Wie GVO die Zivilisation retten können (und wahrscheinlich schon haben)

Ein Gastbeitrag von Dr. Michael Eisen, Ph.D., Professor für Molekular- und Zellbiologie an der UC Berkeley

Eine lange Geschichte der genetischen Veränderung

Der Mensch begann vor Tausenden von Jahren, essbare Körner, Früchte und Wurzeln zu sammeln und anzubauen und wilde Tiere für Fleisch, Milch und materielle Güter zu sammeln. Seitdem formen wir diese Pflanzen und Tiere nach unseren Bedürfnissen und Wünschen. Vergleichen Sie Mais mit seinem Vorfahren, Teosinte, Vieh mit den Auerochsen, aus denen sie stammen - oder mit anderen Kulturen und Tieren, auf die wir uns verlassen, und Sie werden die bemerkenswerte Geschichte der menschlichen Landwirtschaft und die transformative Kraft der künstlichen Landwirtschaft finden Auswahl.

Der Erfolg unserer Vorfahren bei der Schaffung des modernen Füllhorns domestizierter Pflanzen und Tiere ist umso bemerkenswerter, als sie kaum verstanden haben, woher neue Merkmale kommen oder wie sie von einer Generation zur nächsten übergehen. Sie wussten nicht, dass jedes Merkmal, das sie bevorzugten, durch eine oder mehrere zufällige Veränderungen - Mutationen - des genetischen Codes einer Art entstanden war, die von den Eltern in Form von DNA an ihre Nachkommen weitergegeben wurden.

Unsichtbar für die Landwirte, Hirten, Bäcker und Brauer, deren Handlungen die Art und Weise, wie domestizierte Pflanzen und Tiere aussehen, schmecken, wachsen und sich verhalten, dramatisch verändert haben, haben Tausende von Jahren künstlicher Selektion das Erbgut dieser Arten noch erstaunlicher verändert. Bis zu Millionen einzelner Änderungen in den Buchstaben des genetischen Codes - zusammen mit Gewinnen, Verlusten, Duplikationen und Reorganisationen einzelner Gene und manchmal großen Änderungen in der Struktur ganzer Chromosomen - trennen jetzt die domestizierten Pflanzen und Nutztiere, auf die wir uns für Lebensmittel verlassen von ihren Vorfahren. Das Eingreifen des Menschen hat den Verlauf der Evolution so verändert, dass Biologen viele domestizierte Organismen als völlig neue Arten unserer eigenen Schöpfung betrachten.

So wie die Geschichte der Menschheit die Geschichte der Landwirtschaft ist, ist es auch die Geschichte der genetischen Veränderung von Pflanzen, Tieren und Mikroben - die es der Menschheit ermöglichte, die unzähligen Hindernisse zu überwinden, mit denen sie im Laufe der Jahrtausende konfrontiert waren. Man kann mit Sicherheit sagen, dass es ohne systemische genetische Veränderung von Kulturpflanzen und Vieh keine Zivilisation geben würde.

Die Menschheit steht nun vor neuen und gewaltigen Herausforderungen, wobei die Landwirtschaft erneut im Mittelpunkt steht. Wir müssen eine wachsende Bevölkerung ernähren, aber die Landwirte und ihre Pflanzen haben Schwierigkeiten, sich an wärmere Temperaturen und veränderte Wetterbedingungen anzupassen. Und Vieh, eine Säule unseres Nahrungsmittelsystems seit Jahrtausenden, ist einer der Hauptverursacher des Klimawandels, der Wasserknappheit, des Verlusts der biologischen Vielfalt sowie der massiven Verschlechterung und Zerstörung von Wäldern und anderen Ökosystemen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, müssen wir alle uns zur Verfügung stehenden technologischen Werkzeuge einsetzen. Dies beinhaltet unser erheblich verbessertes Verständnis der Vererbungsmechanismen und der molekularen Basis für Merkmale, die uns interessieren, sowie leistungsstarke neue Werkzeuge, mit denen wir DNA modifizieren können, um bestimmte wertvolle Merkmale zu generieren, anstatt darauf zu warten, dass sie zufällig geliefert werden Winde der Mutation.

Der Prozess der genetischen Veränderung, der für den Fortschritt in der Landwirtschaft im Laufe der Geschichte von zentraler Bedeutung ist, ist jedoch umstritten. Als Genetiker, der in meiner Forschung täglich moderne Werkzeuge zur Modifizierung von DNA verwendet und über diese Methoden und die damit verbundenen Probleme lehrt, mache ich mir Sorgen, dass fehlgeleitete Befürchtungen hinsichtlich ihrer Verwendung in der Landwirtschaft unsere Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels und der Ernährung behindern werden Unsicherheit und die Verschlechterung unserer natürlichen Umwelt.

Von der zufälligen zur kontrollierten genetischen Veränderung

Die Schaffung neuer Genome durch gezielte selektive Züchtung ist ein altes menschliches Unterfangen, aber die jüngsten Fortschritte in der Molekularbiologie haben den Prozess präziser, fokussierter, vorhersehbarer, effektiver und sicherer gemacht.

Erstens müssen wir uns nicht mehr auf zufällige Mutationen (das Produkt von Fehlern, die beim Kopieren und Übertragen von genetischem Material zwischen Generationen auftreten) als Quelle für nützliche neue Merkmale verlassen. Stattdessen können wir Genome auf die gleiche Weise bearbeiten, wie Sie ein Textverarbeitungsprogramm verwenden, die DNA buchstabenweise optimieren oder mehr oder weniger nach Belieben innerhalb oder zwischen Arten ausschneiden, kopieren und einfügen.

Zweitens können wir mit unserem immer besseren Verständnis der genetischen Basis für wichtige Merkmale bei Pflanzen und Tieren und leistungsstarken Instrumenten zum Verständnis der Folgen von Veränderungen sowohl auf molekularer als auch auf physiologischer Ebene mit den von uns vorgenommenen Modifikationen tatsächlich viel konservativer und präziser umgehen vorstellen.

Kritiker der Gentechnik stellen zeitgenössische Agrarwissenschaftler als Gott dar, der auf gefährliche Weise mit der Natur spielt und unbekannte Konsequenzen hat. In Wirklichkeit zeigt das Maß an Kontrolle, das uns diese neuen Tools geben, dass es unsere Vorfahren waren, die ein unvorhersehbares genetisches Roulette spielten. Jedes Mal, wenn Landwirte und Viehzüchter von früher eine Pflanze oder ein Tier aus domestizierten Beständen züchteten oder sie mit wilden Sorten kreuzten, schufen sie ein Genom, das für den Planeten völlig neu war. Diese zufällig erzeugten GVO unterschieden sich von denen, die ihnen vorausgingen, in weitaus größerer Weise und mit weitaus weniger vorhersehbaren Folgen als diejenigen, die durch moderne, absichtliche Gentechnik erzeugt wurden. Anschließend führten sie die Ergebnisse dieser unkontrollierten genetischen Experimente in die Lebensmittelversorgung ein, blind für die Folgen und ohne Aufsicht.

Im Gegensatz dazu sind die heutigen gentechnisch veränderten Organismen unglaublich bescheiden. Sie beinhalten kleinere, sorgfältig überlegte, kontrollierte und konservative Veränderungen der DNA als jemals zuvor in der Geschichte der Menschheit möglich.

Dies bedeutet nicht, dass der Prozess perfekt ist.

Wir haben ein unvollständiges Verständnis der Biologie, und selbst absichtliche, präzise Änderungen können unbeabsichtigte Folgen haben oder in den meisten Fällen einfach nicht die gewünschten positiven Effekte erzielen. Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die Lebensmittelarten weiter zu verbessern, müssen wir zehn Milliarden Menschen ernähren und gleichzeitig die Auswirkungen der Landwirtschaft auf unser Klima minimieren. Die Vorteile unseres modernen Repertoires genetischer Techniken voll auszuschöpfen, ist ein Kinderspiel. Was zählt, ist nicht, wie wir Organismen mit neuartigen Genomen erschaffen, sondern was wir erschaffen und wie es der Menschheit zugute kommt.

Technische Mikroben in Medizin und Lebensmittel

Obwohl die moderne genetische Veränderung für industrielle (im Gegensatz zur Forschung) Zwecke in Kulturpflanzen am bekanntesten ist, begann sie bei Mikroben, wo sie fast sofort transformative, lebensrettende Beiträge zur Medizin leistete.

Drei Millionen Amerikaner leiden an Typ-1-Diabetes, einer Krankheit, bei der ihr Körper die Produktion des essentiellen Hormons Insulin einstellt. Typ-1-Diabetes war bis Anfang des 20. Jahrhunderts tödlich, als kanadische Forscher zeigten, dass er mit einer täglichen Injektion von aus Schweinen gereinigtem Insulin behandelt werden kann. Obwohl es die Menschen am Leben hielt, war Schweineinsulin kein perfekter Ersatz für sein menschliches Gegenstück und führte häufig zu Immunreaktionen.

In den späten 1970er Jahren gelang es Forschern eines kleinen kalifornischen Biotech-Startups, einen Bakterienstamm E. coli zu entwickeln, der das menschliche Insulin-Gen trug, und es ihnen zu ermöglichen, es für die Injektion durch Diabetiker zu produzieren. Dieses rekombinante Humaninsulin ist sicherer, zuverlässiger und wirksamer als Schweineinsulin und hat das Leben von über 100.000 Kindern und Jugendlichen, bei denen jedes Jahr Typ-1-Diabetes diagnostiziert wird, enorm positiv beeinflusst. Dutzende lebensrettende Medikamente und Impfstoffe, die zur Vorbeugung oder Behandlung von Herzinfarkten, Krebs, Arthritis und schweren Infektionen eingesetzt werden, werden heute von gentechnisch veränderten Bakterien und Hefen produziert.

Das gleiche Verfahren wird zunehmend zur Herstellung von Proteinen verwendet, die in Lebensmitteln verwendet werden. Das bemerkenswerteste Beispiel ist Chymosin, das Enzym, mit dem Milch zur Käseherstellung geronnen wird. Chymosin kommt im Magen von Säugetierbabys vor, wo seine Gerinnungsaktivität die Extraktion von Nährstoffen aus der Muttermilch erleichtert. Käsehersteller erhielten traditionell Chymosin im Lab, eine Zubereitung aus Sauermilch, die aus dem Magen geschlachteter Kälber entnommen wurde. Die wachsende Nachfrage nach Käse machte jedoch einen sichereren, beständigeren und kostengünstigeren Ersatz für Lab erforderlich.

Vor mehr als 25 Jahren haben Wissenschaftler in Europa, inspiriert vom Erfolg von rekombinantem Insulin, ein für Rinderchymosin kodierendes Gen in Hefezellen eingeführt, das es der Hefe ermöglicht, Chymosin zu produzieren, das zur Verwendung in Käse extrahiert und gereinigt werden kann. Fermentationsproduziertes Chymosin (FPC) war das erste rekombinante Protein, das von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zur Verwendung in Lebensmitteln zugelassen wurde. Heutzutage werden ungefähr 50% des weltweit produzierten Käses mit FPC anstelle eines Proteins hergestellt, das aus Kälbermägen gewonnen wird, und die Welt ist besser dran.

Vom Käse zum Fleisch

Vor einigen Jahren stand Impossible Foods, ein Unternehmen, das ich seit seiner Gründung berate, vor einer ähnlichen Herausforderung. Impossible Foods wurde gegründet, um den Klimawandel anzugehen, indem die Notwendigkeit der Tierhaltung, der umweltschädlichsten menschlichen Aktivität und einer Hauptquelle der Treibhausgase, die die globale Erwärmung antreiben, beseitigt wird. Ihre Mission ist es, Tiere als Lebensmitteltechnologie zu ersetzen, indem sie Zutaten aus Pflanzen identifizieren, mit denen die komplexen Texturen, Aromen und das Aussehen von Fleisch, Fisch, Milchprodukten, Eiern und anderen Lebensmitteln, die wir traditionell von Tieren erhalten, wiederhergestellt werden können.

Ihr erstes Produkt, The Impossible Burger, wird fast ausschließlich aus gewöhnlichen Pflanzen hergestellt: Weizen, Mais, Soja, Kokosnuss und Kartoffeln. Aber eine Schlüsselzutat, Häm, das Molekül, das Fleisch im rohen Zustand seinen blutigen Geschmack verleiht und beim Kochen die intensiven, fleischigen Aromen und Aromen erzeugt, ist nicht so leicht zu bekommen. Die Hauptquelle für Häm im Fleisch ist das Protein Myoglobin. Es stellt sich heraus, dass Sojabohnen ein funktionell identisches Protein bilden, das als Leghemoglobin bekannt ist. Leider wird es in den Wurzeln hergestellt, und das Ausgraben von Sojabohnenwurzeln ist schwierig, teuer und für den Boden schrecklich.

Stattdessen entwickelten Wissenschaftler von Impossible Foods eine Art Hefe, um Sojabohnen-Leghemoglobin herzustellen. Wie bei Chymosin bauen sie diese Hefe in Fermentern an, wie man sie in einer Brauerei findet, aber anstatt Bier zu machen, erhalten sie viel Leghemoglobin und können es zu einem Preis herstellen, der es ihnen ermöglicht, Burger zu einem wettbewerbsfähigen Preis zu verkaufen.

Wenn Sie Gentechnik nicht mögen, könnten Sie argumentieren, dass wir kein pflanzliches Fleisch brauchen. Menschen können (und viele tun dies) ein vollkommen gesundes und glückliches Leben führen, wenn sie andere pflanzliche Lebensmittel essen. Fleisch - in seinen vielen Formen - ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil der globalen Ernährung, und selbst wenn die Menschen die Umweltauswirkungen von Fleisch erkennen, steigt der weltweite Verbrauch weiter und sinkt nicht.

Die Bereitstellung von Alternativen zu tierischem Fleisch aus Pflanzen, die für die Verbraucher gleichermaßen attraktiv sind, würde die globale Erwärmung drastisch verlangsamen und die anderen negativen Umweltauswirkungen der Tierhaltung verringern. Aber dazu braucht man viel Häm; und um Häm zu bekommen, braucht man Gentechnik.

Da mit Leghemoglobin hergestellte unmögliche Burger 87% weniger Treibhausgase erzeugen, 95% weniger Land benötigen und 75% weniger Wasser zur Herstellung benötigen als Burger von Kühen, wäre es für den Planeten und seine Menschen völlig unverantwortlich, diesen Weg nicht zu verfolgen.

Gentechnik für einen gesunden Planeten

Obwohl ich glaube, dass die meisten Ängste vor bestehenden GVO fehl am Platz sind, verstehe ich, dass die Menschen Fragen und Bedenken zu GVO haben. Neue Tools, die den Prozess effizienter und präziser machen, machen ihn auch leistungsfähiger. Und selbst für Wissenschaftler wie mich, die jeden Tag die DNA manipulieren, ist unsere Fähigkeit, das Leben zu gestalten, beeindruckend.

Menschen haben eine lange Geschichte darin, die Möglichkeiten zu nutzen, die leistungsstarke neue Technologien bieten, um unser Leben zu verbessern, aber einige haben sie auch verantwortungslos genutzt. In einer Welt, in der Gewinne angestrebt werden, gibt es viel zu viele Beispiele für Menschen, die Technologien einsetzen, um sich auf Kosten der Gesundheit und Sicherheit der Menschen und des Planeten zu bereichern. Wissenschaftler können nicht munter sagen: „Mach dir keine Sorgen. Vertraue uns."

Mit der Verwendung oder dem Missbrauch von Technologien sind Risiken verbunden, und Gentechnik ist keine Ausnahme. Angesichts der existenziellen Bedrohung durch den Klimawandel, der Zerstörung unserer natürlichen Welt und der zunehmenden Unsicherheit in Bezug auf Ernährung und Ernährung ist das Risiko, Fortschritte in der modernen Biotechnologie unentgeltlich abzulehnen, jedoch weitaus größer.

Wir müssen das Vertrauen der Öffentlichkeit gewinnen, damit dies funktioniert. Es beginnt mit Transparenz - genau zu erklären, was wir tun und warum. Es erfordert die Verpflichtung jedes Wissenschaftlers und jeder Organisation, die Biotechnologie einsetzt, sich zu fragen, ob wir den richtigen Ansatz verfolgen. Und es erfordert Bildung, das Zuhören und die Auseinandersetzung mit Kritikern.

Vor sechs Jahren erklärte ich mich bereit, als wissenschaftlicher Berater für Impossible Foods zu fungieren, weil ich an ihre Mission glaube. Innovationen in der Art und Weise, wie wir Lebensmittel anbauen und produzieren, sind eine der besten Möglichkeiten für Wissenschaftler, die heutigen Herausforderungen zu lösen. Impossible Foods ist ein Modell dafür, wie Biotechnologie verantwortungsbewusst zum Nutzen des Planeten und seiner Menschen eingesetzt werden kann.

Weitere Informationen finden Sie in den Orten, an denen der Impossible Burger serviert wird, sowie in unseren FAQs. Mehr Fragen? Kontaktieren Sie uns unter hello@impossiblefoods.com.

Dr. Michael Eisen ist Professor für Molekular- und Zellbiologie an der UC Berkeley, Forscher am Howard Hughes Medical Institute und Mitbegründer der Public Library of Science. Er ist Berater von Impossible Foods und Anteilseigner des Unternehmens. Er hat einen BS in Mathematik und einen Ph.D. in Biophysik, beide von der Harvard University. Von 1996 bis 2000 war er Postdoktorand im Labor der Stanford University von Patrick O. Brown, CEO und Gründer von Impossible Foods. Seit 2000 ist Dr. Eisen an der Fakultät der UC Berkeley tätig, wo er Genetik lehrt und ein Forschungslabor leitet, in dem untersucht wird, wie Tiergenome räumliche Muster der Genexpression während der Entwicklung codieren.