CRISPR über die menschliche Gesundheit hinaus: Die neue Investitionsfrontier für Gen‑Editierung

CRISPR über die menschliche Gesundheit hinaus

Über die Möglichkeiten der CRISPR-Geneditierung für die menschliche Gesundheit lässt sich viel sagen. Wir haben sie bereits in den folgenden Artikeln behandelt:

• Gen‑Editierung: CRISPR Therapeutics vs. Beam Therapeutics
• CRISPR Therapeutics vs. Editas Medicine

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Illumina vs. Pacific Bioscience: Auswahl des Unternehmens für Next‑Generation‑Genomsequenzierung

Es gibt jedoch keinen technischen Grund, die Gen‑Editierung auf den Menschen zu beschränken. CRISPR wird bereits für neue Anwendungen wie die synthetische Biologie eingesetzt und sogar für Algen‑Biokraftstoffe in Betracht gezogen. Dennoch befindet sich der größte Markt jenseits der Humanmedizin gerade erst am Anfang: Gen‑Editierung für Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion.

Genetik und Landwirtschaft

Genetische Veränderungen in der Landwirtschaft werden häufig mit gentechnisch veränderten Organismen, GVO, verbunden. Akzeptanz und Regeln unterscheiden sich regional. In der EU galten 2023 strenge Zulassungsvorgaben und nationale Anbaubeschränkungen, aber kein allgemeines Verbot sämtlicher GVO. Bestimmte Produkte durften beispielsweise als Lebens- oder Futtermittel eingeführt werden.

Dies ist eine eher eingeschränkte Sichtweise auf die Verbindung zwischen Genetik und Landwirtschaft. Tatsächlich beruhte bereits das früheste landwirtschaftliche Bemühen stark auf der Modifikation wilder Sorten und deren Umwandlung in „domestizierte“ Rassen. Und das galt sowohl für Pflanzen als auch für Tiere.

Die erste Methode war die gezielte Auswahl von Pflanzen und Tieren für die Zucht. Landwirte konnten gewünschte DNA-Änderungen nicht direkt erzeugen, aber günstige natürliche Varianten erhalten und vermehren. Durch Kreuzungen wählten sie anschließend robustere, produktivere oder gesündere Pflanzen und Nutztiere aus.

Seit den 1920er-Jahren wurde die Mutationszüchtung entwickelt. Strahlung oder mutagene Chemikalien erzeugen zusätzliche zufällige DNA-Änderungen; anschließend werden gewünschte Eigenschaften ausgewählt. So entstanden viele Sorten, aber nicht nachweislich die große Mehrheit unserer Lebensmittel. Die rechtliche Einstufung variiert: In der EU sind bestimmte ältere Mutageneseverfahren mit langer Sicherheitsgeschichte von den Pflichten der GVO-Richtlinie ausgenommen.

Dann begann in den 1980‑Jahren die transgene Züchtung, bei der fremde Gene in Pflanzen und manchmal Tiere eingeführt wurden. Das ist das, was die Menschen als GVOs kennen. Statt zufälliger Mutationen war der Prozess deutlich gezielter. Dennoch wurden einige Details nicht kontrolliert, etwa der Ort des eingefügten Gens.

Frühe Anwendungen in den 2000er-Jahren eröffneten den Weg zur gezielten Genomeditierung. Sie bietet neue Möglichkeiten zur Pflanzenverbesserung durch bestimmte DNA-Änderungen.

Quelle: Innovative Genomics

Pflanzen- und Tier‑Gen‑Editierung

Gentechnisch veränderte Pflanzen sind nur eine bekannte Anwendung. In der Medizin wird beispielsweise Antithrombin, ein gerinnungshemmendes Protein, in Milch gentechnisch veränderter Ziegen erzeugt und Insulin in veränderten Bakterien. Auch die Herstellung therapeutischer Proteine gegen unter anderem Krebs oder Multiple Sklerose in Hühnereiern wurde untersucht.

Einige Länder behandeln bestimmte Formen der Genomeditierung anders als transgene Verfahren. Biologisch ist eine Pflanze mit Änderungen nur in ihrer eigenen DNA nicht notwendigerweise transgen, während DNA aus einer anderen Art sie transgen machen kann. Das bestimmt nicht automatisch ihren rechtlichen GVO-Status. In der EU unterlagen Pflanzen aus neuen Mutageneseverfahren 2023 grundsätzlich dem GVO-Recht, auch ohne zusätzlich eingeführte fremde DNA.

Einfachere Regeln für bestimmte Genomänderungen konnten wirtschaftliche Chancen eröffnen, doch die Bedingungen unterschieden sich nach Land und Produkt. Geneditierte Pflanzen oder Tiere erhielten 2023 nicht automatisch Zugang zum EU-Markt. Mögliche Regeländerungen konnten deshalb bedeutsam sein.

Das Potenzial der CRISPR‑Gen‑Editierung im Feld ist enorm. Es gibt so viele mögliche Anwendungen, dass schon das Auflisten viel Platz beansprucht:

Tiere

• Reduzierung von Anfälligkeit: Krankheiten bei Lachs, Schweinen, Ochsen, Hühnern usw.
• Höhere Erträge: mehr Muskelmasse, schnelleres Wachstum und geringere Sterblichkeit. Der ursprüngliche Artikel nennt 40 % Sterblichkeit bei Zuchtlachs als Beispiel; die Werte hängen jedoch von Art, Haltungssystem und Bedingungen ab.

Pflanzen

• Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltbedingungen: Salzgehalt, Dürre, extreme Hitze, Überschwemmungen, Wind, Kälte & Frost.
• Produktivitätssteigerung: Verbesserung der Photosynthese, Beschleunigung der Reifung von Getreide und Früchten, mehr Biomasse für Biokraftstoffe, Kompost usw.
• Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten: Bakterien, Viren, Pilze, Insekten.
• Verbesserung kommerzieller Eigenschaften: Verhinderung des Braunens von Pilzen und Früchten, Erhöhung der Haltbarkeit und des Nährwerts, kernlose Früchte, Änderung von Farbe/Aussehen/Geschmack usw.

Neue Nutzung der Landwirtschaft

• Mögliche Anwendungen von Pflanzen oder Tieren als „Biofabriken“:
• Menschliche Medizin: Antikörper, medizinische Behandlungen usw…
• Forschung an Tierorganen, die sich für Transplantationen beim Menschen eignen.
• Biokraftstoffe.
• Gewürze, Duftstoffe, Farbstoffe.
• Allergiefreie Sorten.

Für ein tieferes Eintauchen in die Möglichkeiten und Herausforderungen der landwirtschaftlichen CRISPR‑Gen‑Editierung können Sie diese Seite des Innovative Genomics Institute konsultieren.

Eine Auswahl von Unternehmen, die CRISPR in der Landwirtschaft einsetzen

Viele Unternehmen nutzen CRISPR aktiv für die Landwirtschaft, wobei bereits zahlreiche Produkte kurz davor stehen, den Markt zu erreichen, und auf die Genehmigung der Aufsichtsbehörden warten.
Eine im Artikel genannte Nature-Reportage beschrieb eine deutlich geringere US-Regulierungslast für bestimmte genomeditierte Pflanzen sowie ähnliche Ansätze in Brasilien, Argentinien und Australien. Dies war keine allgemeine Befreiung für jede Geneditierung. Bestimmte Pflanzen konnten von den damaligen USDA-Regeln ausgenommen sein, während andere Anforderungen, etwa an Lebensmittelsicherheit oder Pflanzenschutzmittel, weiter galten. Diese Pflanzenregeln erfassten nicht automatisch Nutztiere. Die EU verfolgte 2023 einen anderen Ansatz.

1. AquaBounty

AquaBounty war zwar kein Unternehmen für gezielte Genomeditierung, entwickelte aber seit etwa 30 Jahren transgenen Lachs.

AQB Preisdiagramm

AquAdvantage-Lachs war 2015 von der FDA zugelassen worden, weshalb AquaBounty in diesem historischen Branchenüberblick relevant war. Die Technik beruht auf älteren transgenen Verfahren. Nach der FDA-Bewertung war der Lachs unter den geprüften Produktionsbedingungen ebenso sicher und nahrhaft wie konventioneller Atlantischer Zuchtlachs; zudem bestätigte die Behörde das schnellere Wachstum.

2. Bayer

Bayer ist nach der Übernahme von Monsanto einer der großen weltweiten Biotechnologie- und Saatgutkonzerne. Das Unternehmen ist ein wichtiger Anbieter gentechnisch veränderten Saatguts und entwickelt auch CRISPR-Anwendungen für Mais, Soja, Weizen und andere Pflanzen.
Ein Teil dieses Vorhabens, sich von traditionellen GVOs weiterzuentwickeln, erfolgt durch eine Partnerschaft mit Ginkgo Bioworks (DNA), einem der größten Unternehmen der synthetischen Biologie. Die Partnerschaft konzentriert sich auf die Entwicklung biologischer Alternativen zu chemischen Düngemitteln mittels Gen‑Editierung von Mikroorganismen.

3. Ginkgo Bioworks

Ginkgo entwickelt Anwendungen mit veränderten Mikroorganismen. In der Zusammenarbeit mit Cronos ging es beispielsweise um Cannabinoide, die durch Fermentation speziell entwickelter Hefestämme entstehen, als Alternative zur Gewinnung aus Cannabispflanzen.

DNA Preisdiagramm

Die Herstellung von Stoffen aus Cannabis, Tabak oder Kaffee könnte im Laufe der Zeit stärker auf biotechnologischen Prozessen als allein auf Pflanzenanbau beruhen. Ginkgo entwickelt außerdem Lösungen für die Gesundheit von Tieren und Nutzpflanzen.

4. Corteva Agriscience

Corteva, im beschriebenen Marktumfeld mit etwa 41 Milliarden Dollar bewertet, entwickelte neue Pflanzeneigenschaften mithilfe von CRISPR. Die Zahl bezeichnete einen Unternehmenswert, nicht den Umsatz.

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Corteva arbeitet mit internationalen Forschungseinrichtungen zusammen. Eine weitere Lizenzvereinbarung gab dem französischen Saatgutanbieter Vilmorin & Cie Zugang zu CRISPR-Patenten aus dem Portfolio von Corteva und dem Broad Institute.

5. Benson Hill

CRISPR-Innovation wird oft mit medizinischer Biotechnologie und öffentlichen Instituten verbunden, doch auch Agrarunternehmen tragen zur Grundlagenforschung bei. Benson Hill arbeitete mit Helmholtz-Forschern und Utah State University an Cas12a2. Das Enzym kann nach RNA-Erkennung DNA abbauen und eröffnet Anwendungen jenseits klassischer gezielter Geneditierung. „CRISPR 3.0“ ist dabei keine allgemein festgelegte wissenschaftliche Generationenbezeichnung.

Benson Hill konzentrierte sich in dieser Beschreibung auf Soja und hatte auch Aktivitäten rund um Erbsen und Aquakultur. Die damaligen Pläne zielten auf ein positives bereinigtes EBITDA und einen positiven freien Cashflow im Jahr 2025. Das waren Prognosen, keine bereits erreichten Ergebnisse.

6. Calyxt und Cibus

Die beschriebene Pflanzenzelltechnik war von Calyxt entwickelt worden. Plant Cell Matrix und BioFactory nutzten veränderte Pflanzenzellen zur Produktion in Bioreaktoren. Calyxt kündigte im Januar 2023 eine Fusion mit Cibus an, die im Mai desselben Jahres abgeschlossen wurde. Cibus konzentrierte sich vor allem auf Entwicklung und Lizenzierung von Pflanzeneigenschaften. Die Bioreaktorbeschreibung ist daher Calyxt zuzuordnen.

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Calyxt untersuchte diese Systeme zur Herstellung von Molekülen für Kosmetik, Lebensmittel und pharmazeutische Anwendungen. Die Zellkulturen nutzten Eigenschaften von Pflanzengeweben. Das Unternehmen wollte damit unterschiedliche Verbindungen produzieren und Kosten senken.

7. ToolGen (199800.KQ)

Das Unternehmen nutzt eine CRISPR‑Cas9‑Plattform für die Gen‑Editierung. Sie wird für die menschliche Gesundheit, zur Verbesserung von Tier‑ und Pflanzeneigenschaften und zur Produktion von hochwertigen Verbindungen in Tier‑ und Pflanzenzelllinien eingesetzt. Seine Agrarforschungspipeline umfasst beispielsweise Sojabohnen mit einem gesünderen Fettsäureprofil, Herbizidresistenz, Dürre‑toleranz und Schädlingsresistenz.

8. Nicht börsennotierte Unternehmen

Nicht alle Unternehmen, die CRISPR zur Verbesserung der Landwirtschaft einsetzen, sind börsennotiert. Zu den privaten Unternehmen, Start‑ups und potenziellen Konkurrenten der oben genannten Firmen gehören Pairwise, Hudson River Biotechnology, PlantEdit oder Inari.