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Chancen & Hürden: Das Potenzial der Gentechnik in der Landwirtschaft

Es kommt nicht häufig vor, dass Bakterien positive Schlagzeilen machen, aber wenn, dann richtig. Im Jahr 2020 erhielten die Französin Emmanuelle Charpentier und die US-Amerikanerin Jennifer Doudna den Nobelpreis für eine sensationelle Entdeckung, die das Potenzial hat, die Gentechnik zu revolutionieren: Sie haben bei der Erforschung des Immunsystems von Streptokokken das Verfahren CRISPR-Cas9 analysiert (siehe unten). Es wird häufig als " Genschere" bezeichnet, denn es macht es möglich, Abschnitte in der genetischen Information eines Organismus besonders schnell und präzise aufzuspüren und zu ändern und dem Lebewesen damit neue Eigenschaften zu geben - das war bislang nur mit großem Zeitaufwand möglich, wenn überhaupt. Mitunter wird die Methode verglichen mit der Art und Weise, wie ein Textverarbeitungsprogramm ein Wort in einem Satz ändert: finden, markieren, überschreiben - schon kleine Änderungen können die Bedeutung dramatisch ändern.

Die Medizin verbindet mit CRISPR-Cas9 große Hoffnungen bei der Behandlung genetisch bedingter Erkrankungen wie Mukoviszidose, Sichelzellanämie und Muskeldystrophie, und auch in der Landwirtschaft sind die Erwartungen hoch: Hier versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler seit Jahrzehnten, durch gentechnische Veränderungen die Erträge von Pflanzen zu steigern und sie widerstandsfähiger zu machen gegenüber Hitze, Trockenheit und Schädlingen. Das erscheint besonders sinnvoll, wenn man einen Blick auf die wachsende Weltbevölkerung wirft: Aktuell leben rund 7,9 Milliarden Menschen auf der Erde, 2050 werden es nach Schätzungen der UN rund 9,7 Milliarden sein, weitere 50 Jahre später etwa 10,9 Milliarden.

Schon jetzt stehen nicht jedem Menschen auf der Welt genügend Lebensmittel zur Verfügung: Jeder elfte Mensch leidet an Hunger, der größte Teil von ihnen lebt in Entwicklungsländern, täglich sterben etwa 24.000 Menschen an Unter- und Mangelernährung. Die gentechnische Forschung in der Landwirtschaft will hier Lösungen anbieten, erste Ansätze gibt es bereits. Das amerikanische Biotech-Unternehmen Corteva Agriscience hat die Gene in Mais so manipuliert, dass die Pflanzen schneller wachsen und größere Blätter bekommen, dadurch liefern sie etwa drei bis fünf Prozent mehr Ertrag, einige Varianten kommen sogar auf zehn Prozent.

Während an diesem Projekt noch geforscht wird, sind andere Varianten schon zugelassen: Auf den Philippinen wurde unlängst der sogenannte " Golden Rice" zum Anbau freigegeben, eine gentechnisch veränderte Reissorte, deren Korn Beta-Carotin enthält, eine Vorstufe von Vitamin A - die Weltgesundheitsorganisation WHO geht davon aus, dass jährlich weltweit bis zu 500.000 Kinder durch einen Mangel an diesem Vitamin erblinden; nach Angaben des Internationalen Reisforschungsinstituts IRRI haben rund 17 Prozent der Kinder auf den Philippinen einen Vitamin-A-Mangel. In Bangladesh und Indien wird die Aubergine der Sorte Brinjal angepflanzt, sie ist robust gegenüber unterschiedlichen Schädlingen und bringt dadurch mehr Ertrag als andere Sorten.

Ursache und Lösung

Die Gentechnik kann also erste Erfolge aufweisen - unklar bleibt, ob die Lösungen, die sie anbietet, zu den Ursachen des Problems passen. "Wir haben nicht zu wenig Lebensmittel auf der Welt, sondern die Lebensmittel, die es gibt, werden nicht gerecht verteilt", sagt Stig Tanzmann, er ist Referent für Landschaft bei der gemeinnützigen Einrichtung Brot für die Welt, einer gemeinnützigen Einrichtung des Evangelischen Werks für Diakonie und Entwicklung. "Zusätzlich haben immer mehr Menschen gar keinen Zugang zu Land und nur einen eingeschränkten Zugang zu Saatgut." Taugliche Ansätze, um den Hunger zu bekämpfen, sieht er vor allem in der zielgerichteten Hilfe vor Ort.

"Die Entwicklungsbanken bevorzugen als wichtige Geldgeber große Lösungen, anstatt den Hungernden die kleinen, einfachen Lösungen anzubieten", sagt Stigmann. "Wirksamer wäre es, in den Ländern des Südens die bestehenden bäuerlichen Saatgutsysteme zu fördern - viele Bauern bauen ja einen Teil ihres Saatguts selbst an. Den kleineren Betrieben würden auch öffentliche Märkte helfen, auf denen sie ihre eigenen Güter verkaufen könnten, aber wir denken heute nur noch in Wertschöpfungsketten. Wenn eine Landwirtin oder ein Landwirt seine Güter an eine Supermarktkette verkaufen will, dann muss die Anbaufläche sehr groß sein, sonst kann er nicht die Mengen liefern, ab denen sich das für die Kette rentiert. Viele kleine Betriebe können gar nicht die Masse von Gütern herstellen, um da mithalten zu können."

Revolutionäre Anzeichen

Ist es nicht möglich, die politischen und wirtschaflichen Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft in armen Ländern zu verbessern - und gleichzeitig die Erträge zu steigern? "Wenn es um die Bekämpfung von Hunger geht, ist die gesellschaftliche Situation in einem Land natürlich erst mal viel wichtiger", sagt Detlef Weigel, er ist der Direktor des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen und berät die deutsche Firma KWS und andere Unternehmen, die Saatgut entwickeln. "Am effektivsten beseitigt man Hunger und Mangelernährung allerdings, wenn man viele Faktoren verbessern kann, und einer davon ist der Ertrag der angebauten Pflanzen." Und dort sieht er viele Möglichkeiten, dem Ernährungsproblem zu begegnen: "Die Hälfte eines landwirtschaftlichen Ertrags geht auf die Art und Weise des Anbaus zurück, also auch auf den Einsatz von Düngern und Herbiziden, die andere Hälfte leitet sich ab von den Genen einer Pflanze.

Als die Gentechnik in den Neunzigerjahren erstmals großflächig eingesetzt wurde, reichte das damalige Wissen nur für wenige Ansätze aus, um den Ertrag zu steigern." Seitdem hat sich seiner Ansicht nach viel getan: "Wir kennen inzwischen sicherlich deutlich über 100 Gene, die in verschiedenen Nutzpflanzen bestimmte Eigenschaften verbessert haben", sagt Weigel. "Ein schönes Beispiel sind die modernen Getreidesorten: Die haben kürzere, dickere Stängel, sie fallen deshalb bei Wind nicht so schnell um und können größere Körner tragen. Das Gen dafür kann man relativ leicht verändern, und man könnte das ohne Weiteres in historische Getreidesorten wie den Dinkel einbauen."

Und das, was man heute könnte, ist für Weigel noch gar nichts im Vergleich zu dem, was man in Zukunft können wird. "Die Aubergine Brinjal ist noch das Ergebnis der konventionellen Gentechnik", sagt Weigel. "Mit CRISPR und der daraus folgenden neuen Gentechnik wird es eine Revolution geben, die damit gar nicht vergleichbar ist." Wichtig wird es dann sein, dass auch die Ergebnisse dieser Entwicklungen bei den landwirtschaftlichen Betrieben der armen Länder ankommen. Und nicht nur die Produkte.

So funktioniert die "Genschere" CRISPR

Das Akronym CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat, man kann das etwas frei übersetzen als "sich wiederholende Gruppe aus Elementen, die in regelmäßigen Abschnitten getrennt sind". Gemeint ist damit ein bestimmter Abschnitt im Erbgut eines Lebewesens, der DNA (Desoxyribonucleic Acid). Entdeckt wurde CRISPR bei der Erforschung der Methode, mit der einige Bakterien sich gegen Viren wehren: Das Virus setzt sich auf der Hülle eines Bakteriums fest und injiziert ihm seine DNA, um sich mit den Zellmechanismen innerhalb des Bakteriums zu vermehren. Doch das wehrt sich: Es baut einzelne Elemente aus der Viren-DNA mit anderen Bausteinen zu einer CRISPR-Sequenz zusammen. Dann bildet das Bakterium eine RNA (Rebonucleic Acid), das ist ein Molekül, das gebraucht wird, um Gene zu ändern oder zu kopieren. Die RNA findet die Stelle in der DNA des Virus, an welche die CRISPR-Sequenz passt, schneidet die DNA auf und fügt das CRISPR-Element ein - darum wird die Technik häufig als " Genschere" bezeichnet. Die veränderte DNA des Virus funktioniert nicht mehr, seine Vermehrung bleibt aus. Unterstützt wird die RNA dabei häufig von Proteinen, die " CRISPR-associated", also mit CRISPR verknüpft sind, daher werden sie als CRISPR-Cas bezeichnet - eines der bedeutendsten ist das CRISPR-Cas9. Der CRISPR-Mechanismus wurde bei Bakterien beobachtet, lässt sich aber auf das genetische Material von vielen Lebenwesen übertragen, um einzelne Gene zu verändern.

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