This web portal explains how genome editing works in plant breeding. It presents genome-edited crops from breeding research that could be of interest to Switzerland and answers frequently asked questions on the subject.

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Questions & Answers

Auf dieser Seite geben wir Antwort auf häufig gestellte Fragen in Bezug auf Chancen, Risiken, Herausforderungen und weitere Aspekte der Genom-Editierung in der Pflanzenzüchtung.

Fragen zu Chancen und Entwicklungsstand:

Neue Pflanzensorten helfen der Landwirtschaft dabei, möglichst umweltschonend genügend Lebensmittel von hoher Qualität zu produzieren. Zudem leisten sie einen Beitrag, um die Landwirtschaft an die Klimaveränderung und neue Pflanzenkrankheiten und -schädlinge anzupassen. Die Genom-Editierung ist ein weiteres Werkzeug in der Palette der Pflanzenzüchterinnen und -züchter. Ein Vorteil der Genom-Editierung besteht darin, dass eine erwünschte genetische Veränderung zielgerichtet an einer bestimmten Stelle im Erbgut einer Pflanze erzeugt werden kann. So bleiben die anderen Eigenschaften der Pflanze unverändert. Dies kann den Züchtungsprozess beschleunigen, da aufwändige Rückkreuzungen wegfallen. Die Genom-Editierung ist deshalb besonders vielversprechend bei Kulturpflanzen, deren Eigenschaften bei Kreuzungen verloren gehen und die eine lange Generationszeit haben (z.B. Apfel, Rebe). Zudem können mit der Genom-Editierung gleich mehrere Stellen im Erbgut gezielt verändert werden. Dies ist besonders hilfreich bei genetisch komplexen Kulturpflanzen (z.B. Brotweizen mit 6 Genomkopien) oder wenn mehrere Gene gleichzeitig verändert werden sollen (z.B. mehrere Resistenzgene für eine dauerhafte Resistenz).

Gemäss der Datenbank von EU-SAGE sind weltweit momentan über 700 Genom-editierte Sorten in Forschung und Entwicklung. Diese Anwendungen umfassen über 60 verschiedene Pflanzenarten (z.B. Tomaten, Weizen, Kartoffeln, Raps und Reben) und unterschiedliche Eigenschaften (z.B. Krankheits- und Schädlingsresistenz, verbesserte Nährstoffzusammensetzung, Trocken- oder Salztoleranz). Angebaut und vermarktet werden weltweit bisher nur wenige Sorten. Dazu gehören eine Sojabohne mit verbesserter Fettsäurenzusammensetzung in den USA und Tomaten mit erhöhtem GABA-Gehalt in Japan.

In der Schweiz und Europa werden keine Genom-editierten Sorten angebaut, ausser in einzelnen Forschungsversuchen. In der EU und in der Schweiz gelten Genom-editierte Sorten als gentechnisch veränderte Organismen (GVO). Sie werden deshalb gleich reguliert wie Sorten, welche mit der klassischen Gentechnik entwickelt wurden. In der Schweiz verbietet ein Moratorium den Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen in der Landwirtschaft. Innerhalb Europas wird nur in Spanien und Portugal ein mit klassischer Gentechnik gezüchteter Insektenresistenter gentechnisch veränderter Mais angebaut. England hat 2023 entschieden, den Anbau von Genom-editierten Pflanzen unter vereinfachten Zulassungsbedingungen zu ermöglichen.

Je nach Kulturpflanzenart und Züchtungsziel kann die Genom-Editierung den Züchtungsprozess deutlich beschleunigen. Wird beispielsweise eine Kultursorte mit einer Wildpflanze gekreuzt, gehen zahlreiche erwünschte Eigenschaften der Sorte verloren und unerwünschte Eigenschaften werden eingekreuzt. Die Pflanzen müssen deshalb anschliessend durch mehrere Rückkreuzungen optimiert werden. Bei Kulturarten mit langen Generationszeiten (z.B. Apfel, Rebe) kann ein solcher klassischer Züchtungsprozess deshalb bis zu 25 Jahre dauern. Mit Hilfe der Genom-Editierung hingegen kann ein einzelnes Merkmal wie z.B. eine Krankheitsresistenz aus einer Wildpflanze gezielt in eine bestehende Sorte eingebracht werden. Die anderen Eigenschaften bleiben dabei unverändert. Voraussetzung ist, dass die genetische Grundlage für die gewünschte Eigenschaft bekannt ist. Die Genom-Editierung kann in vielen Fällen also schneller und kostengünstiger zu neuen Sorten führen als klassische Züchtungsmethoden. Allerdings haben auch die rechtlichen Rahmenbedingungen einen grossen Einfluss auf die Dauer und Kosten eines Züchtungsprozess. So kostete die Zulassung einer gentechnisch veränderten Sorte in Europa in der Vergangenheit geschätzt zwischen 11 und 16 Millionen Franken und dauerte im Durchschnitt 6 Jahre. Ebenfalls bei den Kosten zu berücksichtigen sind bspw. allfällige Lizenzgebühren gegenüber Patenteigentümer:innen.

Standort- und Klimaangepasste Sorten, die gegenüber Krankheiten und Schädlingen robust sind und pflanzliche Produkte mit sicherem Ertrag und von guter Qualität ermöglichen, sind ein zentrales Element aller Landwirtschaftssysteme. Die Genom-Editierung kann zur Züchtung solcher Sorten beitragen. Angesichts der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen in der Landwirtschaft (z.B. angestrebte Reduktion von Pflanzenschutzmitteln, beschränkte Ressourcen, Klimawandel) sollte eine Palette von Ansätzen weiterentwickelt und verfolgt werden. Es wäre wünschenswert, wenn vielversprechende Ansätze aus der Agrarökologie mit neuen Züchtungsmethoden wie der Genom-Editierung gemeinsam gedacht, weiterentwickelt und kombiniert würden.

Durch den Klimawandel wird es in vielen Regionen wärmer und trockener werden. Deshalb ist die Züchtung von Sorten, die auch mit wenig Wasser auskommen und höhere Temperaturen tolerieren, ein wichtiges Ziel. Daneben sind auch weitere Eigenschaften im Hinblick auf den Klimawandel relevant wie etwa Salztoleranz, Wachstumsgeschwindigkeit und Effizienz der Photosynthese. Eigenschaften wie Trocken- und Temperaturtoleranz werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst (z.B. Architektur des Wurzelwerks, Verdunstungsgeschwindigkeit über die Blätter) und somit von einem Zusammenspiel verschiedener genetischer Faktoren bestimmt. Die Forschung versteht dank zahlreicher Studien diese molekularen Mechanismen immer besser. Verschiedene anwendungsorientierte Forschungsprojekte, viele davon mit CRISPR/Cas, legen nahe, dass bereits die Veränderung einzelner Gene die Trocken- oder Temperaturtoleranz zumindest ein Stück weit erhöhen kann (Die Datenbank EU-SAGE listet im Moment etwa 30 solche Projekte). Zudem ist es mit der Genom-Editierung möglich, mehrere Gene im Erbgut einer Pflanze gleichzeitig zu verändern. Dies könnte dabei helfen, diese komplexen Eigenschaften noch stärker zu verbessern. Der Klimawandel führt aber nicht nur zu höheren Temperaturen und mehr Trockenheit. Zusätzlich können sich durch die veränderten klimatischen Bedingungen auch neue Krankheiten und Schädlinge rascher ausbreiten und etablieren. Die Züchtung Krankheits- und Schädlingsresistenter Sorten ist deshalb ein weiteres dringendes Züchtungsziel im Zusammenhang mit dem Klimawandel, bei dem die Genom-Editierung einen wichtigen Beitrag leisten kann.

Fragen zu Risiken und Herausforderungen:

Mit der Genom-Editierung können unterschiedliche Arten von Veränderungen im Erbgut einer Pflanze erzeugt werden: von einer einzelnen Punktmutation bis zum Einbau eines Gens aus einer anderen Art (Transgen). Die Veränderung erfolgt zielgerichtet an einer spezifischen Stelle im Erbgut. Dabei können zwar auch unbeabsichtigte genetische Veränderungen auftreten, diese sind aber vergleichsweise sehr selten. Wird die Genom-Editierung dazu genutzt, um innerhalb einer Pflanzenart Veränderungen vorzunehmen, sind die Risiken also vergleichbar mit der konventionellen Pflanzenzüchtung. Wird die Genom-Editierung dazu genutzt, um ein Transgen einzubauen, sind die Risiken vergleichbar mit der Transgenese in der klassischen Gentechnik. Die klassische Gentechnik gilt nach über 30 Jahren Forschung und Anwendung als sichere Züchtungsmethode. Die Risiken einer Nutzpflanze hängen also nicht von der Züchtungsmethode ab, sondern von den neuen Eigenschaften der Sorte.

Gemäss heutigem Wissensstand führt die Genom-Editierung nicht häufiger zu unbeabsichtigten genetischen Veränderungen als konventionelle Pflanzenzüchtungsmethoden. Im Vergleich zur Mutationszüchtung mit Bestrahlung oder Chemikalien sind unbeabsichtigte Veränderungen sogar deutlich seltener. Denn bei der Mutationszüchtung werden an vielen Stellen im Erbgut der Pflanze zufällig Mutationen erzeugt. Dagegen geschieht die Veränderung mit der Genom-Editierung zielgerichtet an einer bestimmten Stelle. Die Genom-Editierung kann zwar wie alle Züchtungsverfahren zu unbeabsichtigten genetischen Veränderungen führen. Jedoch legen bisherige Untersuchungen nahe, dass diese vergleichsweise sehr selten vorkommen. So wurde in drei separaten Studien - je eine in Baumwolle, Reis und Mais - untersucht, wie häufig das Erzeugen einer Mutation an einer spezifischen Stelle mit CRISPR/Cas zu zusätzlichen unerwünschten Veränderungen im Erbgut der Pflanzen führte. In diesen Studien traten unbeabsichtigte Veränderungen (Punktmutationen, Deletionen) seltener auf als sie natürlicherweise spontan in Pflanzen vorkommen. In der Mutationszüchtung mit Chemikalien oder Bestrahlung, die zu den konventionellen Methoden zählt, ist die Häufigkeit der Veränderungen hingegen deutlich höher als die natürliche Mutationsrate. Auch die klassische Kreuzungszüchtung kann zu genetischen Veränderungen führen (Deletionen, Neuanordnung von Chromosomenfragmenten). Wie häufig dies geschieht, ist allerdings nicht genügend erforscht.
Die Methoden der Genom-Editierung entwickeln sich rasch weiter. So können beispielsweise mit dem sogenannten "Base-Editing" einzelne Buchstaben im Genom umgeschrieben werden. Unbeabsichtigte Veränderungen entstehend hierbei noch seltener.

Ob eine Sorte gesundheitliche Risiken mit sich bringt, hängt von ihren Eigenschaften ab und nicht von der verwendeten Züchtungsmethode. So können auch im konventionellen Züchtungsprozess Pflanzen entstehen, die gesundheitlich bedenkliche Stoffe enthalten, z.B. Raps mit zu viel Erucasäure oder Kartoffeln mit zu viel Solanin. Deshalb werden alle neuen Sorten vor ihrer Aufnahme in den Sortenkatalog sorgfältig geprüft. Wie bei der konventionellen Züchtung kann es auch bei der Genom-Editierung zu unerwünschten Veränderungen von Eigenschaften kommen. Auch hier würden gesundheitlich bedenkliche Eigenschaften im Rahmen der Prüfung neuer Sorten erkannt. Zugelassene Sorten sind also gesundheitlich unbedenklich, unabhängig vom Züchtungsprozess.

Der Konsum von Genom-editierten Sorten verändert unser Erbgut nicht. Die molekularen Werkzeuge (z.B. CRISPR/Cas9) werden nur während des Züchtungsprozess gebraucht und anschliessend entweder abgebaut oder ausgekreuzt. Im Endprodukt sind sie also nicht mehr enthalten. Zudem werden die in den Pflanzen enthaltenen Eiweisse, DNA- und RNA-Moleküle bei der Verdauung grösstenteils zerstört (dies gilt gemäss einer Studie explizit auch für das Cas9-Eiweiss). Beim Konsum von Genom-editierten Nahrungsmitteln gelangen also keine aktiven molekularen Werkzeuge in die menschlichen Zellen.

Bestimmte Regionen im Erbgut einer Pflanze sind gemäss einer neuen Studie weniger anfällig für Mutationen als andere. Dies scheint insbesondere für Regionen mit sogenannten "essentiellen Genen" zu gelten, also Genen, die für die Zellfunktion und das Überleben der Pflanze besonders wichtig sind. Doch auch diese wichtigen Regionen im Erbgut sind nicht völlig geschützt vor spontanen Mutationen und können sich mit der Zeit natürlicherweise verändern. Zudem kann es auch bei der klassischen Mutationszüchtung (mit Bestrahlung oder Chemikalien) zu zufälligen Veränderungen in diesen Regionen kommen. Mit CRISPR/Cas ist es ebenfalls möglich, Regionen mit essentiellen Genen gezielt zu verändern. Allerdings ist es fraglich, ob das Ausschalten von überlebenswichtigen Genen einem Züchtungsziel entspricht. Veränderungen in diesen Regionen des Erbguts sind also nicht nur mit CRISPR/Cas möglich, sondern entstehen auch durch natürliche Prozesse und bei konventionellen Züchtungsmethoden. Sie führen somit auch nicht zu neuen, bisher unbekannten Risiken. Einzelne Pflanzen, in denen überlebenswichtige Gene durch konventionelle Züchtung oder Genom-Editierung ausgeschaltet wurden, werden während des Züchtungsprozesses aussortiert.

Die Genom-Editierung kann nur angewandt werden, wenn die genetischen Grundlagen für die gewünschte Eigenschaft in der entsprechenden Nutzpflanze vorliegen. Insbesondere bei komplexen Eigenschaften (z.B. Ertrag) und bei Nischenkulturen sind die involvierten Gene oft nicht genügend bekannt. Es braucht hier also zuerst weitere Grundlagenforschung, um das Erbgut zu entschlüsseln, molekulare Mechanismen zu verstehen und Zielgene zu identifizieren. Für die Genom-Editierung müssen zudem die molekularen Werkzeuge wie CRISPR/Cas in die Pflanzen eingebracht werden können, z.B. mit Hilfe von Pflanzenviren oder Nanopartikeln. Solche Methoden sind noch nicht für alle Kulturpflanzenarten etabliert oder funktionieren teilweise nur beschränkt.

Weitere Fragen zur Genom-Editierung:

Ob der Einsatz der Genom-Editierung in der Pflanzenzüchtung mit den Prinzipien der Agrarökologie vereinbar ist - oder unter welchen Umständen sie es sein könnte -, ist Gegenstand aktueller Diskussionen. Die Agrarökologie umfasst erstens eine ökologische Dimension z.B. die Erhöhung der Agrobiodiversität und die Reduktion oder Elimination von externen Inputs wie Dünger und Pflanzenschutzmitteln. Zweitens umfasst sie auch eine soziale und politische Dimension z.B. die Entscheidungsfindung durch partizipative Prozesse und den Wissensaustausch, die Stärkung der im Agrarsystem tätigen Menschen und Gemeinschaften, der Aufbau von gerechten Ernährungssystemen und der Respekt lokaler Kulturen und Traditionen. Verschiedene Stimmen im Diskurs sind der Meinung, dass Genom-editierte Sorten zu den ökologischen Zielen der Agrarökologie beitragen können. So brauchen bspw. krankheitsresistente Sorten weniger Pflanzenschutzmittel. Traditionelle Sorten und Nischenkulturen können mit einzelnen erwünschten Eigenschaften ergänzt und somit attraktiver für Landwirtinnen oder Konsumenten gemacht werden. Dies fördert die Vielfalt der Kulturpflanzen. Besonders kritisch hinterfragt wird hingegen, ob die Genom-Editierung mit den sozialen und politischen Zielen der Agrarökologie vereinbar ist. Es wird bspw. befürchtet, dass die Genom-Editierung bestehende Ungleichheiten und Abhängigkeiten im globalen Ernährungssystem noch bestärkt, etwa weil diese Verfahren patentierbar sind. Angesichts der grossen aktuellen und zukünftigen Herausforderungen für unser Ernährungssystem (begrenzte Ressourcen, Klimawandel, usw.) erscheint es lohnenswert, zumindest weiter darüber nachzudenken und zu diskutieren, wie die Genom-Editierung und die Agrarökologie kombiniert werden könnten, um die Vorteile der beiden Ansätze zum Allgemeinwohl zu nutzen.