Neue Gentechnik-Verfahren Juni 2017

Transkript

1 Neue Gentechnik-Verfahren Juni 2017 Dr. Christoph Then, Testbiotech e.v. München

2 Was ist Gentechnik?

3 Die Zelle als Grundlage der Züchtung Leben ist in seiner Entstehung und Funktion zellulär organisiert. Gene sind Teil eines komplexen Systems von Regulation, der Informationsspeicherung und Kommunikation, die durch die Zelle organisiert werden. Unser biologisches Verständnis ist zu sehr auf die Ebene der DNA fokussiert. Grafik: Günter Blobel.

4 Züchtung: Nutzung des Systems der Zelle Bei der Kreuzung werden vorhandene genetischen Veranlagungen neu kombiniert, aber Grundlage ist eine geordnete Genomverteilung. Spontane oder induzierte Veränderungen im Erbgut (Mutationen, springende Gene, veränderte Genaktivitäten) und deren biologische Wirkungen sind oft nicht wirklich zufällig. Insbesondere Pflanzen verfügen über eine Vielzahl von reaktiven Mechanismen, die von der Zelle gesteuert werden. Zwar können auch durch Züchtung von Fall zu Fall Pflanzen mit zweifelhaften Eigenschaften entstehen. Dies liegt aber nicht an den Verfahren. Treten Zweifel an der Sicherheit auf, müssen bestimmte Produkte / Pflanzen untersucht werden.

5 Gentechnik: Eingriff ins Erbgut Die Gentechnik behandelt Pflanzen (deren Zellen) nicht als selbst regulierendes System. Vielmehr wird direkt auf der Ebene des Genoms eingegriffen und eine Veränderung der Struktur der DNA mit technischen Mitteln erzwungen. Alle Pflanzen, die mit diesen Verfahren hergestellt werden, müssen deswegen eine Zulassungs- / Risikoprüfung durchlaufen.

6 Technische Grundlagen neuer Gentechnik-Verfahren

7 Gen-Editing - Synthetische Gentechnik > Synthese von Nukleinsäuren (DNA bzw. RNA-Sequenzen) mit und ohne natürliches Vorbild > Veränderung der DNA duch Nukleasen, die bestimmte Zielorte im Erbgut erkennen können. Dabei können natürliche Gene zerstört (knockout) und / oder neue DNA Sequenzen eingefügt werden (knockin). Dabei sind auch multiple Veränderungen des Erbguts möglich (seriell, parallel). > Veränderungen der Struktur des Genoms durch Oligonukleotide. > Gene Silencing / Veränderung der Gen-Exprimierung. > Veränderung der Vererbungshäufigkeit durch Gene Drives.

8 Grundlagen der synthetischen Gentechnik DNA-Analyse und DNA-Synthese gehen Hand in Hand. Quelle: US PRESIDENTIAL COMMISSION FOR THE STUDY OF BIOETHICAL ISSUES

9 DNA-Scheren: CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Adoption: Testbiotech

10 Oligonukleotide Abbildung: Modell der Wirkungsweise von Oligonukleotiden: 1. Oligonukleotid wird in Zelle eingeschleust 2. Oligonukleotid setzt sich an entsprechende Stelle im Genom 3. Abweichung vom Genom löst zelleigenen Reparaturmechanismus aus. 4. Oligonukleotid löst sich auf. 5. Abweichung vom Genom im oberen Strang wird entsprechend ersetzt. 6. Gewünschte Punkt-Mutation wurde ins Genom eingebaut. Quelle:

11 Anwendungsbereiche Pflanzen Nutzpflanzen Wildpflanzen Bäume Tiere Versuchstiere Tiere zur Lebensmittelgewinnung Insekten Wildtiere Menschen Menschliche Embryonen

12 Oligonukleotide: Cibus-Raps

13 Im Fokus: Nutztiere

14 Im Fokus: Insekten Ledford, 2015; adoption: Testbiotech

15 Speisepilze Längere Haltbarkeit nach Ernte Mehrere Gen-Orte gleichzeitig verändert (Deletionen) Keine Daten über ungewollte Veränderungen der Inhaltsstoffe oder des Erbguts US Behörden: Muss nicht reguliert werden Patentantrag eingereicht

16 Weitere Beispiele

17 Akteure

18 Akteure & Patentanträge auf neue Gentechnikverfahren

19 Patentanträge auf Nutztiere / Firma Recombinetics Synthetic gene technologies used in plants and animals for food production, Testbiotech, 2016

20 US Firma Intrexon Intrexon gehören u.a.: Klonfirmen wie Viagene und TransOva; Firma Aquabounty, transgener Lachs Patente auf gentechnisch veränderte Tiere, vom Schaf bis zum Schimpansen Gentechnik-Äpfel: Arctic Apple Entwicklung von Gentechnik-Bäumen in Kooperation mit FuturaGene Group Gentechnisch veränderte Insekten (Olivenfliegen, Mücken) Zu den Vorständen von Intrexon gehört Robert B. Shapiro, der ehemalige Geschäftsführer von Monsanto.

21 Die Risiken

22 Wie präzise sind die neuen Verfahren? Beispiel Dupont, Soja (Li et al., 2016): Erster Schritt: Einfügung der DNA für die Nuklease (Enzym) per Schrotschuss ins Erbgut. Folge: Ungewollte Veränderungen wie mehrfache und unvollständige Integration der DNA Konstrukte.

23 Wie präzise sind die neuen Verfahren? Zweiter Schritt: Die Nuklease soll das Genom der Pflanzen an einer bestimmten Stelle aufschneiden und ggf. ein zusätzliches Gen einfügen. Beobachtete Fehler: Verwechslung der Orte, an denen die Nuklease aktiv wird; unterschiedlich umfangreiche Deletionen; zum Teil wurde nur ein Strang der DNA verändert; zufällige Integration von unerwünschter DNA; Einbau mehrerer (unvollständiger) Kopien der gewünschten DNA; oft unbeabsichtigter Einbau der DNA für die Synthese der Nuklease. Beispiel Dupont, Soja (Li et al., 2016)

24 Wie präzise sind die neuen Verfahren? Dritter Schritt: Durch weitere Züchtung (Segregation) versuchte man, Pflanzen zu erhalten, die nur die gewünschten Veränderungen aufweisen. Beispiel Dupont, Soja (Li et al., 2016)

25 Wie präzise sind die neuen Verfahren? Präzision ist abhängig von Nuklease Methode (z.b. transient oder Integration ins Erbgut) (Pflanzen-)Art Zielregion Zielsetzung Labor u.a....

26 Fallspezifische Risikobewertung Gewollte / ungewollte Veränderungen auf der Ebene der DNA (off und on target effects) der Gen-Regulation / Epigenetik der genetischen Stabilität unter Stresseinwirkung der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe biologisch aktiver Stoffe (wie small RNAs) der Pflanzen-Kommunikation / Tier-Verhalten des assoziierten Mikrobiom

27 Beispiele für Probleme bei fehlender Regulierung Es gibt keine Verpflichtung Daten vorzulegen, es gibt keine Möglichkeit die Angaben der Firmen zu überprüfen. Produkte können im Markt nicht verfolgt werden. Einzelne ( ungefährliche ) Schritte können in Kombination bzw. wiederholt eingesetzt werden. Pflanzen und Tiere, die einfach oder mehrfach gentechnisch verändert sind, können weiter gekreuzt werden (stacking). Ausbreitung in natürliche Populationen kann nicht verhindert werden.

28 USA: Zulassung ohne Prüfung und Kennzeichnung

29 Transgene escape: global overview * lack of oversight / data

30 Vorsorgeprinzip! Transparenz, Rückverfolgbarkeit, Schutz der gentechnikfreien Produktion und der Schutz der natürlichen Populationen sind beim Umgang mit den neuen Gentechnikverfahren unverzichtbar.

31 Rechtliche Bewertung

32 Rechtliche Bewertung: Kraemer & Spranger Es gibt grundsätzlich zwei Kategorien von Methoden, mit denen die Genetik der Organismen verändert werden kann: Diejenigen, die vor der Verabschiedung der EU Richtlinie 2001/18 als 'sicher' galten. Andere, die neu dazu gekommen sind und reguliert werden müssen.

33 Rechtliche Bewertung: Kraemer & Spranger Bei der Einstufung der Verfahren ist es nicht entscheidend ob Zusätzliche DNA in das Genom inseriert wird oder nicht Mutationen auch natürlicherweise auftreten Das Ergebnis ein transgener Organismus ist.

34 Rechtliche Bewertung: Kraemer & Spranger Das Regelwerk der EU Verlangt eine prozess-orientierten Ansatz. Gibt dem Vorsorgeprinzip hohe Priorität

35 Fünf Forderungen

36 Der Gentechnik Grenzen setzen!