Die „genetische Schere“ CRISPR/Cas9 gilt als eines der nützlichsten Werkzeuge der Gentechnologie. Mit ihr kann die DNA sowohl von Tieren als auch von Pflanzen und Mikroorganismen verändert werden. Dies kann zu neuen Krebstherapien und zur Heilung von Erbkrankheiten beitragen. Auch in Luxemburg arbeiten Forscher mit der Genschere. Für ihre Entdeckung im Jahr 2012 bekamen zwei Biochemikerinnen und Mikrobiologinnen, die Französin Emmanuelle Charpentier und die US-Amerikanerin Jennifer A. Doudna, den Nobelpreis für Chemie.

Als Johann Mendel experimentierte, gab es noch gar keinen Nobelpreis. Und davon, dass er einmal als ein Pionier der Gentechnik in die Geschichte eingehen würde, konnte er nicht einmal träumen. Der Sohn von Kleinbauern aus einem kleinen Dorf in Mähren im heutigen Tschechien hatte sein Faible für das Kreuzen von Pflanzen gewissermaßen vererbt bekommen. Als er Mönch in der Abtei St. Thomas von Brünn wurde, erhielt er den Ordensnamen Gregorius – und studierte neben der Theologie Ökonomie, Weinbau und Obstbaumzucht.

So kam es dazu, dass Mendel die Techniken der Kreuzung sowie Auslese und Samenvermehrung erlernte – und im Jahr 1865 im Klostergarten gelbe mit grünen Erbsen kreuzte. Seine Erkenntnisse veröffentlichte er ein Jahr später. Der Ordenspriester hatte mit seinem quantitativen Ansatz Pionierarbeit für spätere Generationen geleistet – und die Vererbungslehre begründet.

Vier Jahre später entdeckte der Schweizer Arzt und Chemiker Friedrich Miescher das Nuclein und wiederum 60 Jahre später der litauische Biochemiker Phoebus Levene die Desoxyribonukleinsäure (DNS bzw. das englische Kürzel DNA), die Träger der Erbinformation ist und in allen Lebewesen vorkommt. Im Jahr 1953 veröffentlichten die beiden US-Amerikaner James Watson und Francis Crick sowie der Neuseeländer Maurice Wilkins das dreidimensionale Doppelhelix-Modell für die Molekularstruktur. Sie wurden dafür mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet.

Entschlüsselung des genetischen Codes

Die wissenschaftliche Entwicklung schritt unaufhaltsam voran. In den 60er Jahren entdeckte der US-Biochemiker und Molekularbiologe Marshall Warren Nirenberg die Regeln für die Entschlüsselung des genetischen Codes – und fanden die Franzosen François Jacob und Jacques Monod heraus, wie die Aktivität von Genen an- und abgeschaltet werden kann. Ungefähr zeitgleich entdeckte der Schweizer Molekularbiologe Werner Arber die Genscheren, mit denen sich DNA zerteilen lässt.

Das erste gentechnische Experiment gelang 1972. Bereits vorher hatten die Diskussionen über die Gentechnik begonnen, etwa durch die Aufklärung des genetischen Codes. Die Gentechnologie beschreibe das gezielte „Verfahren zu In-vitro-Rekombination von genetischem Material (DNA) und dessen identischer Reproduktion in einem geeigneten Wirtssystem“, erklärt die Wissenschafts- und Technikhistorikerin Samia Salem*. Die Gentechnik stelle neue, nicht von Natur aus in einem Organismus vorhandene Kombinationen genetischer Informationen her, die im Bereich der Medizin (rote Gentechnik) und der Landwirtschaft (grüne Gentechnik) angewandt wurden.

Die US-Biochemiker Herbert W. Boyer und Stanley Cohen nutzten sie erstmals, um Erbanlagen von einem Organismus auf einen anderen zu übertragen. Sie schleusten die DNA eines Froschs in ein Bakterium ein – daraus entstand eine „rekombinante“ DNA. Versuche mit Krebsgenen und die Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen sollten vorerst tabu sein. Boyer und Robert Swanson gründeten 1976 die erste Biotechfirma Genentech, die 1977 das erste mit rekombinanter DNA hergestellte humane Wachstumshormon Somatostatin auf den Markt brachte.

Möglichkeiten, Gefahren und ethische Fragen

Zugleich löste die Möglichkeit von Genübertragungen zwischen verschiedenen Spezies Besorgnis unter Forschern aus. Erste Sicherheitsregelungen im Kontext der Gentechnik wurden verabschiedet. Mit dem kommerziellen Erfolg kam es zum Aufbau von Forschungs- und Produktionsstätten. Erste gentechnologisch hergestellte Arzneimittel erhielten eine Zulassung für den therapeutischen Einsatz an Menschen. Die Gentechnik trug entscheidend bei der Erforschung des 1983 entdeckten Human Immundefizienz Virus (HIV) bei. Ethische Fragen zur Zulässigkeit eines künstlichen Eingriffs am Menschen waren bereits in den Jahren zuvor aufgekommen, befördert durch Fortschritte in der Reproduktionstechnologie, insbesondere die In-vitro-Fertilisation.

Im Bereich der Pflanzenzüchtung begannen ebenfalls Forschungen zur Übertragung von Resistenzen gegenüber Salz, Trockenheit, Wärme, Insekten und Viren. Zu den ersten Modellpflanzen gehörten Petunien und Tabak in einer Übertragung artfremder Gene. Außerdem kam es zu gezielten Erbgutveränderungen von Tieren, die sich insbesondere darauf konzentrierten, die Milch- und Fleischproduktion von Nutztieren zu steigern, vor allem das Rinderwachstumshormon rBST. Versuche mit genetisch veränderten Tieren reichten in den 80ern über den Nutzbereich hinaus.

Ziel war die Entwicklung von Modellorganismen, an denen humane Krankheiten sowie die Wirkungen und Nebenwirkungen neuer Arzneimittel für den Menschen untersucht werden konnten. Bekannt wurde die sogenannte Krebsmaus. Die Zahl der Forschungsarbeiten stieg an. Die Schwerpunkte lagen auf Gentherapien, Tierimpfstoffen und Projekten im Pflanzenschutz. 1997 begann mit dem Klonschaf „Dolly“, dem ersten geklonten Säugetier, bei dem die Erbinformation von einem bereits ausgewachsenen Säugetier stammte, eine neue Phase der bioethischen Diskussionen.

Das industrielle Interesse galt vor allem Herbizid- und Pestizidresistenzen. Die Stressresistenzen von Pflanzen sollten verbessert und deren Vitamingehalt gesteigert werden. Die Forschung konzentrierte sich auf Kartoffeln, Mais, Raps, Sojabohnen und Tomaten, aber auch auf Baumwolle und Zuckerrüben. Mit den sogenannten FlavrSavfr-Tomaten der US-amerikanischen Firma Calgene kam 1994 zum ersten Mal ein gentechnisch verändertes Lebensmittel auf den Mark: Die Anti-Matsch-Tomate brauchte länger zum Reifen und konnte somit auch länger gelagert werden.

„Roundup“ und die Greenpeace-Kampagen

Der kommerzielle Durchbruch transgener Kulturpflanzen gelang schließlich dem US-Unternehmen Monsanto mit der 1996 in der Europäischen Union zugelassenen Roundup-Ready-Sojabohne mit einer Herbizid-Resistenz, die sie vor dem firmeneigenen Unkrautvernichtungsmittel „Roundup“ mit dem für fast alle Pflanzenarten toxischen Wirkstoff Glyphosat schützte. Als die EU-Kommission diese Sojabohnen genehmigte, kam es zum Widerstand: Im Juni 1996 stieg Greenpeace Deutschland mit einer Kampagne in das Themengebiet ein. Während die Industrie den Kritikern mangelndes Wissen und Vorurteile vorwarf und behauptete, dass gentechnische Verfahren in der Landwirtschaft nur die Fortsetzung der klassischen Züchtung seien, gingen die Natur- und Umweltschützer auf die Barrikaden. Felder wurden zerstört. Bereits der erste Freilandversuch für transgene Kartoffeln, die einen in der Papierherstellung und Abwasseraufbereitung gebrauchten Stärketyp produzieren sollten, hatte in Deutschland ab 1989 für massive Proteste gesorgt. Ähnlich ging auch der Anbau des insektenresistenten Bt-Mais mit Feldzerstörungen einher.

Derweil war die Entdeckung der Genschere CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindronmic Repeats) durch Charpentier und Doudna ein revolutionärer Fortschritt in der roten Gentechnik. Der Einsatz von CRISPR, zusammen mit dem Cas9-Protein, ist nicht nur effizienter, sondern auch preiswerter als die bisherigen Methoden und „eröffnet mit ihrer Zielgenauigkeit vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur Behandlung schwerer Immunerkrankungen“, erklärt Samia Salem. Aber eben auch in der Pflanzenzüchtung: In der grünen Gentechnik erlaube die neue Methode unter anderem die Herstellung von glutenarmem Weizen oder vitaminreicherem Obst. Mittlerweile sind gentechnisch veränderte Pflanzen in der Landwirtschaft und gentechnisch hergestellte Arzneimittel keine Besonderheit mehr. 2008 führte öffentlicher Protest in Frankreich noch zum Stopp von Freilandversuchen und des kommerziellen Anbaus von gentechnisch veränderten Pflanzen.

CRISPR/Cas vereinfachte vieles, eröffnete neue Möglichkeiten, schuf aber auch neue Risiken, weiß Salem. Was Jennifer A. Doudna als „Eingriff in die Evolution“ bezeichnete, könne weitreichende Folgen für die Natur und Umwelt haben. „Der Mensch könnte seine eigene Evolution steuern“, sagte Doudna in einem Interview mit der deutschen Zeitung Welt am Sonntag. So könnte sich nicht nur eine Reihe von Krankheiten besiegen lassen. Nach den Worten der Wissenschaftsjournalistin Monika Sax habe sich ein „genetischer Werkzeugkasten“ entwickelt, „mit dem sich Erbanlagen fast nach Wunsch schneiden und verändern lassen wie Texte in einem Computer“.

Kritiker befürchten gefährlich Kettenreaktionen für ganze Ökosysteme. In der Europäischen Union sollen Pflanzen, die mit der Neuen Gentechnik gezüchtet wurden, nicht mehr unter die Gentechnik-Gesetze fallen. Sie sollen dann wie herkömmliche Pflanzen behandelt werden, wenn sie unter natürlichen Bedingungen hätten entstehen können. Und sie könnte die Intensivierung und Industrialisierung der Landwirtschaft verstärken.

Christoph Then von dem unabhängigen Münchner Institut Testbiotech warnt davor, die neuen Pflanzen nicht auf mögliche Folgen zu untersuchen: „Wenn ich mit neuen Pflanzen arbeite, muss ich auch ihre Risiken kennen“, sagte er im Tageblatt-Interview. Der Plan sei aber, für die meisten Pflanzen in Zukunft keine Prüfung der Umweltrisiken zu verlangen. Eines dürfte jedoch klar sein, wie Jennifer A. Doudna sagte: „Wir werden diese Technik nicht wieder in die Flasche zurückholen können.“

* Samia Salem: Am Anfang war die Erbse. Aus Politik und Zeitgeschichte 2022