau wie diese zu regulieren ist. Das bedeutet, dass die Genom-Editierung in Europa nicht kommerziell durchgeführt werden wird, weil die Auflagen sehr hoch sind und das Produkt als gentechnisch verändert gekennzeichnet werden muss. Andere Länder gehen einen anderen Weg: In den USA beispielsweise wird das Ergebnis von der staatlichen Seite geprüft und wenn die Veränderung keine fremde, sondern nur pflanzeneigene DNA enthält und wenn Merkmale hervorgerufen werden, die es auch natürlicherweise in der Pflanze gibt, dann ist das keine Gentechnik und kann ohne Einschränkungen angewendet, angebaut und auch vermarktet werden. Das sind die zwei unterschiedlichen Auffassungen, die es derzeit gibt.

Wie können Ihrer Meinung nach die Wissenschaftler die Bevölkerung erreichen, um deren Hemmschwelle in Bezug auf die neuen Technologien zu senken?

Für die jüngere Generation ist es natürlich wichtig, diese umfassend zu informieren. Wenn wir aber über die Menschen sprechen, die bereits ihre negative Meinung über bestimmte Technologien gebildet haben, dann stellt sich aus meiner Sicht die schwierige Frage, ob wir diese überhaupt noch erreichen können und ob sie erreicht werden wollen.

Dazu will ich anmerken, dass ich es irreführend finde, wenn auf allen möglichen Produkten „ohne Gentechnik“ steht, weil in Europa, außer auf kleinen Flächen in Spanien, überhaupt keine gentechnisch veränderten Pflanzen angebaut werden. Die gibt es weder auf dem Acker noch auf dem Markt, sodass es überhaupt keine Produkte aus gentechnisch veränderten Pflanzen geben kann. Aber wenn auf einigen Produkten „ohne Gentechnik“ steht, impliziert das, dass es welche mit Gentechnik gibt. Dies macht den Umgang mit dem Thema schwierig. Hinzu kommt eine Tatsache, die für uns, die mit Pflanzen arbeiten, sehr schwer verständlich ist, dass zum Beispiel moderne Medikamente zum großen Teil mithilfe gentechnisch veränderter Bakterien erzeugt werden. Auch Vitamine, ganz viele Zusatzstoffe, die Sie in Lebensmitteln finden, werden mithilfe von gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt. Das interessiert überhaupt niemanden, nur bei Pflanzen ist es immer ein ganz großes Diskussionsthema.

Kontakt

Prof. Dr. Thomas Miedaner (Autor)
Leiter des Arbeitsgebiets Roggen der Landessaatzuchtanstalt der Universität Hohenheim (Stuttgart)
www.uni-hohenheim.de