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

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

Eine lange Geschichte der genetischen Veränderung

Die Menschen begannen vor Tausenden von Jahren, essbare Körner, Früchte und Wurzeln zu sammeln und anzubauen und wilde Tiere für Fleisch, Milch und materielle Güter zu verwenden. Seitdem gestalten wir diese Pflanzen und Tiere nach unseren Bedürfnissen und Wünschen. Vergleichen Sie Mais mit seinem Vorfahren, Teosinte, Vieh mit den Auerochsen, von denen sie abstammen - oder mit anderen Feldfrüchten und Vieh, auf die wir uns bei ihren wilden Verwandten verlassen - und Sie werden die bemerkenswerte Geschichte der menschlichen Landwirtschaft und die transformative Kraft von künstlichem 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 von ihnen bevorzugte Merkmal durch eine oder mehrere zufällige Veränderungen - Mutationen - des genetischen Codes einer Art entstanden ist, die von den Eltern in Form von DNA an ihre Nachkommen weitergegeben wurden.

Unsichtbar für die Landwirte, Hirten, Bäcker und Brauer, deren Handlungen das Aussehen, den Geschmack, das Wachstum und das Verhalten domestizierter Pflanzen und Tiere dramatisch verändert haben, hat die jahrtausendelange künstliche Selektion das Erbgut dieser Art noch erstaunlicher verändert. Bis zu Millionen einzelner Änderungen in den Buchstaben des genetischen Codes - zusammen mit Gewinnen, Verlusten, Vervielfältigungen und Umstrukturierungen einzelner Gene und manchmal großen Änderungen in der Struktur ganzer Chromosomen - trennen jetzt die domestizierten Nutzpflanzen 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 Spezies unserer eigenen Schöpfung betrachten.

So wie die Menschheitsgeschichte die Geschichte der Landwirtschaft ist, so ist es auch die Geschichte der genetischen Veränderung von Pflanzen, Tieren und Mikroben, die es der Menschheit ermöglichte, die unzähligen Hindernisse zu überwinden, denen sie sich im Laufe der Jahrtausende gegenübersahen. Man kann mit Sicherheit sagen, dass ohne eine systemische genetische Veränderung von Nutzpflanzen und Vieh keine Zivilisation existieren würde.

Die Menschheit steht nun vor neuen und gewaltigen Herausforderungen, wobei die Landwirtschaft wieder im Mittelpunkt steht. Wir müssen eine wachsende Bevölkerung ernähren, aber Landwirte und ihre Ernten haben Mühe, sich an die wärmeren Temperaturen und veränderten Wetterbedingungen anzupassen. Und Vieh, eine Säule unseres seit Jahrtausenden bestehenden Nahrungsmittelsystems, ist ein Hauptgrund für den Klimawandel, den Wassermangel, den Verlust der biologischen Vielfalt und die massive Zerstörung und Zerstörung von Wäldern und anderen Ökosystemen. Dies zwingt uns dazu, schnell zu einer vorwiegend pflanzlichen Ernährung überzugehen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, müssen wir alle uns zur Verfügung stehenden technologischen Werkzeuge einsetzen. Dies beinhaltet unser stark verbessertes Verständnis der Mechanismen der Vererbung und der molekularen Basis für Eigenschaften, die uns interessieren, sowie leistungsstarke neue Werkzeuge, mit denen wir die DNA modifizieren können, um bestimmte wertvolle Eigenschaften zu generieren, anstatt darauf zu warten, dass sie vom Zufall 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 meinen Forschungen täglich moderne Werkzeuge zur Modifizierung der DNA einsetzt und sich mit diesen Methoden und den damit verbundenen Problemen auseinandersetzt, befürchte ich, dass verlegte Befürchtungen hinsichtlich ihres Einsatzes in der Landwirtschaft unsere Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels und der Ernährung behindern 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, doch die jüngsten Fortschritte in der Molekularbiologie haben den Prozess präziser, zielgerichteter, vorhersagbarer, 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 den Generationen auftreten) als Quelle nützlicher neuer Merkmale verlassen. Stattdessen können wir Genome auf die gleiche Weise bearbeiten, wie Sie es mit einem Textverarbeitungsprogramm tun, indem Sie die DNA buchstabenweise bearbeiten oder innerhalb oder zwischen Arten mehr oder weniger nach Belieben ausschneiden, kopieren und einfügen.

Zweitens können wir mit unserem immer besser werdenden Verständnis der genetischen Grundlagen für wichtige Merkmale bei Pflanzen und Tieren und mit leistungsstarken Instrumenten zum Verständnis der Folgen von Veränderungen auf molekularer und physiologischer Ebene viel konservativer und präziser mit den von uns vorgenommenen Änderungen umgehen vorstellen.

Kritiker der Gentechnik porträtieren zeitgenössische Agrarwissenschaftler als Gott spielend - auf gefährliche Weise mit der Natur zu spielen, mit unbekannten Konsequenzen. In Wirklichkeit zeigt das Maß an Kontrolle, das uns diese neuen Werkzeuge geben, dass es unsere Vorfahren waren, die ein unvorhersehbares Spiel des genetischen Roulettes spielten. Jedes Mal, wenn Bauern und Viehzüchter eine Pflanze oder ein Tier aus domestizierten Beständen züchteten oder sie mit wilden Sorten kreuzten, schufen sie ein für den Planeten völlig neues Genom. Diese zufällig erzeugten GVOs unterschieden sich von denen, die ihnen vorausgingen, in weitaus größerer Weise und mit weitaus weniger vorhersehbaren Konsequenzen als diejenigen, die durch moderne, absichtliche Gentechnik erzeugt wurden. Anschließend brachten sie die Ergebnisse dieser unkontrollierten genetischen Experimente blind für die Folgen und ohne Versehen in die Lebensmittelversorgung ein.

Im Gegensatz dazu sind die heutigen gentechnisch veränderten Organismen unglaublich bescheiden. Sie beinhalten kleinere, sorgfältiger überlegte, kontrollierte und konservative Änderungen an der DNA als jemals zuvor in der menschlichen Geschichte 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, häufiger, einfach nicht die gewünschten positiven Wirkungen erzielen. Angesichts der dringenden Notwendigkeit, die Nahrungsspezies weiter zu verbessern, müssen wir zehn Milliarden Menschen ernähren und gleichzeitig die Auswirkungen der Landwirtschaft auf unser Klima minimieren. Dabei ist es kein Problem, die Vorteile unseres modernen Repertoires an Gentechniken voll auszuschöpfen. Was zählt, ist nicht, wie wir Organismen mit neuartigen Genomen erschaffen, sondern was wir erschaffen und wie es der Menschheit zugute kommt.

Engineered Mikroben in Medizin und Ernährung

Obwohl moderne genetische Modifikationen für industrielle (im Gegensatz zu Forschungszwecken) Verwendungen am besten bei Kulturpflanzen bekannt sind, begannen sie bei Mikroben, wo sie fast sofort transformative und lebensrettende Beiträge zur Medizin leisteten.

Drei Millionen Amerikaner leiden an Typ-1-Diabetes, einer Krankheit, bei der ihr Körper das essentielle Hormon Insulin nicht mehr produziert. Typ-1-Diabetes war bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts tödlich, als kanadische Forscher zeigten, dass eine tägliche Injektion von aus Schweinen gereinigtem Insulin möglich war. Obwohl Schweineinsulin die Menschen am Leben hielt, war es kein perfekter Ersatz für das menschliche Gegenstück und führte häufig zu Immunreaktionen.

In den späten 1970er Jahren gelang es Forschern eines kleinen kalifornischen Biotech-Startups, einen Stamm der Bakterien E. coli zu konstruieren, die das humane Insulin-Gen trugen, um es für die Injektion durch Diabetiker herzustellen. Dieses rekombinante Humaninsulin ist sicherer, zuverlässiger und wirksamer als Schweineinsulin und hat einen enormen positiven Einfluss auf das Leben von über 100.000 Kindern und Jugendlichen, bei denen jedes Jahr Typ-1-Diabetes diagnostiziert wird. Dutzende lebensrettende Medikamente und Impfstoffe - zur Vorbeugung oder Behandlung von Herzinfarkten, Krebs, Arthritis und schweren Infektionen - werden heute von gentechnisch veränderten Bakterien und Hefen hergestellt.

Das gleiche Verfahren wird zunehmend zur Herstellung von Proteinen verwendet, die in Lebensmitteln verwendet werden. Das bemerkenswerteste Beispiel ist Chymosin, das Enzym, das zum Gerinnen von Milch zur Käseherstellung verwendet wird. Chymosin kommt im Magen von Säuglingsbabys vor, wo seine Gerinnungsaktivität die Extraktion von Nährstoffen aus der Muttermilch erleichtert. Käsehersteller erhielten traditionell Chymosin im Lab, eine Zubereitung aus Sauermilch, die aus den Mägen geschlachteter Kälber gewonnen 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 ein Gen für Rinderchymosin in Hefezellen eingeführt, das es der Hefe ermöglicht, Chymosin zu produzieren, das für die 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 rund 50% des weltweit produzierten Käses mit FPC anstelle eines aus Kälbermägen gewonnenen Proteins hergestellt, und der Welt geht es besser.

Vom Käse zum Fleisch

Vor einigen Jahren stand Impossible Foods, ein Unternehmen, das ich seit seiner Gründung beraten habe, vor einer ähnlichen Herausforderung. Impossible Foods wurde gegründet, um dem Klimawandel entgegenzutreten, indem die Notwendigkeit der Tierhaltung, die umweltschädlichste menschliche Tätigkeit und eine Hauptquelle der Treibhausgase, die die globale Erwärmung antreiben, beseitigt wurden. Ihre Mission ist es, Tiere als Lebensmitteltechnologie zu ersetzen, indem Zutaten aus Pflanzen identifiziert werden, mit denen die komplexen Texturen, Aromen und das Erscheinungsbild 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 Feldfrüchten hergestellt: Weizen, Mais, Soja, Kokos und Kartoffeln. Eine wichtige Zutat, Häm, das Molekül, das Fleisch in rohem Zustand seinen blutigen Geschmack verleiht und in gekochtem Zustand die intensiven, fleischigen Aromen und Aromen erzeugt, ist jedoch nicht so leicht zu bekommen. Die Hauptquelle für Häm in Fleisch ist das Protein Myoglobin. Es stellt sich heraus, dass Sojabohnen ein funktionsidentisches Protein bilden, das als Leghemoglobin bekannt ist. Leider ist es in den Wurzeln gemacht, und das Ausgraben von Sojabohnenwurzeln ist schwierig, teuer und schrecklich für den Boden.

Wissenschaftler von Impossible Foods stellten stattdessen eine Art Hefe her, um Sojabohnen-Leghemoglobin herzustellen. Wie bei Chymosin bauen sie diese Hefe in Fermentern an, wie man sie in einer Brauerei findet, aber anstatt Bier herzustellen, 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, können Sie argumentieren, dass wir kein pflanzliches Fleisch benötigen. Menschen können (und viele auch) ein perfekt gesundes und glückliches Leben führen, indem 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 nicht sinkt, sondern steigt.

Die Bereitstellung von Alternativen zu tierischem Fleisch aus Pflanzen, die die Verbraucher gleichermaßen ansprechen, 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 für die Herstellung benötigen als Burger von Kühen, wäre es für den Planeten und seine Menschen völlig unverantwortlich, diesen Weg nicht zu beschreiten.

Gentechnik für einen gesunden Planeten

Obwohl ich glaube, dass die meisten Befürchtungen bezüglich bestehender GVO fehl am Platz sind, verstehe ich, dass Menschen Fragen und Bedenken bezüglich GVO haben. Neue Werkzeuge, 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 konstruieren, beeindruckend.

Die Menschen nutzen seit langem die Möglichkeiten, die leistungsstarke neue Technologien bieten, um unser Leben zu verbessern. Einige haben sie jedoch auch verantwortungslos genutzt. In einer Welt, die vom Streben nach Profit geprägt ist, gibt es viel zu viele Beispiele dafür, wie Menschen Technologien einsetzen, um sich auf Kosten der Gesundheit und Sicherheit von Menschen und des Planeten zu bereichern. Wissenschaftler können nicht munter sagen: "Mach dir keine Sorgen. Vertraue uns."

Die Verwendung oder der Missbrauch von Technologien birgt Risiken, und Gentechnik ist keine Ausnahme. Angesichts der existenziellen Bedrohung durch den Klimawandel, der Zerstörung unserer natürlichen Welt und der zunehmenden Ernährungsunsicherheit sind die Risiken, Fortschritte in der modernen Biotechnologie unentgeltlich abzulehnen, 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 verlangt von jedem Wissenschaftler und jeder Organisation, die Biotechnologie einsetzt, eine Verpflichtung, sich zu fragen, ob wir den richtigen Ansatz verfolgen. Und es erfordert Aufklärung, Zuhören und Auseinandersetzen mit Kritikern.

Vor sechs Jahren erklärte ich mich bereit, als wissenschaftlicher Berater für Impossible Foods zu fungieren, weil ich an ihre Mission glaube. Die Innovation unseres Anbaus und der Herstellung von Lebensmitteln ist für Wissenschaftler eine der besten Möglichkeiten, um die Herausforderungen zu meistern, denen wir uns heute gegenübersehen. Impossible Foods ist ein Modell dafür, wie Biotechnologie verantwortungsvoll zum Wohle des Planeten und seiner Menschen eingesetzt werden kann.

Weitere Informationen finden Sie in den Bereichen, in denen der Impossible Burger angeboten wird, und 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 B.S. in Mathematik und Ph.D. in Biophysik, beide von der Harvard University. Er war von 1996 bis 2000 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 Universität von Berkeley, wo er Genetik unterrichtet und ein Forschungslabor betreibt, das untersucht, wie tierische Genome räumliche Muster der Genexpression während der Entwicklung codieren.