Xi-jun Yin
Diese fleischigen Schweine könnten die ersten gentechnisch veränderten Tiere sein, die für den menschlichen Verzehr zugelassen werden.
Belgian Blue Rinder sind schwerfällige Tiere, die ungewöhnlich große Mengen an geschätztem, magerem Rindfleisch liefern – das Ergebnis jahrzehntelanger selektiver Zucht. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern aus Südkorea und China nach eigenen Angaben mit einer viel schnelleren Methode das Äquivalent bei Schweinen geschaffen.
Diese „doppelt bemuskelten“ Schweine entstehen durch die Unterbrechung oder Bearbeitung eines einzigen Gens – eine Veränderung, die viel weniger dramatisch ist als bei der herkömmlichen genetischen Veränderung, bei der Gene von einer Art in eine andere verpflanzt werden. Daher hoffen ihre Schöpfer, dass die Aufsichtsbehörden eine nachsichtige Haltung gegenüber den Schweinen einnehmen werden – und dass die Rasse zu den ersten gentechnisch veränderten Tieren gehören könnte, die für den menschlichen Verzehr zugelassen werden.
Jin-Soo Kim, ein Molekularbiologe an der Seoul National University, der die Arbeit leitet, argumentiert, dass seine Gen-Editierungen lediglich einen Prozess beschleunigen, der zumindest im Prinzip auf natürlichere Weise ablaufen könnte. „Wir könnten dies durch Züchtung erreichen“, sagt er, „aber dann würde es Jahrzehnte dauern.“
Weltweit ist kein gentechnisch verändertes Tier für den menschlichen Verzehr zugelassen, da negative Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit befürchtet werden. Der schnell wachsende transgene Atlantische Lachs befindet sich seit 20 Jahren in der Schwebe der US Food and Drug Administration (siehe Nature 497, 17-18; 2013).
Kim und seine Kollegen gehören zu einer wachsenden Zahl von Forschern, die hoffen, dass das Gen-Editing, mit dem ein einzelnes Gen deaktiviert oder ausgeschaltet werden kann, dies verhindern wird. Zu den Berichten über Anwendungen des Gen-Editings in der Landwirtschaft gehört die Schaffung von hornlosen Rindern. (Die Hörner machen es den Tieren schwer, mit ihnen umzugehen, und werden derzeit in einem schmerzhaften Verfahren abgebrannt.) Forscher haben auch Schweine gezüchtet, die gegen das Virus der Afrikanischen Schweinepest immun sind.
Natur Spezial: CRISPR
Der Schlüssel zur Erschaffung der doppelt bemuskelten Schweine ist eine Mutation im Myostatin-Gen (MSTN). MSTN hemmt das Wachstum von Muskelzellen und hält so die Muskelgröße in Schach. Bei einigen Rindern, Hunden und Menschen ist MSTN jedoch gestört, und die Muskelzellen vermehren sich, was zu einer abnormalen Masse an Muskelfasern führt.
Um diese Mutation in Schweine einzuschleusen, verwendete Kim eine Gen-Editing-Technologie namens TALEN, die aus einem DNA-schneidenden Enzym besteht, das an ein DNA-bindendes Protein gebunden ist. Das Protein leitet das Schneideenzym zu einem bestimmten Gen in der Zelle, in diesem Fall in MSTN, das es dann schneidet. Das natürliche Reparatursystem der Zelle näht die DNA wieder zusammen, aber dabei werden oft einige Basenpaare gelöscht oder hinzugefügt, so dass das Gen nicht mehr funktioniert.
Das Team editierte fötale Schweinezellen. Nach der Auswahl einer bearbeiteten Zelle, in der TALEN beide Kopien des MSTN-Gens ausgeschaltet hatte, übertrug Kims Mitarbeiter Xi-jun Yin, ein Forscher für Tierklonierung an der Yanbian-Universität in Yanji, China, diese in eine Eizelle und erzeugte 32 geklonte Ferkel.
Kim und sein Team haben ihre Ergebnisse noch nicht veröffentlicht. Fotos der Schweine zeigen jedoch „den typischen Phänotyp“ von Tieren mit doppelten Muskeln, sagt Heiner Niemann, ein Pionier in der Anwendung von Gen-Editing-Werkzeugen bei Schweinen, der am Friedrich-Loeffler-Institut in Neustadt, Deutschland, tätig ist. Er stellt fest, dass sie insbesondere die ausgeprägten hinteren Muskeln haben, die für solche Tiere typisch sind.
Yin sagt, dass vorläufige Untersuchungen zeigen, dass die Schweine viele der Vorteile der doppelt bemuskelten Kuh bieten – wie mageres Fleisch und einen höheren Fleischertrag pro Tier. Allerdings teilen sie auch einige der Probleme der Kuh. Schwierigkeiten bei der Geburt ergeben sich zum Beispiel aus der Größe der Ferkel. Und nur 13 der 32 Tiere wurden 8 Monate alt. Von diesen sind noch zwei am Leben, sagt Yin, und nur eines gilt als gesund.
Anstatt zu versuchen, Fleisch von diesen Schweinen zu erzeugen, planen Kim und Yin, sie zur Lieferung von Sperma zu verwenden, das an Landwirte verkauft wird, um es mit normalen Schweinen zu paaren. Die daraus resultierenden Nachkommen mit einem gestörten und einem normalen MSTN-Gen wären gesünder, wenn auch weniger muskulös, sagen sie. Das Team führt nun das gleiche Experiment mit einer anderen, neueren Gen-Editing-Technologie namens CRISPR/Cas9 durch. Im vergangenen September berichteten Forscher, dass sie mit einer anderen Methode des Gen-Editings neue Rassen von Kühen mit doppelten Muskeln und Schafen mit doppelten Muskeln entwickelt haben (C. Proudfoot et al. Transg. Res. 24, 147-153; 2015).
Da Gen-Editing ein relativ neues Phänomen ist, haben die Länder gerade erst damit begonnen, darüber nachzudenken, wie es bei landwirtschaftlichen Pflanzen und Tieren reguliert werden kann. Es gibt einige Anzeichen dafür, dass die staatlichen Behörden es mit mehr Nachsicht betrachten werden als herkömmliche Formen der genetischen Veränderung: Die Aufsichtsbehörden in den Vereinigten Staaten und in Deutschland haben bereits erklärt, dass einige Gen-Editing-Pflanzen nicht in ihren Zuständigkeitsbereich fallen, weil keine neue DNA in das Genom eingebaut wurde. Tetsuya Ishii, der sich an der Hokkaido-Universität in Sapporo, Japan, mit der internationalen Regulierung der Biotechnologie befasst und einen internationalen Vergleich der GVO-Vorschriften angestellt hat, ist jedoch der Ansicht, dass das Gen-Editing bei Tieren zunehmend Besorgnis erregen wird.
Kim hofft, das veränderte Schweinesperma an Landwirte in China zu vermarkten, wo die Nachfrage nach Schweinefleisch steigt. Das dortige regulatorische Klima könnte seinen Plan begünstigen. China investiert stark in die Genbearbeitung und hat traditionell ein laxes Regulierungssystem, sagt Ishii. Die Aufsichtsbehörden werden vorsichtig sein, sagt er, aber einige könnten Gentechnik, die keinen Gentransfer beinhaltet, von den strengen Vorschriften ausnehmen. „Ich denke, China wird den Anfang machen“, sagt Kim.