Fragen des Jahres 2019

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Grundlagen

Ist das, was im Magen und Darm mit den von uns aufgenommenen Genen passiert, je nach Quelle der Gene (pflanzliche Ernährung, tierische Produkte) unterschiedlich? (Alyssa)

Bei der Verdauung wird die Nahrung in ihre Bestandteile aufgebrochen. Eine Studie vermutet, dass Nukleinsäuren (DNA, RNA) bereits im Magen von einem Enzym namens Pepsin degradiert werden. Pepsin ist vor allem dafür bekannt Proteine abzubauen. Im Darm sorgen andere Enzyme – die Endonukleasen, Phosphodiesterasen und Nukleosidphosphorylasen – dafür, dass die Nukleinsäuren zu kurzen Nukleotidketten und bis zu einzelnen Nukleotiden oder sogar zu Basen geschnitten werden. Manche dieser Abbauprodukte könnten von den Darmzellen aufgenommen und für die Synthese von Nukleinsäuren im Körper verwendet werden. Für die Verdauung spielt es keine Rolle, ob die Nukleinsäure aus einer tierischen oder einer pflanzlichen Zelle stammte.

Wie kann es sein, dass eine genetische Erkrankung nicht erblich ist? (Audrey & Eleonora)

Eine genetische Erkrankung wird durch eine Veränderung im Erbgut, also der DNA, verursacht. Solche Veränderungen können durch eine Mutation in einem Gen oder mehreren Genen, durch eine Kombination von Genmutationen und Umweltfaktoren oder durch eine Schädigung von ganzen Chromosomen verursacht werden.

Sehr viele Krankheiten haben eine genetische Komponente. Einige davon werden durch Mutationen verursacht, die von den Eltern geerbt wurden, wie zum Beispiel die Sichelzellanämie. Andere Krankheiten werden durch Mutationen verursacht, die während des Lebens einer Person auftreten. Solche Mutationen werden nicht von einem Elternteil geerbt, sondern treten zufällig oder aufgrund gewisser Umwelteinflüsse (wie Zigarettenrauch oder UV-Strahlung) auf. Dazu gehören viele Krebsarten. Meistens werden diese Erkrankungen nicht weitervererbt, weil die Mutationen in den Körperzellen und nicht in den Keimzellen passiert sind.

Was sind die Faktoren, die zur Bildung von Krebszellen führen? (Elsa)

Von Krebs spricht man, wenn sich Zellen unkontrolliert teilen und in benachbartes oder weiter entferntes Gewebe einwandern und Geschwulste (Tumoren) bilden. Dabei verdrängen und zerstören sie das umliegende Gewebe.

Warum Zellen sich plötzlich unkontrolliert vermehren und zu Krebszellen werden, kann an vielen verschiedenen Faktoren liegen, die zu einer Veränderung der DNA der Zelle führen. Beispiele dafür sind Sonneneinstrahlung, Chemikalien oder Rauchen.  Weitere Faktoren, die Krebs fördern können, sind eine falsche Ernährung, zu wenig Bewegung, Alkohol.
Manche Menschen haben ein höheres Risiko an Krebs zu erkranken, weil sie von ihren Eltern bereits Veränderungen des Erbguts übernommen haben. Auch der Zufall spielt eine Rolle: Bei einer Zellteilung – von denen zahlreiche im Körper stattfinden – kann es zu zufälligen Fehlern in der DNA kommen. Auch beim normalen Stoffwechsel entstehen Stoffe, die der DNA theoretisch schaden können. Bakterielle oder virale Infektionen können auch Krebs auslösen.
Es ist schwierig festzustellen, welcher Faktor schlussendlich den Krebs in einem Patienten ausgelöst hat. Ebenso erkrankt nicht jeder an Krebs, der Risikofaktoren ausgesetzt ist. Die Zellen besitzen verschiedene Reparatursysteme, mit denen sie DNA-Schäden reparieren können. Ausführlichere Informationen zur Entstehung von Krebs findest du hier.

Wie entstehen Viren überhaupt? Könnte man iher Existenz nicht mittels Gentechnologie verhindern? (Noëlle & Anna)

Viren sind im Prinzip DNA- oder RNA-Sequenzen, die nur die Information zur ihrer eigenen Vermehrung und Ausbreitung enthalten. Sie können sich nicht selber replizieren und sind auf den Stoffwechsel einer Wirtszelle angewiesen. Daher werden Viren nicht zu den Lebewesen gezählt.

Es gibt zurzeit drei verschiedene Theorien, wie Viren entstanden sind. Eine Theorie besagt, dass Viren unmittelbar aus RNA- oder DNA-Abschnitten der Wirtszelle entstanden sind. Eine weitere Theorie nimmt an, dass Viren aus freilebenden Organismen wie Bakterien entstanden sind, die so viel von ihrem Erbgut verloren haben, dass sie nur noch als Zellparasiten existieren und sich vermehren können (Regressionstheorie). Schliesslich erachtet man es als möglich, dass Viren aus den einfachsten Molekülen entstanden sind, die der Replikation fähig waren, und sich parallel zu ihren Wirtszellen entwickelt haben (Coevolution).

Bei eurer zweiten Frage sind wir nicht sicher, was ihr meint. Wollt ihr die Viren genetisch manipulieren, damit sie aussterben? Oder alle ihre Wirte, so dass die Viren sich nicht mehr fortpflanzen können? Beide Szenarien erscheinen unrealistisch. Wie ihr sicher wisst, sind Viren überall, nicht nur in der Umwelt, sondern auch in ihren Wirten. Es gibt Hunderttausende verschiedener Virenarten, von jeder Art gibt es unzählige "Individuen". Da sich Viren nicht sexuell fortpflanzen, ist es nicht möglich eine Änderung in ihrer Nukleinsäure auf diesem Weg zu verbreiten. Man müsste jedes einzelne Virus genetisch modifizieren. Das wäre praktisch unmöglich. Ausserdem sind Viren bekannt dafür, dass sie schnell mutieren können, eine Veränderung könnte also wieder umgangen werden. Ebenso wäre es unmöglich jeden Wirt zu verändern, also z. B. jeden einzelnen Menschen.

Die Forschung an Medikamenten gegen Viren konzentriert sich nicht auf die Nukleinsäure, sondern auf die Proteine, die aufgrund dieser genetischen Information vom Wirt produziert werden. Solche Medikamente versuchen eine virusspezifische biochemische Funktion zu stören z .B. die Synthese viraler Nukleinsäure oder den Zusammenbau der Viruskapsel.

Ist die Kontrolle der Gene nicht der Beginn der Zerstörung der natürlichen Genmutation, die die Evolution vom Affen zum Menschen ermöglichte? (Grégoire)

Mit Gentechnologie kann man gezielt das Erbgut verändern. Das ist aber zurzeit nur in somatischen Zellen erlaubt. Diese Körperzellen können nicht an die Nachkommen weitergegeben werden, d.h. die genetischen Änderungen betreffen nur diese eine Person, an welcher der Eingriff gemacht wurde. Genetische Eingriffe in Keimzellen, also in Eizellen bzw. Spermien sind sehr umstritten und in den meisten Ländern verboten, weil die Änderungen an die Nachkommen weitervererbt würden (Wenn Eizelle und Spermium miteinander verschmelzen, entsteht die Zygote, aus der dann alle Zellen eines Organismus entstehen. Das heisst, gibt es eine Veränderung in der Eizelle oder im Spermium, werden auch die Eizellen oder Spermien des später erwachsenen Menschen diese Veränderung in sich tragen und weitervererben können).  Bis vor kurzem war das auch technisch nicht möglich. Seit wenigen Jahren gibt es neue gentechnische Verfahren, mit denen solche Eingriffe (z. B. zur Heilung einer schweren Erbkrankheit) denkbar werden. Es gibt jedoch noch viel Diskussionsbedarf dazu, ob man das überhaupt machen sollte, und, falls ja, unter welchen Bedingungen.

Wenn man etwas weiter denkt, könnte man trotzdem sagen, dass die Evolution des Menschen nicht mehr ganz "natürlich" verläuft. Errungenschaften in der Medizin, wie Medikamente oder Diagnoseverfahren, die nichts mit Gentechnologie zu tun haben, greifen im Prinzip in die Evolution ein. Denn ohne diese würden viele Menschen an verschiedenen Erkrankungen sterben, bevor sie Nachkommen zeugen könnten. Ebenso interferiert die Fortpflanzungsmedizin (z. B. über die Präimplantationsdiagnostik oder die in vitro Fertilisation) mit der natürlichen Evolution.

Könnte ein pflanzliches Gen mit einem menschlichen gekreuzt werden? (Naomi & Louise)

Menschen und Pflanzen besitzen einige gemeinsame Gene, da sie von einem gemeinsamen (weit entfernten) Vorfahren stammen. Mit gentechnologischen Methoden könnte man ein Gen oder einen Genabschnitt in einer Pflanze durch das homologe menschliche Gen ersetzen. Technisch gesehen, wäre auch das Umgekehrte denkbar, dies wirft aber ethische Fragen auf. Ist es wünschenswert das menschliche Erbgut nach Belieben zu verändern? Umgekehrt gefragt: Was wäre der Grund menschliche Gene in eine Pflanze einzuführen?

Sind die Zellen unserer Füsse dieselben wie die Zellen unseres Kopfes? Was ist der Unterschied? (Angel)

Alle Zellen eines Organismus besitzen die gleiche DNA. Sie stammen aus einer einzigen Zelle, die sich bei der Befruchtung der Eizelle von der Spermienzelle bildet. Die ersten Zellen des Embryos sind identisch. Danach differenzieren sich die Zellen und erlangen die für das jeweilige Gewebe typische Form und Funktion. Bei der Differenzierung werden manche Gene exprimiert (aktiviert) und andere reprimiert (inaktiviert), so dass verschiedene Zelltypen entstehen (Knochenzellen, Muskelzellen, Nervenzellen ...). Die Knochenzellen in deinen Füssen sind gleich wie die Knochenzellen in deinem Schädel. Die Hautzellen sind fast gleich, mit Ausnahme der produzierten Haare, die am Kopf viel länger werden als an den Füssen!

Sind die Gene, die für Gewalt und Aggression verantwortlich sind, isoliert? (Claude)

Studien mit Zwillingen haben gezeigt, dass 50% der Variabilität im Verhalten auf genetischen Faktoren beruht, während die restlichen 50% auf Umwelteinflüsse zurückzuführen sind. Mit molekulargenetischen Methoden konnten einige Gene mit der Entfaltung von Aggression und gewalttätigem Verhalten assoziiert werden. Diese Gene kodieren für Proteine, die an Transport, Aufnahme und Abbau von Neurotransmittern, wie Dopamin, Serotonin und GABA, beteiligt sind. Neurotransmitter sind Proteine, die im Nervensystem als chemische Signale von Zelle zu Zelle übertragen werden.

Originalpublikation

 

Mensch & Medizin

Ist es möglich die Genetik des Menschen so zu manipulieren, dass sie durch Geschlechtsverkehr mit Tieren neue Lebewesen auf die Welt bringen können? (Besijana & Flora)

Ihr sprecht ein Thema an, das sowohl ethisch heikel als auch technisch schwierig ist. Wie ihr bestimmt wisst, sind Kreuzungen zwischen verschiedenen Tierarten in der Regel nicht möglich, da sie durch verschiedene Barrieren verhindert werden – einerseits im (Paarungs-)Verhalten, aber auch auf molekularer Ebene. Selbst wenn Geschlechtsverkehr zwischen zwei Arten möglich wäre, sind meistens die Eizellen und Spermien inkompatibel und die Chromosomenzahlen unterschiedlich (wie z. B. bei Mensch und Schimpanse), so dass das Erbgut der Eltern sich gar nicht zu einem funktionsfähigen Genom zusammensetzen kann.

Trotzdem entstehen in der Natur zwischen eng verwandten Tierarten gelegentlich Hybride, die oft steril, manchmal aber durchaus fortpflanzungsfähig sind. Die Anthropologen sind sich ziemlich sicher, dass in der Zeit vor 10-6 Mio. Jahren die Vorfahren der heutigen Menschen und die Vorfahren der heutigen Schimpansen miteinander Nachwuchs zeugten, und noch vor wenigen 10'000 Jahren gab es vermutlich Kreuzungen zwischen verschiedenen Menschen-Arten. Ihr könnt euch aber sicher vorstellen, warum es keine offiziellen Experimente und wissenschaftlichen Studien gibt, die untersuchen, ob Mensch und Schimpanse sich heute noch paaren könnten.
Es gibt (erfolgreiche) Versuche, Fruchtfliegen genetisch so zu verändern, dass sie sich nicht mehr mit dem Wildtyp kreuzen lassen und daher eine synthetische Art darstellen. Ausserdem wurden mit Hilfe der Genom-Editierung schon Mäuse mit zwei weiblichen Eltern-Genomen erzeugt (normalerweise können sich nur Embryonen mit einer Kombination von männlichen und weiblichen Genen entwickeln). Dies sind aber nur winzige Schritte in der Forschung an genetischen Reproduktionsbarrieren; eine genetische Veränderung von menschlichen Keimzellen, so dass sie erfolgreich mit tierischen kombiniert werden könnten, ist technisch noch in weiter Ferne und aus ethischen Gründen zurzeit undenkbar (und dabei sprechen wir erst von der Rekombination in vitro, nicht von tatsächlichem Geschlechtsverkehr zwischen Mensch und Tier).

NB: Bei den in den Medien manchmal beschriebenen "Kreuzungen" zwischen Mensch und Tier handelt es sich übrigens um Chimären, also Tier-Embryonen, denen menschliche Zellen eingepflanzt wurden. Dies sind also keine Hybride, die aus einer Eizelle mit menschlichen und tierischen Genen entstanden sind.

Bei Seesternen oder Echsen, wachsen die Beine und Arme immer wieder nach. Könnte es durch die Gentechnologie bei Menschen in Zukunft auch möglich sein, dass die Muskeln, Knochen und Gewebe selber nachwachsen? (Lea)

Die von dir angesprochene Regenerationsfähigkeit kommt im Tierreich vor allem bei wirbellosen Tieren (wie Seesternen) vor; bei den Wirbeltieren gehören Eidechsen zu den seltenen Beispielen. Ausserdem können nicht alle Tiere, bei denen abgetrennte Gliedmassen wieder nachwachsen, diese vollständig regenerieren – die nachgewachsenen Teile bleiben also beispielsweise kleiner oder sind nicht ganz funktionsfähig.

Das Thema ist aber natürlich in der Forschung von grossem Interesse. Die Stammzellen von Menschen (und anderen Säugetieren) verhalten sich anders als jene von Salamandern; sie können zwar beispielsweise Haut oder ein Organ wie die Leber regenerieren, aber nicht dazu angeregt werden, ganze Glieder nachwachsen zu lassen. Ausserdem funktionieren die Mechanismen der Regeneration bei verschiedenen Tieren ganz unterschiedlich, und vieles verstehen wir noch nicht: Welche Genprogramme müssen in den Zellen in welcher Reihenfolge angeschaltet werden, damit die Zellen sich richtig diversifizieren und in die gewünschte Form wachsen? Und würde so ein Genprogramm, das im Salamander funktioniert, bei menschlichen Zellen überhaupt dasselbe bewirken?
Man ist deshalb noch weit davon entfernt, die Regeneration von Gliedmassen beim Menschen durch eine Gentherapie auszulösen, und es ist noch nicht einmal theoretisch klar, ob dies überhaupt möglich wäre.

Wir gehen von folgender Hypothese aus: Im Mutterleib wird festgestellt, dass bei zweieiigen Zwillingen das eine Kind gesund, das andere unter Down-Syndrom leidet. Gäbe es heute eine Möglichkeit durch Gentechnik diese Krankheit zu heilen? (Liù)

Theoretisch könnte man das überzählige Chromosom 21 ausschalten. Tatsächlich wurde in einer Studie bei Zellen von Menschen mit Down-Syndrom das überzählige Chromosom mittels Gentechnik eliminiert, aber die Effizienz war nicht sehr gross. Das Gleiche in einem Fötus zu versuchen wäre eine Stufe schwieriger, da ein Fötus bereits aus sehr vielen Zellen besteht, in die alle das gentechnische Werkzeug eingeführt werden müsste. Man müsste also früher eingreifen, wenn der Embryo aus nur wenigen Zellen besteht. Solche Eingriffe sind aber grundsätzlich nicht erlaubt, da sie die Keimbahn betreffen würden. Das heisst, das Individuum könnte später diese genetische Veränderungen seinen Nachkommen vererben. Ausserdem ist es in diesem frühen Embryonalstadium noch gar nicht möglich zu erkennen, ob der Embryo Trisomie 21 trägt. Hinzu kommt, dass zumindest aktuell diese Methode das Risiko birgt, falsche Orte im Genom zu schädigen, was fatale Folgen haben könnte. Alternative Überlegungen sind beim geborenen Kind mit Down-Syndrom gentherapeutisch einzugreifen, um gesundheitliche Komplikationen, die das Down-Syndrom begleiten, zu lindern. Aber auch hier ist die Forschung noch weit davon entfernt.

Ist es möglich einem Menschen Fähigkeiten zu geben, indem man z.B. eine Stammzellentransplantation durchführt bzw. die Eizelle/Keimzelle zu modifizieren, sodass am Ende ein Mensch entsteht, der besonders gut in der Nacht sehen kann oder fliegen kann?

Könnte man ihm also Flügel wachsen lassen und den Körper klein halten? (Felix)

Nach heutigem Stand der Wissenschaft sind gentechnische Veränderungen in solchem Ausmass unmöglich. Eine Verbesserung der Nachtsichtfähigkeit könnte man sich allenfalls noch vorstellen: Wenn ein Gen-"Schalter" bekannt wäre, der einen ganz bestimmten Einfluss auf die Entwicklung des Auges hätte (also beispielsweise besonders viele oder besonders sensitive Stäbchen-Zellen hervorbringen würde), liesse sich dieser möglicherweise gezielt aktivieren oder aktiv halten. Voraussetzung dafür wäre aber, dass eine solche selektive Aktivierung dieses Schalters überhaupt möglich wäre und keine Nebenwirkungen hätte.

Die Entwicklung eines menschenähnlichen Wesens mit flügelartigen Gliedern, die tatsächlich zum Fliegen genutzt werden können, ist noch viel unwahrscheinlicher. Viel zu viele Faktoren spielen dabei mit und müssten alle manipuliert und aufeinander abgestimmt werden: Körpergewicht, Grösse und Festigkeit der Tragflächen, Muskulatur, sowie die Nervenbahnen für Reizweiterleitung und Steuerung der Flugmotorik. Stell dir vor, wie viele verschiedene Genprogramme in den Zellen dafür in der richtigen Reihenfolge an- und abgeschaltet werden müssten, damit sich die Zellen dementsprechend diversifizieren und in die gewünschte Form wachsen!
Eine fast unüberschaubare Zahl von Wachstums- und Regulations-Faktoren müsste zum richtigen Zeitpunkt in der Entwicklung des Embryos ein- und ausgeschaltet werden. Abgesehen davon, dass dazu die natürliche Entwicklung der Gliedmassen noch viel genauer erforscht werden müsste, ist auch sehr fraglich, ob z. B. die für das Flügelwachstum notwendigen Gene überhaupt gentechnisch auf ein anderes Tier transferiert werden könnten.

Ist die sexuelle Orientierung in der DNA kodiert? Falls ja, könnte man sie mit gentechnologischen Methoden beeinflussen? (Nicklas & Lucie)

Zur sexuellen Orientierung des Menschen ist schon sehr viel geforscht worden. Die Theorie, dass sich Abweichungen von der heterosexuellen Norm auf psychosoziale Faktoren zurückführen lassen (Missbrauchserlebnisse, Kindheitstraumas, familiäre Prägungen etc.), konnte nicht bestätigt werden. Deshalb sucht man heute nach biologischen Einflüssen auf die sexuelle Orientierung, denn es gibt überzeugende Hinweise darauf, dass die spätere Ausprägung der Sexualität bereits bei der Geburt festgelegt ist. Tatsächlich fand man beim Rückblick auf mehrere gross angelegte Studien:

  • Bestimmte Genregionen scheinen sich bei homosexuellen und heterosexuellen Männern tendenziell zu unterscheiden
  • Gewisse Einflüsse im Mutterleib (ungewöhnlich hohe oder niedrige Hormonspiegel, Immunreaktionen der Mutter) haben vermutlich einen Zusammenhang mit der späteren sexuellen Orientierung des Kindes
  • Auch epigenetische Einflüsse könnten Auswirkungen auf die sexuelle Orientierung haben

Interessanterweise sind diese Unterschiede aber oft nur zwischen hetero- und homosexuellen Männern (und nicht bei Frauen) zu finden oder sind bei Männern viel deutlicher ausgeprägt. Auch lässt sich keine der untersuchten Auffälligkeiten bei allen homosexuellen Menschen feststellen, und umgekehrt führt ein bestimmter genetischer oder hormoneller Einfluss nicht in jedem Fall zu derselben sexuellen Orientierung. Das heisst, für keinen Faktor gibt es einen nachgewiesenen kausalen Zusammenhang mit der sexuellen Orientierung.

Nach heutigem Wissensstand gibt es also eine grosse Zahl von Einflüssen, die etwas damit zu tun haben könnten, welche sexuelle Orientierung sich bei einer Person ausprägt. Es ist deshalb höchst unwahrscheinlich, dass eine definierte genetische Modifikation bei einem Embryo die spätere sexuelle Orientierung beeinflussen könnte.
(Dass dies auch ethisch ein äusserst fragwürdiges Unterfangen wäre, ist Stoff für eine weitere Diskussion.)

Ist es möglich und/oder erlaubt, ein Gen zu nehmen, das Krebs hat und es mit einem veränderten Gen zu vertauschen, um Krebs zu stoppen? (Megan & Remi)

In der Medizin gibt es Verfahren, die auf Gentechnik beruhen und die beim Menschen angewendet (oder zurzeit erprobt) werden. Man fasst diese unter dem Begriff "Gentherapie" zusammen. Es können auf diese Weise genetisch bedingte Krankheiten behandelt werden, die auf genau definierten defekten Genen in einem bestimmten Typ von Körperzellen beruhen. Eine Methode (ex vivo) ist es dem Patienten Zellen von diesem Typ zu entnehmen, ausserhalb des Körpers gentechnisch so zu verändert, dass sie "gesunde" Kopien der betroffenen Gene tragen, und dem Patienten wieder einzuspritzen. Die Zellen sollen sich dann im Körper idealerweise vermehren und nach und nach die Zellen mit dem defekten Gen verdrängen. Eine andere Methode (in vivo) tauscht fehlende oder defekte Gene durch eine korrekte Genversion direkt im Körper aus.

Zurzeit sind nur wenige Gentherapien zugelassen. Betreffend Krebs sind aktuell zwei Therapien so weit fortgeschritten, dass sie bei Menschen angewandt werden können, um bestimmte Blutkrebsarten zu behandeln. Man spricht dabei von "Zelltherapien" oder "Immuntherapien". Dafür werden Immunzellen, sogenannte T-Zellen, aus dem Blut des Patienten isoliert. Ein künstliches Gen (CAR) wird in die T-Zellen eingeführt, woraufhin sie das CAR-Protein auf ihrer Oberfläche bilden. Diese CAR-T- Zellen werden in den Körper des Patienten zurückgeführt. Nun können die CAR-T-Zellen mittels des CAR-Proteins spezifische Strukturen auf Krebszellen erkennen und die Zerstörung der Krebszellen einleiten. CAR-T-Zellen gelten als Durchbruch in der Krebstherapie und könnten zur Entwicklung weiterer Therapien gegen Krebserkrankungen führen. Die Methode kann aber starke Nebenwirkungen hervorrufen, weshalb die Patienten weitere Medikamente einnehmen müssen, ist sehr aufwendig und entsprechend teuer. Diskussionen über Risiken und Nutzen und die Finanzierbarkeit solcher Therapien sind deshalb unerlässlich.

Die oben beschriebenen Therapien richten sich nur indirekt gegen die Krebszellen. Nicht sie, sondern die T-Zellen werden genetisch verändert. Es gibt aber auch Methoden, bei denen die Krebszellen direkt verändert werden. So kann zum Beispiel ein fremdes Gen in die Krebszellen eingeführt werden, welches zur Produktion von für die Zellen toxischen Molekülen führt. Andere Ansätze versuchen Krebsmutationen zu korrigieren oder die Krebszellen empfindlich gegen Krebsmedikamente zu machen. Alle diese Ansätze sind aber noch nicht soweit ausgereift, dass sie zur Behandlung von Menschen zugelassen wären.

 

Tiere

Wäre es rein theoretisch möglich einen Komodowaran genetisch so zu modifizieren, dass er Flügel bekommt und so zum Drachen wird? Natürlich würde dieser dann wahrscheinlich nicht fliegen können. Falls möglich, wann wird man so weit sein? (Keve)

Diese Frage hat schon viele beschäftigt, Wissenschaftler wie auch Nicht-Wissenschafter. Im Jahr 2015 war sie Thema eines Fachartikels im American Journal of Bioethics, und die beiden Autoren betrachten sie zwar als nicht ganz ernst gemeintes Gedankenspiel, aber durchaus eines, das man einmal durchgehen sollte. Es dürfte physikalisch unmöglich sein, ein feuerspeiendes Wesen zu erschaffen; und genau wie du können auch wir uns nicht vorstellen, dass ein transgenes Tier mit flügelartigen Gliedern diese tatsächlich zum Fliegen nutzen könnte. Denn da spielen einfach zu viele Faktoren mit – Körpergewicht, Grösse und Festigkeit der Tragflächen, Muskulatur, sowie die Nervenbahnen für Reizweiterleitung und Steuerung der Flugmotorik.

Aber könnte man einer Echse "nur" die Gene für ein Paar flügelartige Körper-Anhänge einbauen? Bereits dies wäre eine riesige Aufgabe, denn dies würde eine fast unüberschaubare Menge von Wachstums- und Regulations-Faktoren involvieren, die alle zum richtigen Zeitpunkt in der Entwicklung des Embryos ein- und ausgeschaltet werden müssten. Abgesehen davon, dass dazu die natürliche Entwicklung der Gliedmassen bei den betreffenden Tierarten noch viel genauer erforscht werden müsste, ist auch sehr fraglich, ob alle dazu notwendigen Gene überhaupt gentechnisch auf ein anderes Tier transferiert werden könnten. Selbst die beiden Autoren des Fachartikels und Kenner dieses Feldes mochten sich nicht dazu äussern, wie schnell die wissenschaftliche Entwicklung vorwärts gehen könnte, um solche Ideen überhaupt technisch in den Bereich des Möglichen zu rücken.

Haben transgene Mäuse eine weniger hohe Lebensdauer oder sind sie allgemein anfälliger für Krankheiten, da sie ja genetisch gesehen anders sind als die anderen Mäuse? (Miria)

Oft werden gentechnisch veränderte Mäuse in der Forschung eingesetzt, um bestimmte physiologische Mechanismen oder die Entstehung und Entwicklung von Krankheiten zu studieren. Als "Mausmodell" bezeichnet man dabei Familien von genetisch identischen Mäusen, welche sich genau für den betreffenden Forschungszweck eignen: In der Krebsforschung werden also Mausmodelle verwendet, die besonders rasch eine bestimmte Krebsart bekommen. Bei anderen Studien braucht man Mausmodelle, bei denen eine bestimmte Funktion des Organismus ausgeschaltet ist ("Knockout-Mäuse"), damit man die Auswirkungen dieser genetischen Veränderung untersuchen kann. All diese Mäuse sind definitionsgemäss leider keineswegs gesund oder langlebig, denn sie wurden gezielt als Krankheitsmodell gezüchtet.

Auch in Zeiten vor der Gentechnologie wurde schon mit genetisch (fast) identischen Mauslinien gearbeitet, die durch Inzucht über viele Generationen herausgezüchtet wurden. Ein Extremfall von Krankheitsanfälligkeit sind die immundefizienten Nacktmäuse, die kein funktionierendes Immunsystem haben und deshalb nur unter sterilen Bedingungen gehalten werden können. Auch andere Mausmodelle (gentechnisch verändert oder nicht) sind sicherlich weniger resistent als vergleichbare Wildtyp-Mäuse und hätten in natürlicher Umgebung schlechtere Überlebenschancen, einfach weil der natürliche Mechanismus von Selektion und Anpassung an Umweltbedingungen (inkl. Parasiten und Krankheitserreger) im Labor ausgeschaltet wurde.

Hingegen gibt es auch Versuche, mit Gentherapie gezielt in den Alterungsprozess von Mäusen einzugreifen und so ihr Leben zu verlängern. Bei anderen Studien werden nur minimale Veränderungen am Genom vorgenommen oder solche, die keinen Einfluss auf Krankheitsanfälligkeit und Lebensdauer haben. Ob die Tiere also anfälliger oder weniger vital werden, hängt also sehr davon ab, mit welchem Ziel gentechnische Methoden angewendet werden und wie tiefgreifend die Veränderungen im Organismus sind.

Anscheinend ist ja die Gentechnologie an Tieren eher fragwürdig, mit vielen Problemen verbunden, nicht wirklich effizient und fehleranfällig. Wie kann es also sein, dass es dennoch in den USA gentechnisch veränderte Lachse gibt, es aber bei anderen (Nutz-

Anscheinend ist ja die Gentechnologie an Tieren eher fragwürdig, mit vielen Problemen verbunden, nicht wirklich effizient und fehleranfällig. Wie kann es also sein, dass es dennoch in den USA gentechnisch veränderte Lachse gibt, es aber bei anderen (Nutz-)Tieren nicht wirklich in Frage kommt? (Michelle)

gentechnisch veränderte Mäuse-Stämme werden in der Forschung schon seit langem im grossen Stil eingesetzt, und auch die Geschichte des gentechnisch veränderten Lachses geht bis 1989 zurück. Tatsächlich aber waren gentechnische Methoden zur "Optimierung" von grossen Nutztieren lange Zeit nicht wirklich erfolgversprechend. Wie du richtig sagst, waren sie äusserst aufwendig und führten oft nicht zu fortpflanzungsfähigen Tieren mit den gewünschten Veränderungen. Dies könnte sich jedoch in den nächsten Jahren ändern: Die neuen Methoden des Genome Editing, z. B. mit Hilfe des Crispr/Cas-Systems, sind viel genauer, kontrollierbarer und kostengünstiger und könnten rascher zur Entwicklung von gentechnisch veränderten Nutztieren führen: Geforscht wird z. B. an hornlosen Kühen, virusresistenten Schweinen und Hühnern, oder Schweinen, deren Fleisch auch ohne Kastration keine unangenehmen Duftstoffe bildet. Vielleicht kennst du die Website "transparenzGentechnik" – sie bietet einen guten Überblick über dieses Thema: https://www.transgen.de/tiere/670.gentechnik-tieren-stand.html

Zumindest in Europa ist jedoch die Akzeptanz der Konsumentinnen und Konsumenten für gentechnisch veränderte Nahrungsmittel generell schlecht. Damit sind wir auch beim Thema der Fragwürdigkeit: Ob und bei welchen Organismen man Gentechnologie als fragwürdig empfindet, ist eine Sache der persönlichen Einstellung und kulturellen Prägung ... Aufgrund des hierzulande oft geäusserten Misstrauens gegenüber gentechnisch veränderten Organismen ist nicht zu erwarten, dass die geltenden strengen Regelungen und Verbote in diesem Bereich in nächster Zeit gelockert werden. Dies macht die aufwendige Züchtung und Vermarktung von gentechnisch veränderten Tieren zurzeit wenig interessant, weil sie unwirtschaftlich wäre.

 

Ernährung

Unter welchen Voraussetzungen werden Nahrungsmittel, die gentechnisch verändert wurden, auf dem Markt zugelassen? Gibt es dabei Unterschiede unter den verschiedenen Ländern? (Giulia & Sophie)

In den meisten Ländern, auch in der Schweiz, ist eine Zulassung erforderlich, wenn gentechnisch veränderte Pflanzen als Lebens- oder Futtermittel auf den Markt kommen, auch wenn diese aus dem Ausland importiert werden. Auch für Zusatz- und Hilfsstoffe, die mit Hilfe von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) hergestellt werden (z. B. Vitamine, Enzyme, Aminosäuren) ist in der Regel eine Bewilligung erforderlich. Zuständig dafür ist bei uns das Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen BLV in Bern. Das Bewilligungsverfahren ist in der Verordnung über gentechnisch veränderte Lebensmittel geregelt.

Die Hersteller müssen dem BLV eine sehr umfangreiche Liste von Informationen zustellen, damit die Behörde das Gentechnik-Produkt beurteilen kann. Dazu gehören die Eigenschaften des GVO selber, die Eigenschaften der Spender- und Empfängerorganismen, und Informationen, um die Sicherheit zu beurteilen. Das BLV berät sich dabei auch mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und dem Bundesamt für Landwirtschaft (BLW). Falls erforderlich werden weitere Informationen oder experimentelle Daten angefordert. Das BLV erteilt die Bewilligung nur, wenn nach dem Stand der Wissenschaft eine Gefährdung von Gesundheit und Umwelt ausgeschlossen werden kann. Nach der Erteilung einer Bewilligung müssen die Hersteller dem BLV regelmässig zeigen, dass sich die Eigenschaften des bewilligten Lebensmittels nicht verändert haben. Die Bewilligung ist auf zehn Jahre befristet. Das Erzeugnis wird überwacht. Eine Bewilligung kann bei begründetem Verdacht auf Gefährdung der Gesundheit oder der Umwelt widerrufen werden (Einzelheiten auf der BLV Website).

In der Schweiz sind zurzeit eine gentechnisch veränderte Sojalinie, drei Maislinien, zwei mit Hilfe der Gentechnik hergestellte Vitamine, zwei Labfermente und zwei Verarbeitungshilfsstoffe zur Verwendung in Lebensmitteln bewilligt, die genaue Liste findet Ihr hier. Alle Lebensmittel, die direkt aus gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden (z. B. aus insektenresistentem Bt-Mais) müssen entsprechend mit einem Hinweis gekennzeichnet werden (weitere Informationen zur Kennzeichnung hier).

Das Zulassungsverfahren in der EU ist politisch komplizierter, weil hier eine gemeinsame Zulassung für alle 28 Mitgliedsstaaten erfolgt. Die Grundlagen der Bewertung und die einzureichenden Informationen sind ähnlich wie in der Schweiz. Der Antrag wird zunächst bei einem einzelnen EU Mitgliedsstaat gestellt, der den Antrag dann an die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit EFSA weiterleitet. Dort erfolgt die Sicherheitsbeurteilung. Aufgrund der Empfehlung der EFSA entscheiden dann die EU Mitgliedsstaaten über die Zulassung eines GVO Lebensmittels (Einzelheiten siehe hier). Die Anforderungen an den Zulassungsantrag liegen in der EU sogar noch etwas höher als in der Schweiz. So sind dort seit 2013 umfangreiche Tierversuche zwingend vorgeschrieben, um die Sicherheit neuer GVO Lebensmittel zu belegen. Dabei werden tausende von Tieren untersucht und danach getötet, ohne das sich bisher auch nur ein einziges Mal ein Hinweis auf eine Gesundheitsgefährdung durch ein GVO Lebensmittel ergeben hätte. Gentechnik-Experten und Tierschützer zweifeln daher daran, dass diese pauschale EU-Vorschrift für alle GVO sinnvoll ist. In Einzelfällen, wenn die Zusammensetzung der neuen GVO-Lebensmittel deutlich verändert ist und eine nachteilige Gesundheits-Auswirkung denkbar ist, wurden auch schon früher von den Herstellern freiwillig Tierversuche durchgeführt – auch die Behörden in der Schweiz würden in diesem Fall solche Versuche fordern. In der EU sind viel mehr gentechnisch veränderte Pflanzen als in der Schweiz zugelassen (Datenbank).

Auch die meisten anderen Länder auf der Welt haben Zulassungsverfahren für GVO Lebens- und Futtermittel, deren Ziel es ist die Sicherheit für Mensch, Tier und Umwelt zu gewährleisten. Dabei gibt es aber interessante Unterschiede: In Europa (Schweiz und EU) spielt der Herstellungsprozess eines Lebensmittels eine zentrale Rolle. Als die Zulassungs-Vorschriften für Gentechnik-Produkte vor über einem Viertel Jahrhundert ausgearbeitet wurden, galt Gentechnik als neues Verfahren, das man noch nicht so recht einschätzen konnte. Daher gelten für Gentechnik-Produkte viel strengere Zulassungs-Auflagen als für herkömmliche Produkte, obwohl es keinen Beleg dafür gibt, dass diese grundsätzlich riskanter sind («prozess-orientiertes Zulassungsverfahren»). Für Produkte klassischer Züchtungsverfahren – dazu gehört die Behandlung von Pflanzen mit radioaktiver Strahlung oder erbgutverändernden Chemikalien – gibt es in Europa kein spezielles Zulassungsverfahren, obwohl diese Behandlungen zu weitreichenden und unvorhergesehenen Veränderungen führen können.

In den USA schaut man weniger auf den Herstellungsprozess, als vielmehr auf die tatsächlichen Eigenschaften des Produkts («produkt-orientiertes Zulassungsverfahren»). Ein GVO-Produkt, dass sich von seiner Zusammensetzung her kaum von einem konventionellen Produkt unterscheidet, erhält relativ leicht eine Zulassung, während bei tatsächlich veränderten Produkten die Zulassungsanforderungen mindestens so streng sind wie in Europa. Viele Wissenschaftler sagen, dass ein «produkt-orientiertes Zulassungsverfahren» für die Lebensmittelsicherheit eigentlich logischer und sinnvoller ist, da es sich an den tatsächlichen Eigenschaften des Lebensmittels orientiert.

Wird Gentechnik oft an Nahrungsmitteln angewendet? Kann dies Folgen mit sich ziehen? Sind gentechnisch veränderte Nahrungsmittel allgegenwärtig? Sind sie gekennzeichnet? (Nic & Oli)

Tatsächlich spielt die Gentechnik weltweit bei der Herstellung von Lebensmitteln schon seit Jahrzehnten eine immer wichtigere Rolle. Auf etwa 13% der weltweiten Ackerfläche werden gentechnisch veränderte Nutzpflanzen angebaut, viele davon dienen als Nahrungs- oder Futtermittel. Auch werden immer mehr Nahrungsmittel-Zusätze, wie z. B. Vitamine, nicht mehr chemisch hergestellt, sondern mit Hilfe der Biotechnologie, oft auch mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen. Schliesslich werden bei der Verarbeitung von Lebensmitteln oft Enzyme eingesetzt – das sind Eiweisse, die in winzigen Mengen bestimmte chemische Reaktionen ermöglichen oder beschleunigen. Mit dem Enzym Chymosin zum Beispiel kann Milch bei der Käseherstellung zum Stocken gebracht werden – traditionell wird dafür ein Extrakt aus den Mägen von geschlachteten Kälbern verwendet. Oder bei der Fruchtsaftgewinnung können Cellulasen die Zellwände der Früchte aufweichen. Dadurch wird die Saftausbeute gesteigert, und es fällt weniger Lebensmittel-Abfall als Pressrückstand an. Enzyme werden oft mit Hilfe der Gentechnik hergestellt, da so die Produktion gesteigert werden kann und die Eigenschaften massgeschneidert werden können. Die Produktion von Zusatzstoffen (wie Vitaminen, Aminosäuren etc.) oder Hilfsstoffen (z. B. Enzyme) mit Hilfe von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) findet dabei im geschlossenen System statt, die Organismen werden vom Endprodukt abgetrennt und gelangen so nicht in die Umwelt. Die Produkte selber sind nicht gentechnisch verändert, und in vielen Fällen identisch mit Substanzen, die auch in der Natur vorkommen.

Bevor gentechnisch veränderte Pflanzen oder Zusatz- und Hilfsstoffe, die mit Hilfe von gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden, auf den Markt kommen, ist in den meisten Ländern (auch in der Schweiz) ein Zulassungsverfahren erforderlich. Dabei wird streng durch die Behörden geprüft, ob die Lebensmittel irgendwelche nachteiligen Wirkungen haben können – in dem Fall gibt es keine Zulassung. Es wird oft gesagt, dass gentechnisch hergestellte Lebensmittel die am besten untersuchten und kontrollierten Lebensmittel überhaupt sind – nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit konnten bisher nie beobachtet werden.

In der Schweiz sind zurzeit eine gentechnisch veränderte Sojalinie, drei Maislinien, zwei mit Hilfe der Gentechnik hergestellte Vitamine, zwei Labfermente und zwei Verarbeitungshilfsstoffe zur Verwendung in Lebensmitteln bewilligt, die genaue Liste findet Ihr hier. Alle Lebensmittel, die direkt aus gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden (z. B. aus insektenresistentem Bt-Mais) müssen entsprechend mit einem Hinweis gekennzeichnet werden (weitere Informationen zur Kennzeichnung hier). Obwohl in der Schweiz mehrere solcher Lebensmittel zugelassen sind, finden sie sich nicht in den Geschäften, da man davon ausgeht dass die Konsumenten in der Schweiz der Gentechnik gegenüber skeptisch eingestellt sind. Die Zusatz- und Hilfsstoffe, die mit, aber nicht aus gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden, müssen zwar zugelassen, aber nicht gekennzeichnet werden, da sie nicht selber gentechnisch verändert sind.

In der Schweiz sind viele Futtermittel aus gentechnisch veränderten Pflanzen zugelassen. Diese müssten aus dem Ausland importiert werden, da in der Schweiz kein GVO-Anbau erlaubt ist. Werden Tiere z. B. mit gentechnisch veränderten Sojabohnen gefüttert, müssten die tierischen Produkte (Fleisch, Milch, Eier) nicht speziell gekennzeichnet werden, da die Produkte selber nicht gentechnisch verändert werden. In der Praxis werden in der Schweiz aber keine gentechnisch veränderten Futterpflanzen eingesetzt, da man davon ausgeht, dass die Konsumenten diese ablehnen. GVO-freie Futtermittel sind beim Import deutlich teurer, auf dem Weltmarkt sind GVO-Futtermittel inzwischen zum Standard geworden. So entstehen für die Landwirtschaft in der Schweiz erhebliche Mehrkosten (ca. 20 – 50 Mio. SFr. pro Jahr), was sich dann auch auf die Lebensmittelpreise bei uns auswirkt.

In den meisten EU-Ländern werden gentechnisch veränderte Futterpflanzen verbreitet eingesetzt. Auch sind dort viel mehr gentechnisch veränderte Pflanzen als Lebensmittel zugelassen, und viel mehr Zusatz- und Hilfsstoffe als in der Schweiz. Bei der deutschen Website transgen.de gibt es eine Datenbank mit den in der EU zugelassenen gentechnisch veränderten Pflanzen, und eine gute Übersicht zum Thema Gentechnik und Lebensmittel. Auch in der EU gibt es eine strenge Kennzeichnungspflicht für GVO-Lebensmittel – und praktisch keine gekennzeichneten Lebensmittel im Handel, trotz Zulassung. Trotzdem gibt es viele "unsichtbare" Anwendungen der Gentechnik bei Lebensmitteln: es wird geschätzt, dass bei etwa 70% der Lebensmittel in Deutschland Gentechnik bei der Herstellung beteiligt ist (siehe Grafik und Text in der rechten Spalte der Seite). Diese "unsichtbaren" Gentechnik-Anwendungen ohne Kennzeichnungspflicht finden sich auch oft in Import-Produkten auf dem Schweizer Markt.

Nochmal kurz zusammengefasst: In vielen Ländern weltweit wird Gentechnik bei der Nahrungsmittelproduktion verbreitet eingesetzt, auch in Europa. In der EU und in der Schweiz gibt es zwar so gut wie keine GVO-gekennzeichneten Lebensmittel, aber viele bei denen nicht-kennzeichnungspflichtige Anwendungen der Gentechnik eine Rolle spielen – entweder als Zusatzstoff (Vitamine), Hilfsstoff (Enzyme), oder bei der Tierernährung (fast alle Futtermittel enthalten Vitamine und Enzyme, die mit Hilfe der Gentechnik produziert wurden). In diesen Fällen sind die Nahrungsmittel selber aber nicht gentechnisch verändert, auch wenn Gentechnologie bei ihrer Produktion eingesetzt wurde. Man kann davon ausgehen, dass Anwendungen der Gentechnik im Alltag in den nächsten Jahren weiter zunehmen, da es immer mehr neue Anwendungsbereiche gibt.

 

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Dieser Inhalt stammt von der ehemaligen Website gene-abc.ch, die im Jahr 2016 in die Website SimplyScience.ch integriert wurde. Das Gene ABC war eine Initiative des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und wird seit 2016 von der SimplyScience Stiftung weitergeführt.