Untertitel: WDR mediagroup GmbH im Auftrag des WDR
Über 7 Mrd. Menschen leben auf der Erde.
Jeder von ihnen ist einzigartig.
Und das Produkt seines genetischen Bauplans aus 3 Mrd. Buchstaben.
Vom Beginn unserer Existenz an
bestimmen die Gene über unsere Gestalt und Entwicklung.
Die Wissenschaft hat den genetischen Code entschlüsselt,
wir haben Methoden entwickelt, ihn zu verändern, durch Gentechnik.
Eine große Chance oder ein Risiko?
Die Landwirtschaft steht vor einer Revolution.
Neue Sorten, ertragreicher und widerstandfähiger gegen Schädlinge
und Krankheiten als je zuvor.
So lauten die Verheißungen der Wissenschaftler.
Möglich wird das, weil wir unser Erbmaterial, das Genom,
immer besser verstehen.
Das Geheimnis der Gene befindet sich im Inneren unserer Zellen,
im Zellkern.
Hier ist das Reich der DNA, einer verdrehten Strickleiter.
Die Sprossen werden durch jeweils 2 "Basen" verbunden.
Adenin ist mit Thymin verbunden und Cytosin mit Guanin.
Aus diesen 4 Buchstaben besteht das Erbmaterial aller Lebewesen.
In der Abfolge der 4 Basen verbirgt sich der genetische Code.
Er wird an der DNA von einem Enzym abgelesen
und in einen Informationsstrang übersetzt,
die messenger RNA, sie trägt die Bauanleitung für Eiweiße.
Die messenger RNA verlässt den Zellkern.
Im Zellplasma trifft sie auf die Bestandteile der Zellmaschinerie.
Hier wird die messenger RNA abgelesen, und nach ihrem Code
werden die Bausteine der Eiweiße zusammengesetzt,
die unseren Körper aufbauen und seine Funktionen steuern.
Unsere gesamte Entwicklung wird von den Genen bestimmt.
Nie war es einfacher, sie zu verändern.
Haben wir damit die Macht, den Menschen zu verbessern?
Heilen wir morgen schon Krankheiten wie Krebs?
Die Antworten darauf liegen in der Zukunft.
Schon heute sind gentechnische Methoden in der Forschung
nicht mehr wegzudenken.
Tina Tavhelidse forscht am Centre for Organismal Studies
der Universität Heidelberg an den Augen von Fischen.
Der Japanische Reisfisch lässt sich leicht halten und vermehren
und ist ein ideales Untersuchungsobjekt.
Tina will verstehen, wie sich die Netzhaut in den Augen entwickelt.
Viele Fischarten können eine verletzte Netzhaut regenerieren.
Eine Eigenschaft, die uns Menschen fehlt.
Im Japanischen Reisfisch lässt sich die Entwicklung der Netzhautzellen
sehr gut verfolgen.
Die Fische legen viele Eier und entwickeln sich schnell.
Doch es gibt ein Problem.
Die Netzhaut der Fische ist dunkel pigmentiert,
die Entwicklung ihrer Zellen daher nur schwer zu sehen.
Aber es gibt eine elegante Lösung des Problems.
Das Gen, das für die Pigmentbildung verantwortlich ist,
lässt sich mithilfe der Gentechnik ausschalten.
Zum Einsatz kommt dabei eine der neuen Genscheren,
die seit wenigen Jahren die Forschung revolutionieren.
Der Name des Werkzeugs: CRISPR/Cas.
Tina und ihr Doktorvater, der Genetiker Prof. Joachim Wittbrodt,
sind von den neuen Möglichkeiten in der Grundlagenforschung begeistert.
Was macht die neue Genschere so besonders?
Wir alle kennen Word oder Textverarbeitungen.
Wir haben mit dem Genom nen Text mit 3 Mrd. Buchstaben
und suchen uns ne beliebige Stelle
mit unserer Suchmaschine, Suchfunktion,
drücken "replace", und der Text ist ersetzt.
Ähnlich kann man sich das vorstellen mit CRISPR/Cas.
Als molekulare Suchmaschine, die erlaubt, ein gesamtes Genom
zu scannen nach einer einzigen Stelle,
und dort im Idealfall einzelne Buchstaben auszutauschen.
Das ist das Prinzip von CRISPR/Cas, was es so besonders macht
und unterscheidet von allem, was vorher da war.
Bei CRISPR dient ein RNA-Molekül als genetische Erkennungssequenz.
Sie wird mit der "tracrRNA" verbunden.
Ursprünglich dient dieses System in Bakterien als Abwehrmechanismus
gegen fremdes Erbmaterial von Viren.
Der entstandene RNA-Komplex wird mit einem enzymatischen Schneidwerkzeug
verbunden, dem Cas9-Protein.
Damit ist die molekulare Genschere komplett.
Sie wird in den Zellkern der Zielzelle geschleust.
Die RNA-Erkennungssequenz kann problemlos variiert werden.
Sie entscheidet, an welcher Stelle das System an der Ziel-DNA bindet.
An dieser Stelle wird die Ziel-DNA von dem Cas9-Protein durchschnitten.
Der Reparaturmechanismus der Zelle wird aktiv.
Diese beiden Stränge werden wieder zusammengefügt.
Dabei treten jedoch Fehler auf, das entsprechende Gen wird funktionslos.
Die Ziel-DNA kann auch so geschnitten werden, dass zwischen
den losen Enden ein neuer DNA-Abschnitt eingefügt werden kann.
So lassen sich neue Eigenschaften in das Erbgut einbringen.
Einfacher und präziser als jemals zuvor.
Die neuen Genwerkzeuge
haben nicht nur die Grundlagenforschung revolutioniert.
Längst interessieren sich Großkonzerne in der Landwirtschaft
für die neuen Möglichkeiten.
In großem Stil wird in vollautomatisierten
Riesen-Gewächshäusern an neuen Züchtungen geforscht.
V.a. in den USA, wo die Rechtsprechung weniger einschränkend
als in Europa ist, versprechen sich die Hersteller Nutzpflanzen
mit ganz neuen Eigenschaften.
Große Widerstandskraft gegen Schädlinge, hohe Ernteerträge
und bessere Lebensmittelqualität.
Schon jetzt ist die Grüne Gentechnik ein Milliardengeschäft.
Großkonzerne verdienen mit genverändertem Saatgut
und Patenten auf Lebensmitteln ein Vermögen.
Die neuen Verfahren der Gentechnik sollen das Geschäft in Zukunft
weiter revolutionieren.
In Heidelberg durchsucht Tina Tavhelidse
in einer Internetdatenbank das Genom ihres Versuchsfisches.
Sie sucht nach jener Position in der DNA-Sequenz, an der sich
das Gen für die Pigmentbildung in der Netzhaut befindet.
Dieses Gen soll ausgeschaltet werden.
Zum Einsatz für diesen "Gen-Knockout" kommt CRISPR.
Dazu muss eine Sequenz festgelegt werden,
die als Sonde das Pigmentgen im Erbmaterial des Fisches erkennt.
Die entsprechende Gensequenz kann künstlich hergestellt
und mithilfe von Bakterienkulturen vervielfältigt werden.
Die fertige Sequenz wird Bestandteil des CRISPR/Cas-Systems
und dient als Andockstelle.
Um die fertige CRISPR/Cas-Lösung in die Fischeier einzubringen,
werden sie unter dem vergrößernden Binokular angeordnet.
Die CRISPR/Cas-Lösung, zur besseren Sichtbarkeit hier rot markiert,
wird auf eine feine Kanüle aufgezogen.
Dann wird jedes Ei mit der Lösung injiziert.
Nach kurzer Zeit nimmt die Genschere
ihre Arbeit in den Zellen der Fische auf.
Im Lauf der weiteren Entwicklung wird sich zeigen,
ob das Ziel-Gen erfolgreich ausgeschaltet wurde.
Doch bei aller Begeisterung über die Möglichkeiten,
die CRISPR und Co. bieten,
warnen Kritiker vor unabsehbaren Folgen der Genmanipulation.
V.a. in der Landwirtschaft, wo genveränderte Pflanzen
in einigen Ländern seit Jahren im Freiland angebaut werden.
Wenige Großkonzerne beherrschen den Markt von genmanipuliertem Saatgut
und den passenden Pestiziden.
Was, wenn die veränderten Gene auf Wildpflanzen übertragen werden?
Können Unkräuter so selbst resistent gegen Pestizide werden?
Der Agrarwissenschaftler Felix Prinz zu Löwenstein
beschäftigt sich seit Jahren
mit den Problemen der industriellen Landwirtschaft.
Er sieht ein großes Risiko
in der Freisetzung genmanipulierter Pflanzen in die freie Natur.
Diese neuen Gentechniken haben ein Risiko gemeinsam
mit den alten Gentechniken, jedenfalls dieses eine:
Dass es sich um vermehrungsfähige, lebende Organismen handelt,
die wir in die freie Natur bringen,
von der wir sie nicht zurückholen können.
Trotz aller Bedenken, in den USA ist die Gentechnik
aus der Landwirtschaft nicht mehr wegzudenken.
Befürworter der Gentechnik sagen, dass auch bei
der traditionellen Züchtung die Gene der Pflanzen verändert werden.
Nur langsamer und nicht so genau, wie es die neuen Genscheren können.
Die Genscheren haben einen weiteren Vorteil:
Bisher konnten neue Gene nur mithilfe von Viren oder Bakterien
in Nutzpflanzen eingebracht werden.
Das Verfahren gilt als teuer und kompliziert.
CRISPR revolutioniert hier alles.
Bei der klassischen Gentechnik nutzten Forscher z.B. Bakterien,
um neue Gene in eine Maispflanze zu bringen.
Und sie nutzten Viruspartikel, um die Gene in die Zelle zu schleusen.
Die Pflanze, die daraus entsteht, heißt "Transgen",
denn sie enthält nicht nur ihre eigenen Gene,
sondern auch DNA von anderen Organismen.
Bei einer Methode wie CRISPR
wird meist nur die Genschere in die Zelle gebracht.
Sie kann das Genom der Pflanze verändern,
ohne fremde DNA einzufügen.
Die Schere selbst wird anschließend vollständig abgebaut.
Die fertige Maispflanze enthält deshalb nichts anderes als Mais-DNA.
Viele Forscher halten den Einsatz der neuen Genscheren
nicht für Gentechnik,
sondern sprechen von Genome Editing oder Genchirurgie.
Ein wichtiger Unterschied bei der Entwicklung und Vermarktung
genmanipulierter Produkte.
Die Agrarkonzerne in den USA setzen immer stärker auf Gentechnik
oder Genome Editing.
Besteht dabei nicht die Gefahr, die Ökologie und die Folgen
der industriellen Landwirtschaft aus dem Blick zu verlieren?
Können wir mit neuen Methoden wie CRISPR
alle Probleme der Landwirtschaft lösen?
Können wir damit den Hunger in der Welt besiegen?
Ich glaube, dass der Tunnelblick auf das Genom das Falsche ist.
Wir müssen das gesamte Agrarökosystem anschauen.
Anstatt zu versuchen, dieses System zu reparieren,
dass wir es weiter fahren können, mit allen anderen Nebenfolgen,
z.B. auf die Biodiversität,
täten wir gut daran, das System als solches zu verändern.
Z.B. im Blick auf Mischkulturen, Aufbau von Bodenfruchtbarkeit.
Dann kommen wir der Lösung der Probleme,
die wir im Genom lösen wollen, viel näher.
Selbst im aufgeschlossenen Amerika wächst der Widerstand gegen
die allumfassende genetische Machbarkeit in der Landwirtschaft.
Doch der wirtschaftliche Druck steigt.
Haben wir keine Alternative zur Gentechnik in der Landwirtschaft?
In Europa ist die Ablehnung der Gentechnik weitaus stärker,
die Regularien strenger.
Verliert die Forschung in Europa den Anschluss?
Immer mehr Stimmen fordern, die Regeln für die Anwendung
von CRISPR und Co. in der Landwirtschaft zu erleichtern.
In Heidelberg überprüft Tina, ob der Eingriff ins Erbgut erfolgreich war.
Bei einigen Fischen ist die Netzhaut ohne Farbstoff
und erscheint transparent.
Das Pigmentgen in der Netzhaut wurde ausgeschaltet.
Bei anderen Versuchstieren ist die Netzhaut noch ganz schwarz.
Bei vielen zeigt sich ein hell-dunkles Mosaikmuster
in der Netzhaut.
Ganz perfekt arbeitet also auch CRISPR nicht.
Selbst wenn die Genschere mit größter Präzision schneidet,
auch das kann ein Problem sein.
Denn die Erkennungssequenz von CRISPR, die Sonde,
durchsucht immer das ganze Genom.
Ein Genom kann aber je nach Organismus
aus mehreren Milliarden Basenpaaren, den Buchstaben der DNA, bestehen.
Wir haben eigentlich ne Suchmaske von 20 Buchstaben.
Die 20 Buchstaben müssen passen.
Aber es gibt ne gewisse Unschärfe in der Suche,
sodass wir am Ende nicht 20, sondern vielleicht nur 13 Buchstaben haben.
Wenn man 3 Mrd. Buchstaben im gesamten Buch hat,
ist es möglich, dass diese 13 Buchstaben woanders auch vorkommen.
An der Stelle wirds auch schneiden.
Die Wahrscheinlichkeiten variieren, und es gibt keine guten Vorhersagen.
Genau das ist das Problem, man nennt es "off-targets".
Es ist außerhalb des Zielbereichs.
Wenn man sich vorstellt, man verändert etwas
in einem wichtigen Organismus, z.B. in nem Menschen,
dann möchte man das auf keinen Fall so haben, das geht nicht.
Um die Gene der behandelten Fische auf solche Fehler zu untersuchen,
werden mithilfe einer PCR
viele Millionen Kopien ihrer DNA hergestellt.
Dies geschieht vollautomatisch.
Es ist die Voraussetzung dafür, die DNA zu sequenzieren,
also die genaue Abfolge ihrer Buchstaben zu erhalten.
So kann die DNA auf Veränderungen durch die Behandlung mit CRISPR
untersucht werden.
Die Fortschritte durch CRISPR sind gigantisch.
Die Hoffnungen, v.a. in der Medizin, sind es auch.
Wunder aber kann auch CRISPR nicht vollbringen.
Es wär anmaßend zu sagen, wir haben verstanden, wie es geht,
und wir müssen nur 3 Hebel umlegen, dann können wir das bewirken.
Weil wir in der Situation sind, ist es nötig, die Grundlagenforschung
zu haben, die das Feld im Verständnis vertieft.
Um dann, da würde ich jedem recht geben, der ne Anwendung möchte,
die Augen offen zu haben für mögliche Anwendungen,
sobald man verstanden hat.
Diese Anwendungen gibt es bereits.
In den USA kommen genveränderte Maispflanzen auf den Markt.
Mit CRISPR wurden sie für eine verbesserte Stärkeproduktion
und einen höheren Ertrag optimiert.
"Wachsmais" produziert fast ausschließlich
die hochwertige Stärke Amylopektin.
Wertvoll für die Lebensmittelindustrie,
aber auch für die Papierherstellung.
Laut US-Gesetz handelt es sich nicht um gentechnisch
veränderte Organismen, der strenge Zulassungsprozess entfällt daher.
In Europa undenkbar.
Noch.
Es ist eine neue Welt, die vor uns liegt.
Neue Werkzeuge erlauben uns,
den innersten Kern des Lebens zu verändern.
Es liegt an uns, die Verantwortung dafür zu übernehmen.
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