Gentechnologie - Natürliche Ressourcen in der Schweiz - Zwischen Innovation und Umwelt - Bundesamt für Umwelt
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2 | 2019 Natürliche Ressourcen in der Schweiz Gentechnologie Zwischen Innovation und Umwelt
2 EDITORIAL
Eilt uns die Gentechnologie davon?
Die Biotechnologie entwickelt sich rasant. Damit kommen in unserer Gesellschaft Fragen
und auch Unsicherheiten auf. Das BAFU ist gefordert, sich dieser Fragen anzunehmen.
Als das Gentechnikgesetz in den frühen 2000er-Jahren erarbeitet wurde, war in der
Forschung und Industrie die «Transgenese» das zentrale Gentechnikverfahren. Bei der
Transgenese wird ein fremdes Gen in einen Empfängerorganismus übertragen, um diesen
mit neuen Eigenschaften auszustatten. Während meiner Doktorarbeit an der ETH Zürich
habe ich vor bald 20 Jahren ebenfalls mit der Transgenese gearbeitet. Diese Analysen
haben gezeigt, dass gewöhnliche Darmbakterien Teile ihres Erbmaterials mit anderen
Bakterien munter austauschen können, darunter auch Antibiotika-Resistenzgene,
was die Risiken für unsere Gesundheit erhöht.
Die Transgenese ist auch heute noch eine viel genutzte Gentechnik; in den letzten Jahren
Bild: BAFU sind aber neue, revolutionäre Verfahren hinzugekommen, die unter dem Begriff Genome
Editing zusammengefasst werden. Damit stehen nun Methoden zur Verfügung, die einen
gezielten Eingriff in das Genom eines Organismus ermöglichen und so gewünschte
Eigenschaften hervorbringen – auch ohne fremde Gene einzufügen. In den Bereichen
Medizin, Pharmazie, Chemie, Lebensmittel und Pflanzenzüchtung finden diese Verfahren
bereits erste kommerzielle Anwendungen. Forschung und Industrie versprechen sich viel
davon: Sie sollen Lösungen ermöglichen für drängende Probleme unserer Gesellschaft.
Dazu zählen beispielsweise die vereinfachte Herstellung von Biotreibstoffen, die Züchtung
von trockenheits-, hitze- und pilztoleranten Nutzpflanzen oder die genetische Stärkung
von bedrohten Tierpopulationen.
Mit dem zunehmenden Einsatz der Gentechnik steigt jedoch auch die Wahrscheinlichkeit
einer unkontrollierten Verbreitung von genveränderten Organismen und von dort
eingebrachten genetischen Veränderungen in die Umwelt. Bis heute ist kaum bekannt,
wie die neuartigen Organismen mit der Umwelt interagieren und wie sie diese allenfalls
beeinträchtigen. Um die Risiken angemessen beurteilen und die Sicherheit von Mensch
und Umwelt gewährleisten zu können, braucht es noch viel Grundlagenforschung. Darüber
hinaus stellen sich gesellschaftliche und ethische Fragen.
Die Aufgabe des BAFU ist es, einen kritischen Blick auf den Schnittpunkt Gentechnik/
Umwelt zu haben, wissenschaftliche Grundlagen für faktenbasierte Entscheidungen
bereitzustellen, den gesellschaftlichen Dialog zu fördern und für eine sichere Anwendung
der sich dynamisch entwickelnden Biotechnologie zu sorgen. Mit der vorliegenden
Ausgabe unseres Magazins möchten wir die Auseinandersetzung mit dem Thema
befruchten. Ich bin überzeugt, dass sie Ihnen interessante Einblicke eröffnet.
Franziska Schwarz | Vizedirektorin BAFU
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INHALTSVERZEICHNIS 3
Dossier 360°
GENTECHNOLOGIE
8 Wo Biotechnologie hilft – 44 Klimaerwärmung
und wie gefährlich sie ist Wie man im Sommer Städte kühlt
13 Was sich Biologin und Ethiker 48 Ressourcen
zu sagen haben Wie sich nachhaltig bauen lässt
18 Wie ein kleiner Schnitt für 52 Klimawandel
grosse Diskussionen sorgt Wie die Schweizer Klimazukunft aussieht
23 Wie Biohacker in Garagen forschen 56 Lärmbekämpfung
Warum Tempo 30 wirkt
27 Warum fieberhaft Nachweisverfahren
gesucht werden 59 Gefahrenprävention
Wie Chlor sicher in die Schweiz kommt
31 Wie «Gentechfood»
in die Schweiz kommt
34 Wie die Diskussion versachlicht wird
37 Was Gene Drive für bedrohte RENDEZ-VOUS
Arten tun kann
4 Tipps
6 Bildung
7 Unterwegs
40 Vor Ort
42 International
43 Recht
62 Aus dem BAFU
62 Impressum
63 Meine Natur
64 Vorschau
GRATIS ABONNIEREN IM INTERNET
Bild: FRANZ&RENÉ UND ADRESS- www.bafu.admin.ch/
ÄNDE RUNGEN magazin
Gentechnologische Verfahren bieten grosse Chancen, bergen www.bafu.admin.ch/
aber auch schwer abschätzbare Risiken. Deshalb schwankt die leserservice FACEBOOK-FANPAGE
Gefühlslage vieler Menschen zwischen Hoffnung und Angst: www.facebook.com/
Lassen sich Menschen kopieren und designen, Arten schützen KONTAKT UmweltMag
und Krankheitserreger beliebig ausmerzen? Auch das Titelbild magazin@bafu.admin.ch
und 5 Fotografien innerhalb des Dossiers beschäftigen sich mit TITELBILD
solchen Grundsatzfragen (S. 12, 22, 26, 30, 36). FRANZ&RENÉ
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4 360° RENDEZ-VOUS
Tipps
Zauber des Feuchtwaldes
Die Moorwälder der Ibergeregg wurden von der Stiftung Landschaftsschutz
Schweiz (SL) zur diesjährigen Landschaft des Jahres ernannt. Der Kanton Schwyz
verfügt über 6 Moorlandschaften, die fast 6 Prozent der Kantonsfläche bedecken.
Dazu gehören die ausgezeichneten Waldgebiete. Wer durch diese Gebiete streift,
wähnt sich im hohen Norden: Stattliche Rot- und Weisstannen sowie Bergföhren
finden sich inmitten einer dichten Krautvegetation von Hochstauden, deren Blätter
tellergross sind und bis 2 Meter hoch den Boden bedecken können. Die Wälder
beherbergen eine beträchtliche Vielfalt an Pflanzen und Tieren.
Die Moorlandschaften sind zwar bundesrechtlich geschützt, trotzdem sind dau-
erhafte Schutzbemühungen nötig. Unter anderem dafür will der mit 10 000 Franken
dotierte Preis sensibilisieren.
Bild: Konrad Schuler
sl-fp.ch
Botaniktrainer Wer zwitschert da? Alles gegen Zecken
Begleitend zum Buch Ist es das Wintergold- Die «Zecken»-App verfügt
«Grundlagen der Feld- hähnchen oder doch das über eine Warnfunktion,
botanik» gibt es nun die Sommergoldhähnchen? die anhand einer fünf-
«Feldbotanik»-App. Wäh- Die App «Zwitschomat» stufigen Zeckenstich-Ge-
rend im Buch die Wissensvermittlung ermöglicht es, Vogelstimmen zu er- fahrenskala das aktuelle Zecken-
zu 80 Familien und 60 Gattungen im kennen und zu lernen – und dies ganz Gefahrenpotenzial in den verschiede-
Zentrum steht, fokussiert die App auf ohne Internetverbindung. Die App nen Regionen der Schweiz via Satel-
das spielerische Trainieren und Auf- funktioniert wie das Musikerken- litenkarte anzeigt. Zudem informiert
bauen der eigenen Artenkenntnisse. nungs-Tool Shazam: Man nimmt die sie darüber, wie man sich vor Zecken
Die Anwendung der freischaffenden Vogelstimme mit dem Handy auf, die schützt beziehungsweise einen Ze-
deutschen Biologin und Autorin Rita Stimme wird während 12 Sekunden ckenstich behandelt und was mög-
Lüder beschreibt über 700 Arten mit analysiert und zeigt einem schliesslich liche Borreliosesymptome sind. Eine
zusätzlichen Angaben zu Morphologie, den gesuchten Vogel an. Falls der zusätzliche Funktion ist das Zecken-
Zertifikatsstufe, Synonymen sowie zu Vogel nicht eindeutig identifizierbar tagebuch: Betroffene können dort
Familien- und Gattungszugehörigkeit. ist, stellt die App eine Auswahl an ihren Zeckenstich eintragen und wer-
Vögeln zur Verfügung, die als «Sän- den von der App nach jeweils 5, 10 und
ger» infrage kommen. 28 Tagen daran erinnert.
CHF 25.– | für Android und iPhone; Zwitschomat | CHF 4.– | ausschliesslich für Gratis | für Android und iPhone;
haupt.ch/Feldbotanik-App.html iPhone zhaw.ch > Suche «App Zecke»
Neuer Lebensraum für alte Arten
Die Besucherinnen und Besucher des Papilioramas (FR) erhalten neuerdings einen einma-
ligen Einblick in das «wilde Seeland», wie es unsere Vorfahren kannten. Von Schutzhütten
aus können sie die Bewohner des neuen Aussenbereichs, des Auengebietes, beobachten.
Mit einer Fläche von 2000 Quadratmetern simuliert dieses die Umgebung eines natürlichen
Feuchtgebietes, das als Lebensraum für seltene einheimischen Vögel, Insekten und Repti-
lien dient. Die Teiche und Wasserläufe der Anlage sind regulierbar, so können die Verant-
wortlichen voll und ganz auf die Bedürfnisse der zugezogenen Bewohner eingehen.
Der Erfolg des Projekts zeigt sich bereits jetzt: So legte etwa eine skandinavische Zwerg-
schnepfe auf ihrer Reise südwärts in Kerzers (BE) eine Rast ein; und auch zwei Wasserral-
len, eine der gefährdetsten Vogelarten ganz Europas, fanden im Auenbereich Zuflucht.
Bild: zVg
papiliorama.ch
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360° RENDEZ-VOUS 5
Sportlicher Konsum Pflanzenretter Solarstrom ohne Dach
Der Verein Fairp(l)ay motiviert Jugend- Wie lässt sich ohne Dach Solarstrom
liche und Erwachsene auf spielerische produzieren? Über 80 Prozent der
Art und Weise zu einem gerechten Berner und Bernerinnen wohnen zur
Konsumverhalten. Sein Motto: Eine Miete und können nicht einfach ein
Sensibilisierung braucht eine konkre- Solardach bauen. Hier setzt die Ber-
te Darstellung, die nachhaltig im Ge- ner Crowdfunding-Initiative «Sunrai-
dächtnis bleibt. Das Schulprojekt «Fair sing» an: Für 350 Franken kann man
Battles Kicker» etwa beleuchtet die sich einen Quadratmeter Solardach
Themen Konsum, Fair Trade, Fairness, auf einem ausgewählten Haus im
Chancengleichheit und Nachhaltigkeit Quartier sichern und so 20 Jahre lang
und macht diese anhand eines umge- jährlich 110 Kilowattstunden Solar-
bauten Töggelikastens erfahrbar. strom beziehen – das entspricht rund
10 Prozent des Jahresverbrauchs
fairbattles.ch einer Person.
sunraising.ch
Das Ökotuch
Bienenwachstücher, die um Lebens- Singende Nachtigall
mittel oder auch über Schalen gelegt Bild: Rolf Holderegger
werden, sind die ideale Alternative zu
Verpackungen aus Plastik oder Alumi- Die Pflanzenwelt im Kanton Schaff-
nium. Der Stoff aus Biobaumwolle, hausen ist aussergewöhnlich reich
Schweizer Bienenwachs und Biojojo- (im Bild: Acker-Wachtelweizen). Be-
baöl kann nach Gebrauch abgewa- reits im 19. Jahrhundert interessier-
schen und wiederverwendet werden. ten sich Botaniker für die dort vor-
Es gibt verschiedenste Produkte auf herrschenden mediterranen, mit-
dem Markt, eines davon heisst teleuropäischen und östlichen Flo-
eco-tsapi®. Bastelliebhaber können renelemente. Doch der Reichtum ist
das Tuch auch selbst herstellen. bedroht, denn das Vorkommen sel-
tener Pflanzen im Kanton hat sich
eco-tsapi.ch
halbiert.
Dies zeigt das Neujahrsblatt
der Naturforschenden Gesellschaft Bild: Alamy Stock Photo
Schaffhausen, welche die Bestände
von seltenen Pflanzen im Kanton Zum 20-Jahr-Jubiläum hat sich das
Lokal schwärmen untersucht hat. Darin porträtiert sie BirdLife-Naturzentrum Neeracherried
20 besondere Pflanzenarten und (ZH) etwas Spezielles ausgedacht: In
Die Idee der Marktschwärmer ist der Sonderausstellung «Singen wie
gibt einen Überblick über die Her-
einfach: Sie ermöglichen lokalen Pro- die Vögel» tauchen Kinder und Er-
kunft der Schaffhauser Flora, deren
duzenten, deren Produkte online an- wachsene mit Kopfhörer und Tablet in
Lebensräume und die bisherige Er-
zubieten. Die Kundinnen und Kunden die Welt der Vogelklänge ein. Dies
forschung. Als Grundlage für das
bestellen auf einer Plattform saisona- befähigt sie, mit Vogelstimmen zu ex-
Heft dienten die aktuellen Daten
les Obst, Gemüse, Brot, Milchproduk- perimentieren und auch selbst Laute
der Roten Liste der Schweizer Flora,
te, Fleisch, Bier oder Naturkosmetik zu produzieren. Wer möchte nicht so
die die Verluste des Pflanzenreich-
und holen die Bestellung in der Schwär- schön flöten können wie die Amsel?
tums im Kanton Schaffhausen auf-
merei in der Nachbarschaft ab. Das Zur Vorbereitung auf den Besuch dür-
zeigen.
kann etwa in einem Café, in einer fen Lehrpersonen Schulmaterial von
Schule oder auch in einem Gemeinde- der Website herunterladen.
haus sein. «Seltene Pflanzen im Kanton
Schaffhausen» | CHF 24.– | birdlife.ch/neeracherried
marktschwaermer.ch ISBN: 978-3-033-07048-6 | info@ngsh.ch > Sonderausstellung «Singen wie die Vögel»
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6 360° RENDEZ-VOUS
Bildung
Idée Reparatur
Jetzt gibt es ihn auch in Italienisch: Der Re-
paraturführer ist eine Onlineplattform, auf
der man Reparaturprofis findet oder sich
selbst als solchen anbieten kann. Damit
sollen Abfälle vermieden werden. Zudem
sind Informationen zu Aktivitäten rund ums
Reparieren, etwa zu Repair-Cafés, vorhan-
den. Getragen wird die Plattform von Kanto-
nen, Gemeinden und Städten. Mit dem
Bild: zVg
Kanton Tessin sind derzeit 17 Kantone sowie
4 Städte und Gemeinden dabei.
Faszinierende Unterwasserwelt reparaturfuehrer.ch | reparateurs.ch |
riparatori.ch
Ruderwanzen (Bild), Wasserasseln, Wasserflöhe oder Gelbrandkäfer: Das Leben in
unseren Teichen ist vielfältig und spannend – und vielen von uns trotzdem ziemlich
unbekannt. Das will das BirdLife-Naturzentrum La Sauge ändern: Dem diesjährigen
Hauptthema «Wirbellose Tiere der Teiche» ist die neue, interaktive Sonderausstellung Kreislaufprofis
gewidmet. Die «Faszinierende Unterwasserwelt» soll dabei einem breiten Publikum
vorgestellt werden. Dazu gibt es auch Führungen zum Thema in der Ausstellung und
bei den Teichen entlang des Naturpfads für Erwachsene, Kindergruppen und Schul- «Das Programm vermittelt aktuellstes Wis-
klassen auf Reservation. sen über die neusten Entwicklungen der
Das BirdLife-Naturzentrum La Sauge zwischen Ins (BE) und Cudrefin (VD) befindet Entsorgungs- und Recyclingbranche und
sich am Rand der beiden international und national bedeutenden Naturschutzgebie- eignet sich für Quereinsteiger ebenso wie zur
te Fanel und Cudrefin und am Nordende des Neuenburgersees. Das Naturzentrum persönlichen Auffrischung», sagt Thomas
beinhaltet eine Ausstellung und einen Naturpfad mit vier Beobachtungshütten. Diese Schmid, ehemaliger Kursteilnehmer und CEO
ermöglichen zahlreiche spannende Einblicke in die Natur und wurden so gebaut, dass des Investment-Unternehmens Fontavis. Der
die Tiere nicht gestört werden. Zertifikatskurs (CAS) Entsorgungs-/Recy-
clingmanager/in HSG der Universität
Sonderausstellung: bis 25. Oktober 2020 | Dienstag–Sonntag + Feiertage: 9 – 18 Uhr | St. Gallen will Teilnehmenden das Rüstzeug
birdlife.ch/de/content/la-sauge auf den Weg geben, «um den anstehenden
unternehmerischen Herausforderungen
im Zusammenhang mit dem Wandel der
Schweizer Abfallwirtschaft hin zu einer
Tierische Teambildung Der Weltacker Kreislaufwirtschaft angemessen begegnen
zu können».
Der Lehrgang thematisiert betriebswirt-
Teambildung mit Hühnern, «tieri- Teilt man die Ackerfläche dieser Welt schaftliche Fragestellungen im Entsor-
sches» Gehirntraining für Seniorinnen durch die Zahl ihrer Bewohner, ergibt gungs- und Recyclinggeschäft. Partner-
und Senioren, Smartphone-Fotokurs das etwa 2000 m² pro Mensch. Dar- schaften etwa mit Branchenverbänden
oder Kaffeegenuss im Regenwald: auf muss alles wachsen, was wir sollen einen hohen Praxisbezug garantieren.
Der Zoo Zürich verstärkt sein En- verbrauchen. Auf entsprechenden Er richtet sich an Kadermitarbeitende öffent-
gagement in der Erwachsenenbil- Äckern in Nuglar (SO) und Attiswil lich-rechtlicher und privater Entsorgungs-,
dung. In den entsprechenden Kursen (BE) führt das internationale Bil- Recycling- und Transportunternehmen sowie
werden Themen aus der Lebens- und dungsprojekt «2000 m² Weltacker» an Personen, die eine derartige Funktion
Arbeitswelt der Menschen mit The- Lernhalbtage für Schulklassen durch, anstreben. Geeignet ist er zudem für Vertre-
men aus der Tierwelt verknüpft. So an denen die verschiedenen Schritte tungen von Behörden und Verbänden.
soll das Interesse der Teilnehmenden der Lebensmittelproduktion thema-
für die Tiere und deren Wohl gestärkt tisiert werden. Daneben gibt es auch Kosten: CHF 12 000.– (allenfalls CHF 1200.– für ein
werden. Führungen für Erwachsene. einzelnes Modul) | Dauer: April–September 2019 |
11 ECTS-Punkte | Ort: St. Gallen; aufgrund des
modulartigen Aufbaus ist ein Einstieg auch nach
Übersicht, Dauer und Preise: zoo.ch/de/ Kursstart möglich; sami.benmessaoud@unisg.ch |
führungen-events/kurse-und-seminare weltacker.ch +41 71 224 21 02
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360° RENDEZ-VOUS 7
Unterwegs
Wilder Rhein: Der hier noch ungezähmte Alpenfluss mäandert durch Bild: Beat Jordi
die geschützte Auenlandschaft von nationaler Bedeutung.
Mit Blick auf den Grand Canyon der Schweiz
Die Wanderung von Flims-Waldhaus (GR) in Unterwegs durch den Uaul Grond – einen grossen mit
die Rheinschlucht bietet spektakuläre Aus- Kalkblöcken übersäten Nadelwald – lohnt sich ein
sichten auf das riesige Felssturzgebiet und kleiner Umweg zur Aussichtsplattform Il Spir bei Conn.
den «Grand Canyon der Schweiz». Text: Beat Jordi Die Besucherterrasse aus Lärchenholz ist der Form
eines Mauerseglers nachempfunden und schwebt
Beim grössten Bergsturz in den Alpen donnerten vor direkt über dem Abgrund. Die Vogelperspektive bietet
rund 9500 Jahren Millionen von Kubikmetern Kalkstein einen spektakulären Blick auf die bröckelnden Steil-
in das Vorderrheintal und begruben den Fluss auf einer wände der Schlucht mit ihren bizarren Formen. Nahezu
Länge von 14 Kilometern unter einem mächtigen Schutt- 400 Meter tiefer im Talgrund mäandert der hier noch
kegel. Im Lauf der Zeit bahnte sich der zum Ilanzer See ungezähmte Alpenfluss durch die geschützte Auenland-
aufgestaute Rhein seinen Weg fast 400 Meter tief durch schaft von nationaler Bedeutung (BLN-Gebiet).
die Sedimente. So ist die imposante Naturlandschaft der Der Weg zur Station Valendas-Sagogn der Rhätischen
Ruinaulta oder Rheinschlucht entstanden. Bahn (RhB) verläuft anfänglich durch die nährstoffar-
Bereits kurz nach dem Start der Wanderung im Hö- men, an Orchideen reichen Erika-Föhrenwälder an der
henkurort Flims-Waldhaus erwartet uns am türkisfar- südexponierten Flanke der Rheinschlucht. Über die
benen Bergsee Lag la Cauma ein erster landschaftlicher Weidelandschaften von Tuora und Foppas erreicht man
Höhepunkt. Das in einer Waldmulde gelegene Gewässer die Brücke über den Fluss und gelangt dann durch die
hat keinen oberirdischen Zufluss, sondern wird durch Ruinaulta zum Bahnhof Versam-Safien. In der Über-
Schmelzwasser und die grundwasserleitenden Karst- gangszone von Wasser und Land säumen dichte Weiss-
formationen gespeist. Eine abdichtende Lehmschicht in erlenbestände, Grundwasserteiche, karge Kiesbänke
der Tiefe hält das Wasser zurück, sodass es nicht voll- und Sandstrände den Weg. Auf engem Raum findet sich
ständig im Boden versickert. Wie die anderen Kleinseen hier eine reiche Artenvielfalt mit seltenen Pflanzen und
in der Region ist auch der auf knapp 1000 Metern über Wasservögeln wie zum Beispiel dem Flussregenpfeifer
Meer gelegene Caumasee durch den Flimser Bergsturz und Flussuferläufer. Zudem leben in den vier Natur-
entstanden. schutzgebieten vor Ort etwa 350 Schmetterlingsarten.
rheinschlucht.ch
die umwelt 2 | 19
8 DOSSIER GENTECHNOLOGIE
Moderne Biotechnologie
Potenzial mit schwer
abschätzbaren Risiken
In der Biotechnologie schreiten die Entwicklungen rasant voran. Die modernen Verfahren bieten ein grosses
Anwendungspotenzial für Medizin, Pharmazie, Chemie, Lebensmittel- und Landwirtschaft. Noch aber
lässt sich in vielen Fällen nicht ermessen, welche Risiken die neuartigen Veränderungen am Erbgut von
Organismen bergen. Text: Nicolas Gattlen
Im Wochentakt berichten die Medien über Bio- auch auf neuen Informations- und Automati-
technologie: Jüngst etwa war zu lesen, dass am onstechnologien basiert. Ein besonders grosses
Roslin Institute in Edinburgh (GB) Schweine ge- Potenzial wird neuen Techniken zur gezielten
züchtet wurden, die immun sind gegen das PRRS- Genveränderung wie CRISPR/Cas (siehe Box
Virus, den Erreger einer Schweinekrankheit. For- S. 9) zugeschrieben, weil sie effizient, präzise,
schende haben einige wenige DNA-Bausteine im kostengünstig und deshalb breit zugänglich sind.
Schweinegenom so umgeschrieben, dass das Virus Im Unterschied zu den «klassischen» Gentech-
nicht mehr in die Zellen eindringen und sich dort niken, die meist zur Übertragung von bestimmten
vermehren kann. Und in mehreren EU-Ländern Erbinformationen zwischen verschiedenen Arten
finden Freilandversuche mit genveränderten (GV) (Transgenese) angewandt werden, lassen sich mit
Pappeln statt: Diese sollen schneller wachsen, Genome-Editing-Verfahren wie CRISPR/Cas ge-
mehr Biomasse ausbilden und weniger Lignin pro- zielte Veränderungen am Genom vornehmen, ohne
duzieren – ein Vorteil, da der Stoff bei der Herstel- artfremde Gene einzufügen. Sie funktionieren
lung von Papier oder Biokraftstoffen aufwendig wie eine «Genschere», mit der man an genau de-
entfernt werden muss. finierten Stellen im Erbgut Schnitte setzen kann,
Für Schlagzeilen sorgte auch eine Meldung, um einzelne Gene auszuschalten. Es lassen sich
wonach in Burkina Faso genveränderte Mücken damit aber auch defekte DNA-Teile ersetzen oder
freigesetzt werden sollen, deren Nachwuchs zu neue Gensequenzen in einen Organismus ein-
90 Prozent aus Männchen besteht (die natürliche fügen – nicht nur einzelne Gene, sondern ganze
Proportion beträgt 50 Prozent). So soll die Mü- Gengruppen und -kombinationen an verschie-
ckenpopulation massiv reduziert und die Malaria denen Stellen im Erbgut.
eingedämmt werden, da nur weibliche Mücken Die jüngsten Fortschritte in der Biotechnologie
diese Krankheit übertragen. haben zu einer markanten Zunahme an Anwen-
dungen im Ausserhumanbereich geführt, insbe-
Effizient, präzise, günstig sondere im pharmazeutischen Bereich, wo man
genveränderte Mikroorganismen zur Herstellung
Das sind nur drei Beispiele für den gegenwärti- von Medikamenten und Impfstoffen nutzt, sowie
gen Entwicklungsschub, der auf einer intensi- in der Medizin (Gentherapie, Diagnostik), in der
vierten Forschungstätigkeit in Molekularbiologie, Landwirtschaft (Nutzpflanzen), in der Forstwirt-
kombiniert mit Mikrobiologie und Genetik, aber schaft (Bäume für die Holz- und Papierwirtschaft)
die umwelt 2 | 19
DOSSIER GENTECHNOLOGIE 9
CRISPR/Cas – das «Schweizer Taschenmesser» der Gentechnologie
Das CRISPR-System basiert auf einem Abwehrsystem, Das Verfahren läuft in drei Schritten ab: Zunächst muss
mit dem sich Bakterien vor schädlichen Viren schützen. im Genom, das oft aus Milliarden von Basenpaaren (DNA-
Bei einer Vireninfektion der Bakterie wird die DNA der Bausteine) besteht, punktgenau die Sequenz der Stelle
eingedrungenen Viren in kleine Fragmente aufgespalten bekannt sein, bei der eine Änderung durchgeführt werden
und in den CRISPR-Abschnitt eingefügt – Abschnitte im soll. Danach schleust man genau diese Sequenz in einen
Bakterienerbgut, die aus kurzen, sich wiederholenden DNA- CRISPR/Cas-Komplex ein und fügt ihn in Zellen des Emp-
Sequenzen bestehen. Die eingefügten Sequenzen dienen fängerorganismus. Die Zelle produziert dann die Gensonde
der Wiedererkennung bei einer späteren Infektion. An den und die daran gekoppelte Genschere selbst. Die Schere wird
CRISPR-Bereich gekoppelt sind Cas-Gene. Diese enthal- daraufhin von der Sonde zur gewünschten Stelle geführt und
ten die Anleitung für die Herstellung eines Proteins, das zerschneidet dort den DNA-Doppelstrang.
DNA-Stränge zerschneiden kann («Genschere»). Bei einem Anschliessend treten die zelleigenen Reparaturmecha-
erneuten Virenbefall werden die DNA-Sequenzen in RNA nismen in Aktion. Beim ersten wird der durchtrennte DNA-
umgeschrieben: Diese «Gensonde» prüft die Sequenz der Strang wieder zusammengefügt – allerdings meist mit klei-
Viren-DNA. Stimmt diese mit dem gespeicherten Abschnitt nen Fehlern. Die Folge: Das betreffende Gen kann nicht
überein, bindet die RNA an die virale DNA an und signa- mehr richtig abgelesen werden und funktioniert nicht mehr.
lisiert der Genschere damit, sie zu zerschneiden und die Beim zweiten Mechanismus nutzt die Zelle eine Kopie des
Vireninfektion zu stoppen. Genabschnitts als Reparaturvorlage. Solche Vorlagen kön-
2012 konnten Forschende erstmals zeigen, wie sich CRISPR/ nen künstlich erzeugt und in die Zellen eingefügt werden.
Cas als programmierbare Genschere in Mikroorganismen So lässt sich die Sequenz an der Schnittstelle praktisch
nutzen lässt. Kurz darauf gelang der Nachweis, dass die- nach Belieben editieren – es können also auch zusätzliche
ses System auch in höheren Organismen wie Pflanzen und DNA-Abschnitte eingefügt werden. Deshalb spricht man bei
Tieren funktioniert. diesen Werkzeugen von Genome-Editing.
Gene Drive – die beschleunigte Ausbreitung einer Veränderung
Die Gene-Drive-Technik zielt darauf ab, eine Eigenschaft rasch und präzise in einer bestehenden, frei lebenden Population zu
verändern oder neu einzubringen. Das Prinzip ist simpel: Eine gewollte genetische Veränderung wird zusammen mit einem ge-
netischen Kopiermechanismus in einen Organismus eingebracht. Dieser Mechanismus überträgt die gewünschte Veränderung
immer auf beide Kopien eines Zielgens. Dadurch erhalten alle Nachkommen die Veränderung, und diese breitet sich im Laufe der
Generationen in der Population aus (bei der normalen klassischen Vererbung wird eine genetische Veränderung nur an die Hälfte
der Nachkommen weitergegeben). Im Labor wurden bereits erste Versuche mit CRISPR/Cas-basierten Gene Drives erfolgreich
durchgeführt, zum Beispiel in Hefepilzen, Fruchtfliegen und Mücken.
Mögliche Anwendungen werden insbesondere in folgenden Bereichen diskutiert: Public Health (Vernichtung von Insekten als
Krankheitsüberträger oder Ausschalten von deren Fähigkeit, Krankheitsüberträger zu sein), Landwirtschaft (Bekämpfung von
«Unkräutern» und «Schädlingen») sowie Naturschutz (genetische Stärkung von gefährdeten Arten oder Populationen).
KLASSISCHE VERERBUNG: GENE-DRIVE-VERERBUNG:
Nachkomme mit Genveränderung Nachkomme ohne Genveränderung Externe Partner
die umwelt 2 | 19 Quelle: naturwissenschaften.ch
10 DOSSIER GENTECHNOLOGIE
und in der Industrie, wo genveränderte Algen, Pil- gemeinsam daran, biologische Systeme wie Zellen,
ze oder Bakterien zur Gewinnung von Ölen, Enzy- Moleküle und Gewebe im Labor zu entwickeln und
men, Vitaminen oder Aromen eingesetzt werden. Organismen mit neuen Eigenschaften auszustat-
Für die Tierzucht eröffnen sich dank Genome- ten oder herzustellen.
Editing-Verfahren ebenfalls neue Möglichkeiten:
Dabei geht es um Resistenzen gegen Infektions-
krankheiten oder um grössere Muskelmasse, um «Der Biotech-Boom erfordert
die Unterdrückung bestimmter Allergene in der
Milch oder um die Eigenschaften der Wolle. Bisher weitere Anstrengungen
scheinen diese Projekte erfolgversprechender zu bei Biosicherheit und
sein als solche mit klassischer Gentechnik. Bereits
auf dem Markt sind genveränderte «Leuchtfische» Umweltrisikobewertung.»
und Fleischprodukte von GV-Lachsen, die schnel- Anne Gabrielle Wüst Saucy | BAFU
ler wachsen und weniger Futter brauchen. In der
Schweiz sind beide nicht zugelassen, da genverän-
derte Wirbeltiere nur für Zwecke der Forschung, Im Unterschied zur klassischen Gentechnik wer-
Therapie und Diagnostik an Menschen oder Tieren den nicht einzelne (artfremde) Gene in einen
erzeugt und in Verkehr gebracht werden dürfen. Organismus übertragen, sondern neue oder ver-
Unmittelbar vor einer grossen Konferenz zur änderte biologische Elemente und Systeme (z. B.
Veränderung des menschlichen Erbguts Ende ein Stoffwechselweg mit mehreren involvierten
letzten Jahres sorgte eine Neuigkeit für einen Genen) in Organismen eingeschleust, damit die-
Aufschrei. Völlig überraschend wurde bekannt, se bestimmte Substanzen produzieren: etwa ein
dass mit CRISPR/Cas genetisch veränderte Zwil- Medikament, ein Aroma oder einen Biotreibstoff.
linge zur Welt gekommen sind. Die Babys sollen Es lassen sich so auch Materialien herstellen, die
dadurch gegen das HI-Virus geschützt sein. Seit von keinem natürlichen Organismus produziert
vor wenigen Jahren klar wurde, dass CRISPR/Cas werden, wie beispielsweise 1,4-Butandiol, eine
auch beim Menschen angewendet werden könnte, Grundchemikalie für die Kunststoffproduktion.
gilt in den Wissenschaften der Konsens, zumin- Ihre Herstellung basiert auf einem Syntheseweg
dest für den Moment bei Menschen auf vererbbare ohne natürliches Vorbild. Oft werden Gene ver-
Veränderungen zu verzichten. Die Nachricht löste wendet, deren DNA-Abfolge am Computer entwor-
weltweit Diskussionen über Freiheit und Ziele der fen wurde, damit sie einen jeweils vorgegebenen
Forschung und über den Bedarf einer strengeren Zweck erfüllen.
Regulierung aus. In der Schweiz sind solche Ein- Der vermehrte Einsatz von Gentechnologien
griffe ins menschliche Genom verboten. stellt neue Herausforderungen an den sicheren
Umgang mit damit veränderten Organismen. Für
Biologische Systeme aus dem «Labor» den Natur- und Umweltschutz besonders relevant
sind genveränderte Organismen (GVO), die in der
Ein weiterer Entwicklungsschub wird von der Umwelt freigesetzt werden oder unbeabsichtigt
Synthetischen Biologie erwartet, einem noch in die Umwelt gelangen. Denn für diese gilt wie
jungen interdisziplinären Forschungsgebiet im für alle Organismen: Sie vermehren, vermischen
Schnittstellenbereich von Molekularbiologie, Che- und verändern sich. Nicht nur die Organismen,
mie, Ingenieurwissenschaften, Biotechnologie sondern auch die eingebrachten genetischen Ver-
und Informationstechnik (siehe Box S. 16). For- änderungen könnten sich in unerwünschter Weise
schende verschiedener Fachrichtungen arbeiten vertikal (durch die Weitergabe an Nachkommen)
die umwelt 2 | 19DOSSIER GENTECHNOLOGIE 11
oder horizontal (durch die Übertragung von ge- Wissenschaft kann die Bedeutung der neuartigen
netischem Material an andere Organismen) aus- Veränderungen an Genomen und die daraus fol-
breiten und die Gesundheit von Mensch und Tier genden Risiken in vielen Fällen noch nicht ermes-
gefährden sowie die Umwelt und Biodiversität sen.» Weil es aber plausible Gründe zur Besorgnis
beeinträchtigen. gibt, dass der Umgang mit GVO schädliche Folgen
für die Umwelt und die Gesundheit von Pflanzen,
Direkte Eingriffe in die Umwelt Tieren und Menschen haben kann, gilt das Vorsor-
geprinzip. Das Gentechnikgesetz (GTG) schreibt
Eine besondere Herausforderung in Bezug auf Si- eine allgemeine Sorgfaltspflicht vor und verlangt
cherheit und Umweltauswirkungen ist die Gene- fallorientierte Risikobewertungen und entspre-
Drive-Methode (siehe Grafik S. 9). Sie ermöglicht chende Sicherheitsmassnahmen. Zudem gilt die
es, eine genetische Veränderung in eine natürli- Melde-, Bewilligungs- und Informationspflicht.
che Population einzubringen und auf alle Indivi-
duen auszubreiten. Während eine eingebrachte Kultur der Biosicherheit
genetische Veränderung bei der geschlechtlichen
Vererbung nur an die Hälfte der Nachkommen Ein Grundprinzip beim Umgang mit GVO ist die
weitergegeben wird und sich über die Generati- Einzelfallanalyse: Jedes Vorhaben muss auf seine
onen auswächst, wird bei einem Gene Drive die Risiken hin und aufgrund plausibler Risikoszena-
gewünschte Veränderung an alle Nachkommen rien überprüft werden. Ausserdem gilt das Stufen-
vererbt und kann sich so rasch in einer Population prinzip: Erst wenn auf einer Stufe ausreichende
verbreiten. Die Anwendungsmöglichkeiten sind Informationen über den betreffenden Organismus
vielfältig: Mit Gene Drive lassen sich z. B. Schäd- gewonnen wurden, geht man weiter zur nächsten
linge, Krankheitsüberträger oder gebietsfrem- Stufe. Diese Stufen bestehen typischerweise aus
de invasive Arten eindämmen oder ausmerzen. Versuchen im sogenannten geschlossenen System
Dass dieser Ansatz grundsätzlich funktioniert, (z. B. Labor, Gewächshaus) und im Freiland. Und
wurde im Labor bereits bestätigt. Wie sich die nur wenn mit umfangreichen Daten die Sicherheit
Elimination einer Population oder einer Art auf des untersuchten Organismus belegt wurde, wird
das Ökosystem und die Biodiversität auswirkt, ist es allenfalls möglich, ihn als Produkt zu verwer-
indes kaum abzuschätzen. ten. Diesen Regelungen und einer in den letzten
Das BAFU begleitet die Entwicklungen im Be- 25 Jahren gewachsenen «Kultur der Biosicherheit»
reich der Biotechnologie, es führt Monitorings ist es zu verdanken, dass in der Schweiz keine gra-
durch und sorgt dafür, dass die rechtlichen An- vierenden unkontrollierten Freisetzungen beim
forderungen in Bezug auf die Anwendungen der (beabsichtigten) Umgang mit GVO zu verzeichnen
Biotechnologie eingehalten werden. Biotechnolo- sind. «Der aktuelle Biotech-Boom erfordert nun
gische Prozesse – sei es in der Produktion oder in weitere Anstrengungen im Bereich der Biosicher-
der Forschung – müssen in einem sicheren Rahmen heit und der Umweltrisikobewertung», erklärt
stattfinden. «Die Herausforderung besteht darin, Anne Gabrielle Wüst Saucy.
mögliche Risiken für Mensch und Umwelt früh-
zeitig zu erkennen, zu beurteilen und Massnah-
Link zum Artikel
men zur Begrenzung der Risiken zu ergreifen», www.bafu.admin.ch/magazin2019-2-01
erklärt Anne Gabrielle Wüst Saucy, Leiterin der
Sektion Biotechnologie des BAFU. Bei den neuen
Anne Gabrielle Wüst Saucy |
Techniken sei die Risikoabschätzung besonders Sektionschefin Biotechnologie | BAFU
schwierig, weil Erfahrungswerte fehlten: «Die annegabrielle.wuestsaucy@bafu.admin.ch
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n?DOSSIER GENTECHNOLOGIE 13
Synthetische Biologie
«Wenn man etwas baut, kann
man es besser verstehen»
Ausgehend von standardisierten Komponenten versucht die Synthetische Biologie, im Labor biologische Sys-
teme nachzubauen, zu verändern oder neu zu entwerfen. Über die Potenziale und die möglichen Risiken der
jungen Fachrichtung hat sich «die umwelt» mit der Biologin Yolanda Schaerli und dem Ethiker Gérald Hess
unterhalten. Interview: Lucienne Rey
Woran arbeiten Sie zurzeit, Frau Schaerli? etwas grundsätzlich Neues bringt. Beides fügt sich
Yolanda Schaerli: Meine Gruppe interessiert sich in die westliche Denktradition ein, wonach die
für Genregulationsnetzwerke. Wir möchten mehr Natur so modifiziert werden darf, dass sie für den
über die Evolution und die Mechanismen dieser Menschen nützlich ist und seinen Zielen entspricht.
Netzwerke lernen. Dabei arbeiten wir mit Escheri- Das ist eine Vorstellung, die erst mit der Wissen-
chia coli-Bakterien und folgen dem Bottom-up-An- schaft des 17. Jahrhunderts ihren Durchbruch hat-
satz der Synthetischen Biologie (dieser zielt darauf te. In der griechischen Antike war das noch anders,
ab, biologische Systeme von Grund auf neu zu er- da wurde Wissen um seiner selbst geschätzt. Heute
zeugen, die Red.). Leitend ist die Idee: Wenn man treibt man selbst die Grundlagenforschung in der
etwas bauen kann, dann kann man es besser ver- Absicht voran, sie für bestimmte praktische Ziele
stehen. Im Blickpunkt unserer Forschung stehen anzuwenden.
Netzwerke, die räumliche Muster erzeugen – wie Schaerli: Das Feld in der Synthetischen Biologie
beispielsweise auf den Flügeln von Schmetter- ist recht weit. Es gibt Gruppen, die deklarieren,
lingen. Auch in der Embryonalentwicklung sind für welche Anwendungen ihre Forschung genutzt
räumliche Muster wichtig. werden könnte. Andere sind erst einmal auf reinen
Wissenszuwachs aus. Die Synthetische Biologie
erweitert die bisherige Gentechnik aber durchaus
um neue Elemente. Zum Beispiel legt sie viel Wert
«Gemäss westlicher auf Standardisierung, Modularität und Abstrak-
Denktradition darf die Natur tion. Ausserdem forscht sie eher an Netzwerken
und Stoffwechselpfaden und weniger an einzelnen
so modifiziert werden, dass sie Genen.
für den Menschen nützlich ist.» Hess: Gemeinsam ist aber beiden Ansätzen, dass
Gérald Hess | Ethiker sie das Lebendige reduktionistisch betrachten und
instrumentalisieren, sodass es sich für bestimmte
Zielsetzungen transformieren lässt.
Was sagt der Ethiker, wenn er hört, dass man et- Schaerli: Das ist allerdings nichts Neues, sondern
was nachbaut, um es besser zu verstehen? trifft beispielsweise auch auf die konventionelle
Gérald Hess: Zuerst einmal bezweifle ich, dass die Pflanzenzüchtung und Tierzucht zu. Wir haben
Synthetische Biologie gegenüber der Gentechnik höchstens die Präzision der Eingriffe verbessert.
die umwelt 2 | 1914 DOSSIER GENTECHNOLOGIE
Was genau ist für Sie «Leben», wodurch ist es machen und welche Sicherheitsmassnahmen wir
gekennzeichnet? anwenden. Wir müssen in der Gesellschaft Interes-
Schaerli: Selbst Biologen und Biologinnen tun sich se und Verständnis für unsere Forschung wecken.
schwer mit dieser Frage. Es gibt eine Reihe von Denn schliesslich trägt die Synthetische Biologie
Merkmalen, etwa dass Lebewesen in Zellen organi- dazu bei, heute vielfach praktizierte Anwendungen
siert sind, über einen Stoffwechsel verfügen, wach- zu verbessern. Und sie ermöglicht neue Anwendun-
sen und sich verändern. Ausserdem reagieren sie gen, etwa in der Synthese von Chemikalien oder bei
auf Reize und pflanzen sich fort. Bestimmte Grenz- der Diagnose und Behandlung von Krankheiten.
fälle wie Viren erfüllen aber nicht alle genannten Hess: Um zu beurteilen, ob es sich bei einer Tech-
Kriterien. nologie um eine Verbesserung handelt, muss in
Hess: Aus philosophischer Perspektive unterschei- erster Linie die Zielsetzung betrachtet werden. Es
den wir zwei Sichtweisen. Die eine geht von Eigen- gibt durchaus lobenswerte Ziele, etwa wenn gen-
schaften aus, die bestimmte Funktionen erfüllen. technisch modifizierte Organismen zur Herstel-
Sie betrachtet die Äusserlichkeiten des Lebendi- lung von Medikamenten dienen.
gen, das sie somit objektiviert und manipulierbar
macht. Im Unterschied dazu akzeptiert die ganz-
heitlichere Auffassung zwar eine Reihe äusserli-
cher Merkmale. Sie setzt aber zugleich auch vor- «Auf Bakterien das Konzept
aus, dass die Forschenden selbst Lebewesen sind
und nur als solche das Leben überhaupt verstehen der Würde anzuwenden,
können. Diese Position geht davon aus, dass die bereitet mir Mühe.»
Wissenschaft nicht alles Lebendige objektivieren Yolanda Schaerli | Biologin
und erklären kann.
Wenn die Synthetische Biologie Organismen zu-
sammenbaut, die es so noch nicht gibt, vermag Mit neuen Technologien wie CRISPR/Cas und
sie diese zu kontrollieren und die Folgen ihrer Ex- Gene Drive (siehe Box und Grafik auf S. 9) ist es
perimente abzuschätzen? im Prinzip möglich, beispielsweise ganze Popu-
Schaerli: Wir sind noch nicht so weit, tatsächlich lationen von Mücken, die die Malaria übertragen,
neue Organismen zu konstruieren. Aber uns leitet auszumerzen. Sollten wir diese Möglichkeiten
die Idee, dass durch das Prinzip des Engineerings nutzen?
die Eingriffe auch in der Biologie planbar werden. Hess: Auch hier gilt: Zunächst muss das Ziel mora-
Wenn wir eine Brücke bauen, zeigen uns die Pläne, lisch legitim sein, was bei der Bekämpfung einer
was am Ende entstehen wird. Die Biologie ist aller- schweren Krankheit sicher der Fall ist. Sodann gilt
dings sehr komplex, was die Vorhersehbarkeit er- es zu klären, welche Risiken für Mensch und Um-
schwert. Zugleich macht es diese Arbeit spannend, welt bestehen und ob diese handhabbar sind. Wird
was auch der Grund ist, wieso sie mich fasziniert. eine solche Technik in ein komplexes Ökosystem
eingeführt, lassen sich die Nebenfolgen allerdings
Können Sie verstehen, dass es Menschen gibt, kaum abschätzen. An erster Stelle muss daher das
die vor Ihrer Arbeit Angst haben – weil Sie mögli- Vorsorgeprinzip stehen, das vor jeglicher Anwen-
cherweise etwas bauen, was Ihnen wie beim dung einer neuen Technologie versucht, die noch
Zauberlehrling über den Kopf wachsen könnte? ungewissen Folgen abzuklären, um die Risiken so
Schaerli: Ja, das kann ich durchaus nachvollziehen, gut wie möglich identifizieren und einschätzen zu
und daher ist es auch wichtig, zu erklären, was wir können.
die umwelt 2 | 19Naturwissenschaft trifft Ethik
Yolanda Schaerli ist als Assistenzprofessorin an der Uni- Von 2003 bis 2010 befasste sich der Philosoph Gérald Hess
versität Lausanne tätig. Nach einem Studium der Bioche- als wissenschaftlicher Mitarbeiter des BAFU mit ethischen
mie und Molekularbiologie an der ETH Zürich arbeitete sie Fragen, die insbesondere die Biotechnologie aufwirft. Heute
zuvor im Rahmen mehrjähriger Forschungsaufenthalte an unterrichtet er als Lehr- und Forschungsbeauftragter an der
der Universität Cambridge (UK), am Centre for Genomic Fakultät für Geowissenschaften und Umwelt der Universität
Regulation in Barcelona und an der Universität Zürich. Lausanne das Fach Umweltethik.
Bild: Flurin Bertschinger | Ex-Press | BAFU16 DOSSIER GENTECHNOLOGIE
Synthetische Biologie – von der Manipulation zur Kreation
Die Synthetische Biologie ist ein Fachgebiet im Grenzbereich von Molekularbiologie, organischer
Chemie, Ingenieurwissenschaften, Nanobiotechnologie und Informationstechnik. Sie wird von einigen
ihrer Vertreter und Vertreterinnen als die neueste Entwicklung der modernen Biologie bezeichnet.
Unter den Begriff «Synbio» fallen verschiedene Ansätze. Gemeinsam ist ihnen das Ziel, neuartige
Organismen oder biologische Komponenten herzustellen. Sie setzen aber auf unterschiedlichen
Ebenen an und weichen in ihren Methoden voneinander ab.
BIO-ENGINEERING: XENOBIOLOGIE:
Ähnlich wie bei einem Computer sollen im Bio- Ziel dieser Forschungsrichtung ist es, Orga-
engineering-Ansatz die einzelnen biologischen nismen mit einem neuen – in der Natur nicht
Bauteile (genetische Standard-Elemente) nach bekannten (xeno bedeutet fremd) – geneti-
einer hierarchischen Struktur zusammengebaut schen System zu entwickeln. Manche Forscher
werden. Bevor die Arbeit im Labor beginnt, er- versuchen, neue Formen von Nukleinsäuren
stellen die Forscher am Computer detaillier- («xeno nucleic acid», XNA) als Alternativen zu
te Modelle von Regulationsmechanismen oder RNA (Ribonukleinsäure) und DNA (Desoxyribo-
Stoffwechselwegen. nukleinsäure) zu entwickeln. Andere bleiben bei
den herkömmlichen Nukleinsäuren, wollen aber
SYNTHETISCHE GENOMIK: einen neuen genetischen Code entwerfen.
In der synthetischen Genomik geht es darum, ein
gesamtes Erbgut künstlich im Labor herzustel- PROTOZELLEN:
len. Mithilfe chemischer und molekularbiologi- Forschende, die diesen Ansatz verfolgen, wollen
scher Methoden werden die einzelnen Bausteine aus Molekülen lebende Zellen herstellen. Als
der DNA (die Nukleotide) in der gewünschten Vorstufen produzieren sie sogenannte Protozel-
Reihenfolge aneinandergehängt. Kürzere DNA- len, das heisst kleine Bläschen mit einer Fetthül-
Abschnitte, wie etwa ein einzelnes Gen, können le, in denen einzelne biochemische Reaktionen
bereits kommerziell bestellt werden. 2010 gelang ablaufen. Bisher ist man aber noch weit davon
es einer Forschergruppe um den amerikanischen entfernt, Zellen produzieren zu können, die sich
Biochemiker Craig Venter, ein Bakterium mit als «lebend» bezeichnen liessen.
einem komplett synthetisch erzeugten Erbgut
herzustellen. Das Erbgut wurde nach einem
natürlichen Vorbild produziert. Quelle: naturwissenschaften.ch
Es wird auch darüber diskutiert, mithilfe dieser Hess: Es lässt sich nicht a priori entscheiden, ob
Techniken bestimmte Tierpopulationen, die von eine Technologie genutzt werden oder auf sie ver-
einer existenziellen Erkrankung bedroht sind, zichtet werden soll. Es gälte natürlich, die Risiken
gegen diese zu immunisieren. Was halten Sie von zu klären und die Absichten zu hinterfragen. Aber
solchen Überlegungen? wenn mit einer Technik eine bedrohte Art gerettet
Schaerli: Bei solchen Eingriffen ins Ökosystem werden kann und es sicher ist, dass dadurch keine
sollte man meiner Meinung nach sehr vorsichtig anderen Risiken entstehen, sehe ich wenig Gründe,
sein; die eingefügten Veränderungen könnten un- die gegen ihren Einsatz sprechen.
ter Umständen auf andere Arten überspringen.
Jedenfalls wäre jede Anwendung einzeln zu über- In der Schweiz sind einige Verfahren zur Erzeu-
prüfen, und es käme auch auf die Alternativen an. gung von Organismen mit neuen Merkmalen wie
die umwelt 2 | 19DOSSIER GENTECHNOLOGIE 17
etwa in der Pflanzenzüchtung unterschiedlich Gesetze verabschiedet, weil ihr moralischer Status
geregelt. Wenn für die ethische Beurteilung die zu schwach ist. Generell gibt es nicht die eine ethi-
Zielsetzung den Ausschlag gibt, wäre da nicht sche Position: Je nachdem, ob etwa die Denkfähig-
das Endprodukt in den Blickpunkt zu stellen – keit oder aber die Leidensfähigkeit oder schlicht
unabhängig davon, ob es beispielsweise mit die Lebenskraft eines Organismus als Kriterium
Strahlung oder Gentechnik (siehe Grafik S. 19) zählt, fällt die moralische Bewertung anders aus.
hergestellt wird? Mit dem Begriff der Würde der Kreatur wollte der
Hess: Eigentlich schon. Es gibt halt gewisse In- Gesetzgeber darauf hinweisen, dass es gewissen
kohärenzen. Bestrahlung und gentechnischer Teilen der Natur Rechnung zu tragen gilt.
Eingriff können zwar die gleiche Wirkung ent-
falten, doch man hält die Strahlung für sicherer. Im Zusammenhang mit der Synthetischen Biolo-
Das könnte aber durchaus ein Irrtum sein. Jede gie werden gelegentlich Befürchtungen laut, in
Technik sollte achtsam eingesetzt werden. Hier der «Do-it-yourself-Biologie» könnten in einer
kommt das Vorsorgeprinzip zum Tragen, das ein Garage ein Labor eingerichtet und die biologi-
schrittweises Vorgehen fordert: Neue Entwicklun- schen Komponenten über Internet bestellt wer-
gen werden zuerst im Labor getestet, dann in ge- den. Wie schätzen Sie die Gefahr von Missbrauch
schlossenen Systemen und dann auf abgeschirmten ein?
Freilandflächen. Schaerli: Die Hürden sind hoch, es braucht dazu
Schaerli: Da bin ich mit Ihnen einverstanden. Eine eine gute Ausbildung. Die Biohacking-Labors be-
Voraussetzung dafür ist allerdings, dass es er- folgen meistens einen ethischen Kodex. Und na-
laubt ist, solche Versuche überhaupt durchzufüh- türlich müssen sie die gleichen Sicherheitsregeln
ren. Sonst ist es nicht möglich, die erforderlichen einhalten wie die Labors von Hochschulen oder
Kenntnisse zu erwerben. Betrieben. Die Biohacker haben auch eine sehr po-
sitive Wirkung, indem sie Leute informieren und
In der Bundesverfassung ist die Rede von der für die Biologie begeistern (vgl. Artikel auf S. 23,
«Würde der Kreatur». Haben aus Ihrer Sicht auch Anm. d. Red.). Gerade in der Synthetischen Biolo-
Bakterien eine Würde, die verletzt werden kann? gie pflegt man eine starke Kultur des Teilens und
Schaerli: Die Würde ist ein menschliches Konzept, gewährt den Kollegen Zugriff auf die Erkenntnisse.
und was uns nähersteht, gewichten wir mehr. Es
fällt uns schwerer, Tiere zu töten als Pflanzen. Bak- Kann die Ethik etwas gegen die Demokratisie-
terien sind uns noch einmal ferner. Ich persönlich rung der Wissenschaft einwenden?
habe kein schlechtes Gewissen, wenn ich im Labor Hess: Nein, überhaupt nicht. Die Öffentlichkeit
meine Experimente mit Bakterien durchführe. Auf muss über technische Entwicklungen auf dem Lau-
sie das Konzept der Würde anzuwenden, bereitet fenden sein, und es sollte einen Rahmen geben, wo
mir Mühe. Aber wir sollten sie sicher nicht gedan- sie sich unabhängig von wirtschaftlichem Druck
kenlos ausführen. informieren kann. Die Schwierigkeit liegt aller-
Hess: In der französischen Übersetzung des Ver- dings darin, dass eine Technik meistens bereits
fassungsartikels 120 wird für «Würde der Krea- existiert, bevor man mit der Bevölkerung darüber
tur» nicht der Ausdruck «dignité» verwendet, zu diskutieren beginnt.
sondern «intégrité des organismes vivants». Die-
ser Ausdruck lässt sich besser als der Begriff der
Würde auf das gesamte Lebendige anwenden, in-
dem allen lebenden Organismen ein moralischer Link zum Artikel
Wert zukommt. Für Bakterien aber wurden keine www.bafu.admin.ch/magazin2019-2-02
die umwelt 2 | 1918 DOSSIER GENTECHNOLOGIE
Neue Pflanzenzüchtungsverfahren
Grosse Diskussionen um
einen kleinen Schnitt
Mit den neuen Genome Editing-Verfahren lassen sich Pflanzen genetisch verändern, ohne dass
fremdes Genmaterial eingefügt wird. In der heutigen Gesetzgebung ist der Status von Produkten
aus Genome Editing nicht klar definiert. Der Bundesrat prüft die Situation und eine allfällige
Anpassung des Rechts. Text: Nicolas Gattlen
Im Herbst 2018 wurden in den USA die ersten ge- grundsätzlich von natürlichen oder induzierten
nom-editierten Nutzpflanzen geerntet: Sojabohnen ungerichteten Mutationen (siehe Grafik rechts zur
mit einem veränderten, gesünderen Fettsäure- klassischen Mutagenese), ausser dadurch, dass sie
profil. Seit Anfang 2019 sind sie als Speiseöle oder nur an wenigen Stellen im Erbgut aufträten. «Bei
als Zutat im Müesliriegel im Handel. Entwickelt den herkömmlichen Verfahren werden vollkom-
wurden die Bohnen vom jungen Biotech-Unterneh- men ungerichtet unzählige Erbgutveränderungen
men Calyxt aus Minnesota (USA). Den Forschern ausgelöst», sagt Lucht. «Die Genome-Editing-Ver-
von Calyxt ist es gelungen, mithilfe von künstlich fahren sind viel gezielter und präziser. Sie führen
hergestellten Enzymen, sogenannten Genscheren, zu Veränderungen an nur wenigen Stellen im
gezielte Veränderungen an drei Genen der Pflanze Erbgut.»
vorzunehmen. In den USA kann diese Sojabohne Deshalb sei auch die Wahrscheinlichkeit, dass
ohne besondere Auflagen angebaut, verarbeitet unbeabsichtigte Effekte auftreten, geringer als bei
und vermarktet werden. In Europa hingegen gilt herkömmlichen Züchtungsverfahren. Es sei daher
sie als «gentechnisch verändert» und ist für den nicht zu erwarten, dass gen-editierte Pflanzen mit
Anbau und Handel nicht zugelassen. Wie ist die- grundsätzlichen Risiken behaftet seien, die über
ser fundamentale Unterschied zu erklären? diejenigen der herkömmlichen Züchtungen
hinausgingen.
«Es zählt das Resultat»
Gänzlich neuer Organismus?
«In Nordamerika werden bei Zulassungsverfah-
ren für Pflanzen primär deren Eigenschaften Zu einer ganz anderen Bewertung kommt Martina
sowie ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt Munz, Präsidentin der Schweizer Allianz Gentech-
bewertet», erklärt Jan Lucht vom Schweizer Wirt- frei (SAG): «Herkömmliche Mutagenese und Geno-
schaftsverband scienceindustries. «Der Züch- me Editing dürfen auf keinen Fall gleichgesetzt
tungsprozess und die dabei eingesetzten Techno- werden. Mit Genome Editing können gleichzeitig
logien spielen eine untergeordnete Rolle.» Es zähle mehrere Veränderungen in einer Zelle vorge-
also das Resultat und nicht der Weg dahin. Und nommen werden. Es lassen sich damit komplette
die gezielten, präzisen DNA-Doppelstrangbrüche, Gruppen von Genen, die ähnliche oder identische
die durch gerichtete Nukleasen wie CRISPR/Cas9 Strukturen haben, mit einem Schritt verändern. So
hervorgerufen werden, unterschieden sich nicht kann ein gänzlich neuer Organismus geschaffen
die umwelt 2 | 19DOSSIER GENTECHNOLOGIE 19
PFLANZENZÜCHTUNGSVERFAHREN
KREUZUNGSZÜCHTUNG
Ziel der Kreuzung ist es, Eigenschaften zweier Eltern in
Unerwünschte
Merkmale aus den Nachkommen zu vereinen. Dabei gelangen aber auch
Wildpflanze unerwünschte Gene beziehungsweise. Eigenschaften in
das Erbgut der Nachkommen. Die Züchter müssen des-
halb immer wieder die Nachkommen mit der Ausgangs-
kulturpflanze kreuzen (Rückkreuzung) und Pflanzen mit
Wildpflanze Kulturpflanze neue unerwünschten Eigenschaften ausselektionieren, bis nur
mit gewünschtem Kulturpflanze noch der gewünschte Abschnitt in der Linie enthalten ist.
Merkmal
KLASSISCHE MUTAGENESE
Als klassische Mutagenese bezeichnet man die
künstliche, ungezielte Erzeugung von Mutationen
im Erbgut der Pflanzen. Die Mutationen können
durch Chemikalien oder ionisierende Strahlen
ausgelöst werden. Der weitaus grösste Teil der
Mutationen ist für die Pflanze schädlich oder
sogar tödlich. Es entstehen aber auch interes-
sante neue Eigenschaften. Ausserdem erlaubt
neue der Ausfall von einzelnen Genen Rückschlüsse
Kulturpflanze auf deren Bedeutung und Funktionsweise.
Radioaktive Strahlen … lösen
oder Chemikalien … Mutationen aus.
TRANSGENESE (KLASSISCHE GENTECHNIK)
Als transgen (lat. trans = jenseitig) werden Pflanzen bezeichnet,
denen Gene von artfremden Organismen (z. B. Bakterien) gentech-
nisch übertragen wurden. Beim Gentransfer werden zuerst im Rea-
genzglas bestimmte DNA-Sequenzen zu einem Genkonstrukt kom-
biniert. Dieses wird dann an einer zufälligen Stelle im Genom des
Empfängerorganismus eingebaut. Dazu werden DNA-Fragmente
Gen aus anderen
Organismen
in Zellen injiziert, mit dem Ziel, diese ins eigene Erbgut einzubauen.
Die DNA-Fragmente werden direkt «eingeschossen» oder durch
einen Vektor (Mikroorganismen) in Zellen transferiert. Bei cisgenen
(lat. cis = diesseitig) Pflanzen stammt das übertragene Gen aus
Kulturpflanze Agro- Pflanzen- neue derselben Pflanzenart wie der Empfängerorganismus oder aus
bakterium zelle Kulturpflanze einer Art, mit der die Pflanze gekreuzt werden kann.
GENOME EDITING
Mit dem Begriff Genome Editing werden verschiedene molekular-
biologische Verfahren bezeichnet, mit denen gezielt Veränderungen
Suchen Schneiden Reparieren in DNA-Sequenzen vorgenommen werden. Die wichtigsten sind
die «programmierbaren Genscheren» (z. B. CRISPR/Cas, siehe
Box S. 9) und die Oligonukleotid-gesteuerte Mutagenese (OgM;
englisch ODM). Mit den neuen Verfahren werden einzelne Sequen-
zen des Genoms «umgeschrieben». Gemeinsam ist den Verfahren,
Kulturpflanze Kulturpflanze dass sie zellinterne Reparaturmechanismen nutzen, um gewünsch-
mit inaktivem/ mit aktivem Gen te Veränderungen am Genom hervorzubringen.
defektem Gen
die umwelt 2 | 19 Quelle: transgen.deSie können auch lesen
