Die Bauernproteste machen die Landwirtschaft – und die Zwänge in denen Landwirte stecken – zum Gesprächsstoff. Dazu gehört ein Bereich, über den viel Meinung, aber wenig Wissen verbreitet wird: die Gentechnik im Agrarbereich. Sie treibt die Übernahme der Landwirtschaft durch Großkonzerne weiter an.

Wie achgut.com in den letzten Tagen berichtete, protestieren in Deutschland die Bauern und andere Berufsgruppen. Sie fürchten zu Recht um ihre wirtschaftliche Existenz. Warum ist das so? In Deutschland ist die Zahl der landwirtschaftlichen Betriebe von 904.000 im Jahr 1975 um 75 Prozent auf 256.000 im Jahr 2022 zurückgegangen, während die Größe der verbleibenden Betriebe und deren Produktion stetig zunehmen. Dies ist ein Prozess der Oligopolisierung, bei der immer weniger Großbetriebe immer höhere Marktanteile bekommen und immer mehr Kleinbauern verkaufen und dann in Rente gehen oder Angestellte von Agrarkonzernen werden.

Was ist der Grund für diese Entwicklung? Es sind folgende Faktoren: Steigende Kapitalintensität durch technische Innovation, oligopolistische Lieferantenstrukturen, oligoposonistische Nachfragestrukturen, Energie- und Düngerkosten sowie, seit etwa 20 Jahren, staatliche Verteuerung der landwirtschaftlichen Produktion durch immer komplexere Regulatorik und neuerdings durch Zusatzbesteuerung. Die Bauern wehren sich derzeit vor allem gegen die beiden letzteren Faktoren.

Doch langfristig ist die gestiegene Kapitalintensität durch technische Innovationen der stärkste Treiber, der vor allem auch zu der Oligopolbildung seitens der Lieferanten (Agrarkonzerne wie Bayer) geführt hat. Wie wird in der Landwirtschaft mit Innovation verdient? Schauen wir uns das Beispiel Gentechnik an, das zwar in Europa kaum eine Rolle spielt, weltweit aber für die Nutzpflanzenproduktion essenziell geworden ist.

Gentechnik in der Landwirtschaft: Technologie

Die gentechnische Veränderung von Tieren wurde in den 1970er Jahren durch die Technologie der transgenen Genom-Manipulation ermöglicht, und 1981 wurde die erste transgene Maus geschaffen, die künstliche genetische Veränderungen an ihre Nachkommen weitergab. Die erste gentechnisch veränderte Pflanze wurde 1982 geschaffen, eine gegen Antibiotika resistente Tabakpflanze. Diese mehr als 40 Jahre alten transgenen Technologien arbeiteten mit der zufälligen Integration von genetischem Material in das Genom des zu modifizierenden Organismus. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil, da die Einfügung der neuen DNA an einer zufälligen Stelle im Genom zu unerwünschten Auswirkungen der Manipulation führen kann.

In den 1980er Jahren entwickelten Oliver Smithies und Mario Capecchi die Technologie der gezielten Mutagenese [Erzeugung von Mutationen im Erbgut von Lebewesen, die Red.] durch homologe Rekombination in embryonalen Stammzellen der Maus, die zu einer Revolution der Gentechnologie bei Säugetieren (vor allem Mäusen) führte. Es wurde möglich, die Funktion einer genetischen Sequenz, in vielen Fällen eines genomischen Locus, der für ein Gen kodiert, im Mausembryo zu verändern oder zu stören, und die daraus resultierenden Mäuse mit Hilfe der klassischen Mendelschen Genetik zu züchten, um Tiere zu schaffen, bei denen beide Kopien (Allele) des Gens in der beabsichtigten Weise verändert sind. Diese Technologie revolutionierte die funktionale Genforschung in der Biologie und ermöglichte die gezielte Veränderung von genetisch kodierten Merkmalen. Die Technologie hat jedoch einen Nachteil: Sie erfordert die Kultivierung und Injektion von embryonalen Stammzellen in frühe Embryonen (Blastozysten), was vor allem bei Mäusen etabliert wurde, und sie hinterlässt Spuren der genetischen Manipulation im Genom des diploiden Organismus.

Die Erfindung dieser Genom-Editierung mit Systemen wie CRISPR/Cas in den 2010er Jahren hat die ortsgerichtete Mutagenese für alle Arten ermöglicht und hinterlässt außer den beabsichtigten Veränderungen keine Spuren in den Genomsequenzen. CRISPR/Cas oder ähnliche Gene-Editing-Technologien wie Zink-Finger-Nukleasen oder Transkriptionsaktivator-ähnliche Effektornukleasen schneiden das Genom und fügen das gewünschte DNA-Stück ein oder verändern ein Nukleotid – und zwar an einer bestimmten, vom Gentechnikanwender ausgewählten Stelle. Allerdings führt die Technologie sehr oft zu schwerwiegenden chromosomalen Nebenwirkungen in den manipulierten Organismen, worauf ich später bei der Erörterung der Risiken zurückkommen werde.

Eine sehr raffinierte Anwendung des Genome Editing sind Gene Drives. Diese Technologie nutzt das Genome Editing, um die genetische Vermehrung einer Veränderung eines Allels auf beide Allele in allen Generationen zu erzwingen, d.h. die vollständige Vererbung einer Veränderung an alle Nachkommen. Normalerweise wird nur die Hälfte der Gene eines diploiden Organismus vererbt. Bei Insekten zum Beispiel ist das Genom diploid, jedes Gen hat zwei Kopien. Wenn sich zwei Insekten paaren, von denen eines eine veränderte Kopie hat, wird nur ein Viertel der Nachkommen die veränderte Kopie ebenfalls haben. Die effiziente Verbreitung einer genetischen Veränderung erfordert daher, dass beide Elternorganismen mindestens eine Kopie des veränderten Gens besitzen.

Gene Drives können die vollständige Ausbreitung eines Gens in den Nachkommen erzwingen, auch wenn einer der Elternorganismen nur eine Kopie besitzt. Durch die Verpaarung solcher Nachkommen mit unveränderten (Wildtyp-)Partnern kann die Veränderung schnell in der gesamten Population verbreitet werden. Dazu wird ein Gene-Drive-Mutagenese-System in einen bestimmten genetischen Locus in einem Allel der Keimbahnzellen des ursprünglich veränderten Organismus eingeführt. Keimbahnzellen sind die Zellen, die an der genetischen Reproduktion beteiligt sind. Wenn sich diese Zellen teilen, eliminiert der Gene Drive das nicht veränderte Allel und verändert es so, dass es dem veränderten Allel entspricht. Bei der Fortpflanzung geschieht dies auch in allen Nachkommen des Organismus. Auf diese Weise kann sich ein Gene Drive in der gesamten Population ausbreiten und das Wildtyp-Gen mit der Zeit eliminieren. Das System ist jedoch nicht perfekt, denn die Genom-Editierungssysteme verursachen genomische Nebenwirkungen, auf die wir noch zurückkommen werden.

Das Potenzial dieser Technologien für die Lebensmittelproduktion

Was kann man mit Gentechnik in der Landwirtschaft erreichen? Gentechnisch veränderte Bakterien und Hefen können zur Synthese von Arzneimitteln oder bestimmten Proteinen verwendet werden, die als Lebensmittelzusatzstoffe eingesetzt werden können. Gentechnisch veränderte Hefe wird zur Synthese von Cannabioiden, Opioiden, aber auch von Kakaobutterverbindungen und tierischen (Milch-)Proteinen verwendet. Gentechnisch veränderte Mikroorganismen können auch verwendet werden, um geringwertige Nebenprodukte der Agrar- und Ernährungsindustrie als Input für Fermentationsprozesse aufzuwerten. Auf diese Weise können Melasse aus der Zuckerproduktion oder Zellstoff aus der Stärkeproduktion wiederverwendet werden.

Die gentechnische Veränderung von Pflanzen mit dem Ziel, ertragreichere oder robustere Nahrungsmittel produzierende Organismen zu erhalten, wird bereits seit Jahrzehnten eingesetzt. Bei einigen Arten ist die weltweite Verbreitung von gentechnisch veränderten (GVO) Pflanzen sehr hoch: Weltweit 80 Prozent bei Baumwolle, 74 Prozent bei Sojabohnen und 33 Prozent bei Mais. In Europa werden jedoch nur in Spanien und Portugal einige gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut, im Rest des Kontinents ist dies nicht der Fall.

Gentechnisch veränderte Pflanzen können so verändert werden, dass sie widerstandsfähiger gegen Schädlinge und Trockenheit sind, einen höheren Nährstoffgehalt aufweisen und weniger Allergene oder toxische Verbindungen enthalten. Zu den neuartigen Pflanzenmerkmalen gehören Schädlingsresistenz, Dürretoleranz, geringere Umweltbelastung, verlängerte Wachstumsperiode oder höhere Produktionseffizienz. Oftmals koppeln die Hersteller auch gentechnische erzeugte Resilienz gegen Pestizide mit deren Einsatz, wie bei Glyphosat, das bei entsprechend gentechnisch manipulierten Nutzpflanzen auch während der Reifung der Pflanzen eingesetzt werden kann (in Deutschland wird es nur in der Vorsaat oder der Nachernteanwendung eingesetzt). Es gibt auch Bestrebungen, Pflanzen zu züchten, die unter ungünstigen Bedingungen wachsen können, beispielsweise in Gebieten mit hohem Salzgehalt, oder Pflanzen, die speziell für die biologische Sanierung entwickelt wurden, indem sie giftige Verbindungen abbauen und Schwermetallverunreinigungen aufnehmen, um verschmutzte Böden zu reinigen. Diese Pflanzen können dann geerntet werden, und die Schadstoffe können in konzentrierter Form beseitigt werden.

Bei Tieren kann die Gentechnik eingesetzt werden, um die Manipulation von Merkmalen oder die Übertragung vorteilhafter Gene zwischen Rassen und Tierlinien sowie die Übertragung von Genen über die Artengrenze hinweg zu ermöglichen, was bei der herkömmlichen selektiven Zucht natürlich unmöglich ist. Wie bei Pflanzen haben gentechnisch veränderte Tiere das Potenzial, Produkteigenschaften wie schnelleres Wachstum oder höhere Muskelmasse und Qualität, wie Nährstoffgehalt, Gewebezusammensetzung, Eigenschaften und Gehalt, zu verbessern. Gentechnisch veränderte Tiere könnten auch so manipuliert werden, dass sie widerstandsfähiger gegen Krankheiten und Schädlinge werden.

Obwohl in den letzten Jahrzehnten viele Prototypen gentechnisch verändert wurden, schaffte es nur eine einzige gentechnisch veränderte Tierart in die Produktion: der so genannte AquAdvantage-Lachs, ein traditionelles transgenes Tier, das dank der gentechnisch veränderten Wachstumshormonproduktion innerhalb von 18 statt 36 Monaten die Schlachtreife erreicht. Sein Prototyp war Ende der 1980er Jahre verfügbar, aber es dauerte 25 Jahre (2015), bis er in Kanada zugelassen wurde, wo Mitte der 2010er Jahre ein paar Tonnen dieses Lachses verkauft wurden. Die FDA genehmigte den Lachs im Jahr 2021. Bislang sind keine anderen gentechnisch veränderten Tiere in die menschliche Nahrungskette gelangt.

Was ist mit Gene Drives? Diese können bei allen Organismen eingesetzt werden, um eine ganze Population schnell in einen bestimmten genetischen Zustand zu versetzen. Bei Nutzpflanzen und -tieren ist es möglich, GVO-Populationen durch Züchtung heterozygoter Organismen (bei denen nur eine Kopie des veränderten Gens vorhanden ist) zu erhalten. Daher besteht keine Notwendigkeit, Gene Drives einzusetzen, um die genetische Ausbreitung eines Allels in einer Population zu beschleunigen.

Dies ist bei Wildtierpopulationen anders. Es gibt Pläne, wilde, pflanzenschädigende Insektenarten oder Malaria-übertragende Stechmücken auszurotten oder deren Vermehrung zu reduzieren. Das erste Ziel würde durch das Einfügen eines Gene Drives funktionieren, der ein Gen trägt, das genetisch übertragen wird, aber die Reproduktionsrate bei homozygoten Tieren reduziert. Auf diese Weise wäre es möglich, ganze Arten auszulöschen. Eine andere Idee besteht darin, invasive Arten zu eliminieren, indem artendezimierende Gen-Drive-Mutationen in die Populationen eingeführt werden. Neuseeland ist eine Insel und daher zumindest bei Säugetieren vor einer unkontrollierten Ausbreitung gentechnisch veränderter Tiere über die Landesgrenzen hinaus geschützt. Das Programm “Predator Free 2050” zielt darauf ab, acht invasive Raubsäugetierarten (darunter Ratten, Wiesel und Opossums) bis 2050 mithilfe von Gene Drives zu eliminieren. Bei all diesen gentechnischen Ansätzen ist die obere Grenze unser Verständnis der Beziehung zwischen Genotyp und Phänotyp, zwischen Vererbung und physiologischen Merkmalen.

Die Risiken

Welche Risiken bergen transgene Pflanzen, Tiere und der Einsatz von Gene Drives? Bei allen gentechnischen Verfahren gibt es zwei grundsätzliche Risiken, die jeweils Unterrisiken aufweisen:

          Erstens: Umweltauswirkungen auf ökologische Systeme von voneinander abhängigen Organismen.

• Unerwünschte Nebeneffekte des Eingriffs in das Genom des gentechnisch veränderten Organismus (GVO).
• Mutationen des manipulierten Merkmals, die zu unerwarteten Phänotypen führen.
• Eine unkontrollierte Verbreitung des GVO in der natürlichen Umwelt.
• Verbreitung (Fluss) des manipulierten genetischen Merkmals in verwandten oder anderen Arten.
  
  Zweitens: Schaden für den Menschen
• Schädigung von Organismen in der Nahrungskette des GVO durch toxische Wirkungen, die zu direkten oder indirekten Auswirkungen auf den Menschen führen.
• Direkte Schädigung des Menschen durch den GVO.

Bei gentechnisch veränderten Pflanzen und Tieren bestehen die Hauptbedenken in Bezug auf die Risiken für den menschlichen Verbraucher, wobei GVO für den menschlichen Verzehr durch Allergien oder andere toxische Wirkungen toxisch sein könnten, zum Beispiel toxische Nebenwirkungen von Proteinen, die durch das dem GVO-Genom hinzugefügte Gen exprimiert werden.

Grobe Probleme mit der Lebensmittelsicherheit bei GVO für den menschlichen Verzehr lassen sich oft recht leicht ausschließen, aber ein gewisses Risiko, insbesondere für Allergien und Autoimmunerkrankungen, kann nur durch die Beobachtung vieler Verbraucher über längere Zeiträume hinweg ausgeschlossen werden. Einige GVO können auch das menschliche Darmmikrobiom verändern, aber das ist auch bei vielen Medikamenten (etwa Antibiotika) ein Problem.

Das andere, ökologische Problem ist komplexer. Zunächst einmal können die oben unter Umweltfolgen aufgeführten Mechanismen zu Risiken für die biologische Vielfalt führen. Resistente Gene, die von Herbiziden, Insekten, Krankheiten, Stress usw. stammen, können dominante Populationen oder bösartiges Unkraut hervorbringen, was zu Strukturveränderungen führt und das dynamische Gleichgewicht der ursprünglichen Population stört.

In dieselbe Risikokategorie fällt der Selektionsdruck durch Pestizidgene, die die Resistenz von Schädlingen fördern und das Wirtsspektrum von Schädlingen verändern. Dieses Wettrüsten zwischen GVO und Schädlingen ist bereits heute deutlich zu erkennen und wird sich weiter verschärfen.

Zweitens gibt es Systemrisiken, die darauf beruhen, dass sich durch den GVO das Ökosystem der Böden ändert, was sich auf das Mikrobiom, Insekten und höhere Arten auswirken kann.

Drittens kann es zu Genfluss kommen, bei dem Hybridpflanzen entstehen, wenn Pflanzen, die exogene Gene enthalten, mit Nichtzielpflanzen hybridisieren und so neue Arten hervorbringen.

Viertens können toxinproduzierende GVO zu einer Verschmutzung von Luft, Boden und Wasser führen. Schließlich können GVO Ökosysteme verändern, indem sie Nahrungsketten und natürliche Gleichgewichte stören, wie es geschieht, wenn invasive Arten, die keine natürlichen Feinde haben, über Ozeane oder andere natürliche Barrieren in fremde Ökosysteme eingebracht werden.

Das Risiko eines Kontrollverlusts über die Gentechnik ist beim so genannten Genome Editing besonders groß, da die CRISPR/Cas-Systeme häufig zu massiven chromosomalen Nebenwirkungen führen, bei denen ganze Chromosomen zerstört werden oder große Teile der Chromosomen verlorengehen. Wenn das System zur Mutation einzelner Nukleotide eingesetzt wird, um Punktmutationen in Proteinen herbeizuführen, kommt es häufig zu unbeabsichtigten Nebeneffekten bei anderen Nukleotiden. Forschungsergebnisse zeigen, dass die Genom-Editierung mit CRISPR/Cas zu bis zu 30 Prozent der Chromosomenaberrationen führt. Unbeabsichtigte Punktmutationen und Chromosomenaberrationen können zu Missbildungen, Krebs und anderen Krankheiten führen. Sie sind sehr schädlich für den Organismus und die Umwelt, in die er gebracht wird, und machen es unmöglich, das System in der Praxis bei Säugetieren einzusetzen.

Diese Bedenken werden massiv verstärkt, wenn GVO Gen Drives enthalten, um die Verbreitung der genomischen Veränderung in der Population zu erhöhen. Da Gen Drives so konzipiert sind, dass sie sich exponentiell in das Genom einer ganzen Population einfügen, erhöhen sie rasch alle oben beschriebenen Risiken, so dass diese bereits wenige Generationen nach der Freisetzung des GVO in die freie Natur eintreten können.

Wozu das Ganze?

Man sieht, dass der Einsatz von GVO in der Landwirtschaft problematisch sein kann, obwohl es sicherlich sinnvolle Anwendungen gibt. Unabhängig von der Frage nach der Sinnhaftigkeit ihres Einsatzes ist aber offensichtlich, dass die Entwicklung und Prüfung von GVO extrem teuer ist und nur für Großkonzerne in Frage kommt. Wenn sich diese technischen Innovationen durchsetzen, treiben sie die Oligopolisierung der Agraranbieter voran.

Wenn die Entwicklung so weitergeht wie bisher, werden wir in Zukunft nur noch Großkonzerne bei den Zulieferern der Produktion, den Produzenten (heute den Bauern und produzierenden Konzernen) und den Verteilern von Lebensmitteln haben. Derzeit haben wir noch eine relativ kleinteilige Produzentengruppe. Doch diese befinden sich in der Zange von Großkonzernen als Lieferanten und Abnehmern und dem Staat als deren Interessenvertreter. Wenn die derzeitige Planung der EU und unserer Regierung erfolgreich ist, haben wir in der Produktion in einigen Jahren nur noch Landwirtschaftskonzerne. Wir wissen aus anderen Branchen, dass die Abwesenheit von Konkurrenz dem Endkunden schadet. Also uns allen.

Johannes Eisleben (Pseudonym) ist Arzt und Mathematiker und arbeitet als Systeminformatiker. Er lebt mit seiner Familie bei München.