Aktuelle Biotechnologie - Scienceindustries
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POINT NEWSLETTER NR. 226 – APRIL 2021
Aktuelle Biotechnologie
INHALT
Ernährung
«Golden Rice» bewährt sich auf den Feldern in Bangladesch und auf
den Philippinen 2
Medikamente
Innovative Biotech-Wirkstoffe zum Wohl der Patienten 3
Nachhaltigkeit
Riechstoff-Produktion mit modernen biotechnologischen Verfahren 4
Reiszüchtung
Resistenz gegen Fäule und Streifenkrankheit durch CRISPR/Cas 5
Grundlagenforschung
Schweizer Freilandversuche mit pilzresistentem Weizen werden
erweitert 6
Wirtschaftsverband
Chemie Pharma Life Sciences
1
ERNÄHRUNG
«Golden Rice» bewährt sich auf den
Feldern in Bangladesch und auf den
Philippinen
Der Mangel an Vitamin A ist in vielen Jetzt haben Forschende aus den Phi-
Entwicklungsländern verbreitet, und hängt lippinen und aus Bangladesch die Resultate
oft mit Armut und zu einseitiger Ernährung ihrer umfangreichen Freilandversuche prä-
zusammen. Er führt zu Beeinträchtigungen sentiert, die sie im Rahmen des Zulas-
der Sehkraft und zu schweren Gesundheits- sungsverfahrens durchgeführt haben. Die
störungen, jährlich erblinden oder sterben untersuchten Reissorten zeigten gute An-
Hunderttausende von Kindern daran. baueigenschaften, und produzieren genug
Provitamin A, um Mangelerscheinungen
Im Jahr 2000 erzielten Pflanzenbiolo- vorzubeugen. Je nach Reissorte und Stand-
gen um Prof. Ingo Potrykus von der ETH Zü- ort erreichten die Körner einen Vitamin-
rich und Prof. Peter Bayer von der Universi- gehalt, der 30 % - 80 % des täglichen Be-
tät Freiburg /Brsg. einen wissenschaftli- darfs abdeckt. Nachteilige agronomische
chen Durchbruch mit grossem Potential für Auswirkungen der gentechnischen Verände-
die Verbesserung der Gesundheit in Ent- rung wurden nicht beobachtet.
wicklungsländern. Sie entwickelten trans-
gene Reispflanzen mit Stoffwechselgenen Bereits zuvor hatten die Forschenden
aus anderen Organismen, die in ihren Kör- gezeigt, dass sich Nährwert und Inhalts-
nern Provitamin A anreicherten. Die goldene stoffe von «Golden Rice» nicht von konven-
Farbe führte zum Namen «Golden Rice». tionellen Reissorten unterscheiden. Auch
Hinweise auf Gesundheitsgefahren gab es
Durch weitere Verbesserungen mit keine. Aufgrund der Daten hat «Golden
Unterstützung durch Industriepartner Rice» bereits in Australien, Neuseeland, Ka-
konnte der Provitamin A-Gehalt in den nada, den USA und den Philippinen eine Le-
Körnern in den folgenden Jahren weiter bensmittel-Zulassung. Für die Philippinen
gesteigert werden, so dass der Reis beim und Bangladesch laufen aktuell die Zulas-
Verzehr wahrscheinlich einen deutlichen sungsverfahren für den Anbau. Es bestehen
Beitrag zu einer ausreichenden grosse Hoffnungen, dass der «Golden Rice»
Vitaminversorgung und zur Verhinderung in naher Zukunft einen Beitrag zur Gesund-
von Mangelerkrankungen leisten könnte. heit der lokalen Kleinbauern leisten kann.
Das Saatgut soll Kleinbauern dazu
Quellen: Initial peer-reviewed publications of
kostenlos zur Verfügung gestellt werden.
Golden Rice biosafety data completed, Interna-
tional Rice Research Institute IRRI News,
Der Weg des «Golden Rice» auf die 29.03.2021; B. P. Mallikarjuna Swamy et al.2021,
Development and characterization of GR2E
Felder war aber lang und mühsam, auch Golden rice introgression lines, Sci. Rep. 11:2496;
aufgrund des erbitterten Widerstands von Partha S. Biswas et al. 2021, Development and
Field Evaluation of Near-Isogenic Lines of GR2-
Umweltorganisationen, die Gefahren für EBRRI dhan29 Golden Rice, Frontiers in Plant Sci-
Mensch und Umwelt befürchteten. Trotz- ence 12:619739; Norman Oliva et al. 2020, Mo-
lecular characterization and safety assessment
dem wurden die Arbeiten stetig vorangetrie- of biofortified provitamin A rice. Sci. Rep.
ben, federführend dabei ist das «Internatio- 10:1376; B. P. Mallikarjuna Swamy et al. 2019,
Compositional Analysis of Genetically Engi-
nal Rice Research Institute» IRRI auf den neered GR2E “Golden Rice” in Comparison to that
Philippinen. Der erhöhte Provitamin A-Ge- of Conventional Rice, J. Agric. Food Chem.
67:7986–7994; Golden Rice Project Website.
halt wurde in zahlreiche lokal angepasste
Reissorten eingekreuzt.
2MEDIKAMENTE
Innovative Biotech-Wirkstoffe zum
Wohl der Patienten
Die Biotechnologie wird immer wichti- Discovery» zeigt, dass im Jahr 2020 fünf
ger für die Herstellung von Medikamenten der sieben weltweit umsatzstärksten Medi-
zur Behandlung von ernsten oder gar le- kamente biotechnologisch produziert wur-
bensbedrohenden Erkrankungen. Sie eröff- den. Dazu gehören Wirkstoffe gegen ver-
net neue, verbesserte Behandlungsoptio- schiedene Krebs-Erkrankungen, gegen rheu-
nen, und spielt damit eine wichtige Rolle für matoide Arthritis und Psoriasis und gegen
die Lebensqualität der Patienten. die altersbedingte Makuladegeneration
(AMD), die zur Erblindung führen kann
Seit der ersten Zulassung eines gen-
technisch hergestellten Insulins im Jahr Auch in der Schweiz ist eine grosse
1982 wurde die Bandbreite der Biotech-Me- Zahl von Medikamenten und Impfstoffen
dikamente stetig erweitert. Bald kamen gen- (auch gegen COVID-19) zugelassen, die mit
technisch hergestellte Impfstoffe und Inter- Hilfe rekombinanter DNA Technologie her-
feron zur Krebstherapie dazu. Monoklonale gestellt werden. Die Zulassungsbehörde
Antikörper (MAB), die erstmals 1986 als Me- Swissmedic veröffentlicht auf ihrer Home-
dikament zugelassen wurden, stellen heute page aktuelle Listen dieser Produkte. Ende
die grösste Biotech-Wirkstoffgruppe dar. März 2021 fanden sich darauf 567 Biotech-
Sie beeinflussen mit hoher Spezifität Pro- Arzneimittel, mit über 160 unterschiedlichen
zesse im menschlichen Körper. So können Wirkstoffen.
sie das Wachstum von Krebszellen brem-
sen, Entzündungsvorgänge und allergische Der Anteil der bio- und gentechnolo-
Prozesse stoppen, und erwünschte Immun- gisch produzierten Medikamente nimmt in
reaktionen stimulieren. der Schweiz seit Jahren deutlich zu. Diese
Präparate ermöglichen eine immer bessere
Die Entwicklung und Produktion von Versorgung der Patienten, und machen be-
Biopharmazeutika ist sehr aufwändig. Die reits etwa ein Viertel des Gesamtmarkts
Wirkstoffe werden mit Hilfe von gentech- aus. Dies geht aus dem «Panorama Ge-
nisch veränderten Zellen oder Mikroorganis- sundheit 2020» von Interpharma hervor.
men in geschlossenen Systemen produ- 30 % der Gentechpräparate werden gegen
ziert. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigen- Krebserkrankungen eingesetzt.
schaften wird die Entwicklung von Biotech-
Quellen: Lisa Urquhart 2021, Top companies and
Wirkstoffen stetig vorangetrieben.
drugs by sales in 2020, Nature Reviews Drug Dis-
covery 20:253; Zugelassene Humanarzneimittel
Eine aktuelle Marktübersicht in der mit gentechnologisch hergestellten Wirkstoffen,
Swissmedic, 31.03.2021; Panorama Gesundheit
Fachzeitschrift «Nature Reviews Drug 2020, Interpharma.
Top 7 der weltweit umsatzstärksten verschreibungspflichtigen Medikamente 2020.
Biotechnologische Produkte gelb markiert. (Datenquelle: Urquhart 2021, angepasst)
3NACHHALTIGKEIT
Riechstoff-Produktion mit modernen
biotechnologischen Verfahren
Wir sind im Alltag von Gerüchen und Patchouli-Öl enthält zahlreiche Aro-
Düften umgeben. Sie wecken Emotionen makomponenten. Es wird aus der Patchou-
und spielen eine wichtige Rolle für unser lipflanze destilliert, die nur unter speziellen
Wohlbefinden. Wohlgerüche finden sich in Bedingungen in Südostasien gedeiht. Mit
der Natur, aber auch in hochwertigen Par- Hilfe angepasster Mikroorganismen mit den
füms, Körperpflegemitteln, Haushaltspro- erforderlichen Stoffwechselgenen können
dukten und vielen anderen Anwendungen. aus nachwachsenden, leicht verfügbaren
Die Nachfrage nach Riechstoffen ist gross. Rohstoffen komplexe Gemische von Riech-
stoffen gewonnen werden, die chemisch
Ein Grossteil der Riechstoffe wurde und sensorisch dem Patchouli-Öl nahekom-
ursprünglich aus der Natur gewonnen, aus men. Auch Sandelholz-Aromen können auf
zum Teil seltenen biologischen Ressourcen ähnliche Weise erzeugt werden.
und Pflanzen. Allerdings ist die Verfügbar-
keit dieser Rohstoffe oft beschränkt und Der begehrte Riechstoff Ambrox
kann aufgrund von Missernten und Versor- wurde früher aus der seltenen Ambra aus
gungsengpässen stark schwanken. Auch ist dem Verdauungstrakt von Pottwalen ge-
die fortlaufende Entnahme grosser Mengen wonnen, später durch chemische Umwand-
von natürlichen Rohstoffen problematisch, lung eines Öls aus dem Muskatellersalbei.
wenn diese nur langsam nachwachsen. Da auch dieses nicht unbeschränkt zur Ver-
fügung steht, wurde jetzt ein biotechnologi-
Da Konsumentinnen und Konsumen- sches Verfahren entwickelt. Mit Hilfe gene-
ten zunehmend auf die Umweltverträglich- tisch angepasster Mikroorganismen kann
keit vom Produkten achten, werden nach- Ambrox effizient aus nachhaltig angebau-
haltige Produktionsverfahren immer wichti- ten Rohstoffen gewonnen werden.
ger. Daher werden Riechstoffe zunehmend
auch mit biotechnologischen Ansätzen aus Die Zahl und Vielfalt biotechnologisch
nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. gewonnener Riechstoffe hat in den letzten
Das schont die beschränkten natürlichen Jahren zugenommen, es wird ein weiteres
Ressourcen, und trägt durch eine effiziente deutliches Wachstum erwartet. Sie kom-
Nutzung des Kohlenstoffs auch zu einer Re- men dem Wunsch der Konsumenten nach
duktion des Treibhausgas-Ausstosses bei. natürlichen, ökologisch verantwortungsvol-
len und nachhaltigen Produkten entgegen.
Durch Fermentationen mit speziellen
Quellen: Tripti Malik & Seema Rawat 2021, Bio-
Mikroorganismen oder durch Umsetzung
technological Interventions for Production of Fla-
mit isolierten Enzymen (Biokatalyse) kön- vour and Fragrance Compounds. In: Venkatra-
nen aus nachwachsenden Rohstoffen wert- manan V., Shah S., Prasad R. (eds) Sustainable
Bioeconomy. Springer, Singapore.Mathilde
volle Riechstoffe gewonnen. Neue Techno- Lecourt & Sylvain Antoniotti 2020, Chemistry,
logien erlauben auch die gezielte Übertra- Sustainability and Naturality of Perfumery Bio-
tech Ingredients, ChemSusChem 13:5600-5610;
gung von ganzen Stoffwechsel-Wegen aus Nicolas Armanino et al. 2020, What's Hot, What's
anderen Organismen in die Produktions- Not: The Trends of the Past 20 Years in the
Chemistry of Odorants, Angew. Chem. Int.
Stämme («metabolic engineering»). 59:16310-16344.
s
4REISZÜCHTUNG
Resistenz gegen Fäule und Streifen-
krankheit durch CRISPR/Cas
Erreger von Pflanzenkrankheiten be- Bindestellen für Erreger der Reisfäule (Xoo)
nötigen oft ganz bestimmte Strukturen in aus, sondern auch solche für die Verursa-
ihren Wirtspflanzen, um diese befallen zu cher der Reis-Streifenkrankheit (Xoc). So er-
können – sozusagen die Achillesfersen der hielten sie zum ersten Mal Pflanzen mit Re-
Pflanzen. Schon kleine Änderungen dieser sistenz gegen beide Krankheiten zugleich.
Strukturen können ausreichen, um Pflanzen
unempfindlich gegen die Infektion zu ma- Da es viele Varianten der Xanthomo-
chen. Die neuen Züchtungs-Werkzeuge der nas-Bakterien und viele verschiedene Reis-
Genomeditierung bieten hier grosse Chan- sorten gibt, ist es wesentlich schneller, re-
cen, durch gezielte Veränderungen im Erb- sistente Sorten durch separate Genomedi-
gut von Nutzpflanzen deren Krankheitsre- tierungs-Ansätze zu erzeugen, als die Resis-
sistenz zu steigern. tenzeigenschaft immer wieder durch klassi-
sche Kreuzungszüchtung zu übertragen. Ein
Die Bekämpfung der verheerenden Forscherteam von der Syngenta Biotechno-
Reisfäule und der Reis-Streifenkrankheit zei- logy (China) Co. in Beijing hat jetzt ein effizi-
gen das grosse Potential der innovativen entes Verfahren zur schnellen Produktion
Züchtungsansätze auf. Beide Krankheiten zahlreicher Xanthomonas-resistenter Reis-
werden durch Varianten des Bakteriums sorten vorgestellt (Yu et al 2021).
Xanthomonas oryzae ausgelöst. Sie verur-
sachen in feucht-warmen tropischen Regio- Sie verwenden als Werkzeug das
nen erhebliche Ernteausfälle, und bedrohen CRISPR/Cas12 System, das noch genauer
so die Ernährungssicherheit der Bevölke- schneidet als CRISPR/Cas9 und auch sonst
rung. Die Bakterien übertragen Proteine in Pflanzen Vorteile bietet. Ein wesentlicher
(TALEs) in die Pflanzen, welche an spezifi- Fortschritt sind zwei technische Kniffe, wel-
sche Positionen im Reis-Genom binden che nach der Genomeditierung die Identifi-
(«effector‐binding elements, EBEs). Dort ak- kation von nicht-transgenen Pflanzen er-
tivieren sie die Ablesung von Reisgenen, möglichen, in denen ausser der gewünsch-
welche dann den Bakterien Nährstoffe zur ten punktförmigen Erbgut-Veränderung
Verfügung stellen. keine Spuren des CRISPR-Systems zurück-
bleiben. Dies wird ermöglicht, indem die
Durch punktförmige Veränderungen Fortpflanzung von transgenen Pollen spezi-
dieser Bindestellen kann ihre Erkennung fisch blockiert wird, und mit einem Farb-
durch die bakteriellen TALE Proteine blo- Marker, der eine einfache optische Identifi-
ckiert werden. Im Jahr 2019 zeigte ein inter- zierung transgener Pflanzen ohne moleku-
nationales Forscherteam, dass durch Geno- lare Analysen ermöglicht. Dadurch lässt
meditierung mit CRISPR/Cas9 die EBE Bin- sich der zeitliche und finanzielle Aufwand
destellen im Reisgenom so verändert wer- bei der Auswahl der Pflanzen ohne fremdes
den können, dass die Reispflanzen gegen Erbmaterial für weitere Untersuchungen
wichtige Xoo-Erreger der Reisfäule resistent und als Züchtungs-Grundlage deutlich redu-
werden (POINT 210, November 2019). zieren. Das System lässt sich einfach zur
effizienten Erzeugung von Resistenzen ge-
Ein chinesisches Team (Ni et al. gen verschiedene Xanthomonas-Stämme in
2021) berichtet jetzt über eine wesentliche verschiedenen Reissorten anpassen.
Erweiterung des durch Genomeditierung er-
Quellen: Zhe Ni et al. 2021, Engineering Re-
möglichten Resistenzspektrums. Ebenfalls
sistance to Bacterial Blight and Bacterial Leaf
mit CRISPR/Cas9 veränderten sie die EBEs Streak in Rice, Rice 14:38 (2021); Kun Yu et al.
von zwei wichtigen chinesischen Reissor- 2021, Highly efficient generation of bacterial leaf
blight-resistant and transgene-free rice using a
ten. Dabei schalteten sie nicht nur genome editing and multiplexed selection sys-
tem, BMC Plant Biology 21:197.
5GRUNDLAGENFORSCHUNG
Schweizer Freilandversuche mit pilz-
resistentem Weizen werden erweitert
Pilzkrankheiten wie der Mehltau ge- breite und starke Mehltauresistenz vermit-
hören zu den grössten Bedrohungen für Ge- telte (Point 199, November 2018).
treide. Die Züchtung resistenter Sorten kann
hier entscheidende Beiträge für einen ver- Freilandversuche mit weiteren Genva-
besserten Pflanzenschutz leisten. Eine rianten und -Kombinationen wurden für
wichtige Grundlage dafür ist das genaue 2019 - 2023 bewilligt. Um einen direkten
Verständnis der Mechanismen, welche die Vergleich der verschiedenen Pflanzen zu er-
Resistenzen in den Pflanzen vermitteln. Oft möglichen, möchten die Forschenden jetzt
sind dabei Resistenzgene beteiligt, welche ihre neuen Pflanzenlinien mit den bereits ab
den Pflanzen die Wahrnehmung der Krank- 2014 untersuchten Pflanzen Seite an Seite
heitserreger und die Aktivierung ihrer Ab- pflanzen. Weil die aktuellen Freisetzungs-
wehrmechanismen ermöglichen. Bewilligungen diese Ursprungspflanzen
nicht mit abdeckten, wurde Ende 2020 eine
Bereits seit gut 15 Jahren beschäfti- Erweiterung der Genehmigung beim Bun-
gen sich Forschende von der Universität Zü- desamt für Umwelt BAFU beantragt, und
rich um Prof. Beat Keller mit Pm-Resistenz- Ende März 2021 bewilligt. Die zusätzlichen
genen in Sommerweizen, welche Abwehr- Pflanzenlinien dürfen vom Frühjahr 2021
kräfte gegen den Mehltau-Erreger Blumeria bis zum Herbst 2023 unter Einhaltung der
graminisf. sp. Tritici vermitteln. Davon gibt üblichen, genau definierten Sicherheits-
es verschiedene Varianten, mit jeweils eige- massnahmen angepflanzt werden.
nen Schutzspektren. Um die Wirksamkeit
dieser Resistenzgene aus anderen Weizen- Die gentechnisch veränderten Wei-
sorten in Kulturweizen zu untersuchen, wur- zenpflanzen wurden dieses Frühjahr bereits
den bereits 2008 - 2010 gentechnisch ver- in Reckenholz ausgesät. Ausser den Resis-
änderte Weizenpflanzen mit verschiedenen tenzmechanismen sollen auch Biosicher-
Pm-Varianten im Freiland getestet. 2014 – heitsaspekte bearbeitet werden.
2018 wurden diese Versuche am Agroscope
Quellen: Freisetzungsversuch mit GVO: BAFU be-
Standort «Protected Site» in Reckenholz
willigt ergänzende Forschungsarbeiten, Bundes-
ausgebaut und erweitert. amt für Umwelt (BAFU), 31.03.2021; B/CH/20/02
(B20002): Gesuch um Bewilligung eines Freiset-
zungsversuchs mit gentechnisch veränderten
Dabei konnte gezeigt werden, dass Weizenlinien mit verbesserter Resistenz gegen
Kombinationen von verschiedenen Pm-Gen- Mehltau, Bundesamt für Umwelt (BAFU); Weizen
mit verbesserter Mehltauresistenz (Universität
varianten eine stärkere Resistenz vermitteln Zürich), Projektbeschreibung, Agroscope «Pro-
als einzelne Gene (Point 190, Januar 2018), tected Site».
und dass das Pm3e-Gen eine besonders
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