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Gentechnik an Tieren

Manipulation am Lebensmaterial

Die Euphorie unter den Wissenschaftlern war groß, als Anfang der achtziger Jahre endlich die Erzeugung von gentechnisch veränderten mehrzelligen Tieren gelang. Erzeugte die Drosophila, eine Taufliegenart und Haustier der Genetiker, noch kein größeres Interesse, so schlugen die Herzen doch höher, als die erste transgene Maus geboren wurde.

Der amerikanische Gen-Wissenschaftler Palmiter und seine Mitarbeiter übertrugen Mäusen menschliche Wachstumshormon-Gene. Mit deren Hilfe erreichten diese das dreifache ihrer normalen Körpergröße. Schnell kam die Hoffnung auf, mit dieser Methode auch bei landwirtschaftlich genutzten Tieren eine schnellere und höhere Fleischproduktion zu erreichen. Aber schon damals zeichneten sich die ersten Schwierigkeiten ab. Die gentechnisch veränderten Mäuse litten an krankhaften Veränderungen der inneren Organe. Dennoch war die Euphorie ungebrochen. Genährt von Berichten über erfolgreiche Gentransfers bei Kaninchen, Schweinen, Schafen und anderen Nutztieren wenige Jahre später, begeisterten sich Fachwelt, Pharmaindustrie und Politiker für eine bessere Zukunft durch transgene Tiere.

Kosten sparen durch resistentere Tiere

Im Bereich der landwirtschaftlichen Nutztiere erhofft man sich, die Probleme, die durch die intensive Nutztierhaltung entstehen, besser in den Griff zu bekommen. So sollen Arzneimittel- und Impfkosten durch krankheits- und stressresistentere Tiere eingespart werden können. Tiere mit besserer Futterverwertung und schnellerem Wachstum sorgen für eine schnellere und höhere Gewinnspanne bei der Fleischproduktion. Auch die Fleisch- oder Milchqualität soll gemäß den Wünschen der Verbraucher nach fettarmen Fleischprodukten bzw. laktosefreier Milch mit Genmanipulation verändert werden. Mediziner wollen mit Hilfe von transgenen Tieren, die bestimmte Krankheitssymptome entwickeln, neue Erkenntnisse über die jeweilige Krankheit erlangen und ggf. Therapien entwickeln. Transgene Schweine, deren Nieren, Leber und Herzen dem Menschen ähnlicher gemacht werden, sollen als Ersatzteillager für Organe dienen (Xenotransplantation). Die Pharmaindustrie ihrerseits versucht, transgene Tiere als „Bioreaktoren“ zu benutzen, die pharmazeutisch wirksame Substanzen produzieren. Diese Methode wird auch „Gene Pharming“ genannt. Solche transgenen Tiere sollen Medikamente u.ä. billiger und in größerer Menge herstellen als bisher die transgenen Mikroorganismen. Das Gene Pharming wird zurzeit als höchst profitabel angesehen, weswegen hier enorm investiert wird. Aber in keiner der genannten Sparten sind zurzeit marktreife Produkte vorhanden. Eine Übersicht, an welchen Tieren derzeit gentechnische Manipulationen durchgeführt werden und für welche Zwecke, gibt Tabelle 1.

Transgene Tierarten und ihre gewünschten Einsatzbereiche
Tier Bevorzugte Methode Einsatz
Rind Mikroinjektion Gene Pharming/ Nahrungsmittelproduktion
Schwein Mikroinjektion Gene Pharming/ Nahrungsmittelproduktion/ Xenotransplantation (Organspende)
Schaf Mikroinjektion Gene Pharming/ Nahrungsmittelproduktion/ Wollproduktion
Ziege Mikroinjektion Gene Pharming
Geflügel Retroviren / Mikroinjektion Nahrungsmittelproduktion
Fisch Mikroinjektion Grundlagenforschung/ Nahrungsmittelproduktion
Maus Mikroinjektion/ Embryonale Stammzellen/ Retroviren Grundlagenforschung/ Krankheitsmodelle bzw. Testmodell zur Medikamentenerprobung (Gene Pharming)
Kaninchen/ Ratte Mikroinjektion Grundlagenforschung/ Krankheitsmodelle bzw. Testmodell zur Medikamentenerprobung (Gene Pharming)
Insekten (Drosophila) Mikroinjektion/ Genübertragung mit Hilfe von "springenden Gensequenzen" (Transposons) Grundlagenforschung/ Schädlingsbekämpfung
Amphibien Mikroinjektion/ transgene Zellkulturen Grundlagenforschung
Nematoden (Fadenwürmer) Injektion in Geschlechtsanlagen Grundlagenforschung

Mäßiger Erfolg

Trotz einigen gelungenen Genmanipulationen bei Tieren – vor allem bei Mäusen – gibt es auch nach zwanzig Jahren Forschung noch keine vermarktbaren Ergebnisse aus transgenen Tieren. Prognosen, dass schon in den neunziger Jahren die ersten „optimierten“ Nutztiere marktreif wären, sind nicht eingetroffen. Statt dessen säumen Fehlversuche, Missbildungen und Totgeburten den Weg. Woran liegt es, dass, was bei den Pflanzen gelungen ist, bei den Tieren so viel schwieriger ist? Wer sich ein bisschen mit den Verfahren der Gentechniker vertraut macht, den wundert das nicht. Die Genmanipulation ist noch lange nicht der gezielte, kontrollierte Eingriff in das Erbgut von Lebewesen, wie es gerne von den Befürwortern propagiert wird. Im Gegenteil, die Methode mutet eher dem Einsatz eines Holzhammers als dem eines molekular-technischen Instrumentes an. Immer noch ist der tatsächliche Kenntnisstand über unsere Lebensprozesse zu gering, um abschätzen zu können, was ein solcher Eingriff bewirkt.

Techniken: Wie kommt das fremde Gen ins Tier?

Bei der Herstellung transgener Tiere oder Pflanzen, muss das fremde Erbgut in die Keimzellen (Eier und Spermien) eingefügt werden. Nur wenn die Keimbahn manipuliert wird, kann die gentechnische Veränderung an die Nachkommen weitervererbt werden. Die Herstellung transgener Pflanzen ist deswegen einfacher, da sich die meisten Pflanzen aus einzelnen Körperzellen (also vegetativ) wieder entwickeln können. Diese Zellen können in Kultur gehalten und auch vervielfältigt (kloniert) werden. Zellen, bei denen die Genübertragung nicht gelungen ist, können über bestimmte Kulturlösungen relativ einfach aussortiert werden. Da sich aus einer Zelle wieder eine komplette Pflanze entwickeln kann, findet sich in jeder Zelle dieser Pflanze das gleiche Erbgut wieder, so auch in den Geschlechtszellen. Die Fremdgene können so weitervererbt werden.

Embryonale Stammzellen bei der Maus

Bei den Säugetieren findet sich eine ähnliche Methode bis jetzt nur bei der Maus. Embryonale Stammzellen (EZ) von Mäusen werden in Kultur gehalten und können relativ gezielt gentechnisch verändert werden (= ES-Zelltechnik). Embryonale Stammzellen sind in der Lage, verschiedene Zell- und Organtypen zu bilden. Man nennt sie daher auch pluripotent. Durch geeignete Kulturmedien kann der Wissenschaftler die Stammzellen herausfischen, bei denen die Genübertragung erfolgreich war. Anschließend werden die transgenen Zellen einem frühen Embryo implantiert. Dieser Embryo wiederum wird zur Weiterentwicklung in eine scheinträchtige Leihmutter übertragen. Wegen ihrer Pluripotenz beteiligen sich die transgenen Stammzellen bei der Entwicklung zahlreicher Organe, wenn der Forscher Glück hat, auch an der Bildung von Keimzellen. Die Keimzellen bilden später die Ei- bzw. Spermienzellen mit verändertem Erbgut. Die gentechnische Veränderung würde damit auf die nächste Generation übertragen werden können. Die Tiere selber, die bei dieser Prozedur entstehen, haben sowohl Zellen mit Fremdgenen als auch Zellen ohne Fremdgene (sog. Chimären), siehe Grafik 1.

Mikroinjektion

Holzhammermethode Mikroinjektion

Bei anderen Säugetierarten ist es noch nicht gelungen, solche embryonale Stammzelllinien routinemäßig zu züchten. Daher versuchen die Wissenschaftler die Keimzellen (also Eier und Spermien) selber bzw. die Zygote (das gerade befruchtete Ei) zu manipulieren. Künstliche Genkopien werden in eine gerade befruchtete Eizelle mittels einer feinen Kanüle gespritzt. Diese Technik ist unter dem Namen Mikroinjektion bekannt. Im Gegensatz zu Pflanzen ist es vor allem bei Säugetieren relativ aufwändig, an die Keimzellen zu gelangen. Damit sich die „Ernte“ bei den weiblichen Spendertieren lohnt, werden sie vorher hormonell behandelt, um eine Superovulation bei ihnen zu induzieren. Das bedeutet, dass sie mehr Eier als gewöhnlich bilden. Zur Gewinnung der Eier werden bei Mäusen und Ratten die Spendertiere getötet. Nachdem die Eier geerntet und evt. noch künstlich befruchtet wurden, injizieren die Wissenschaftler 500 -1000 im Labor hergestellte Genkopien mit Hilfe einer sehr feinen Kanüle in die Zygote. Genauer: in einen der Vorkerne (meist der männliche). Diese Injektion muss erfolgen bevor der weibliche und der männliche Kern zusammenschmelzen. Diese Vorkernphase von wenigen Stunden ist bei jeder Tierart von unterschiedlicher Dauer und Erkennbarkeit. Auch die Größe der Eizelle ist entscheidend für eine erfolgreiche Trefferquote. Ist die Injektion gelungen und hat die Zygote überlebt, kommt sie zur weiteren Reifung entweder in ein geeignetes Kulturmedium (in vitro) oder aber in den Eileiter eines lebenden Tieres (in vivo). Diese Tiere müssen dabei nicht unbedingt von der gleichen Art sein. Die Wissenschaftler scheuen sich nicht, Rinder-Embryonen in die abgebundenen Eileiter von Kaninchen zu operieren. Zuletzt gelangen die Embryonen zur vollständigen Entwicklung in scheinträchtige Leihmütter, diesmal aber ihrer Art. Siehe Grafik 2.

Bildergalerie

Viren als Gentaxis

Bei einer anderen Methode bedienen sich die Wissenschaftler bestimmter Viren, um Fremdgene in einen Organismus einzuschleusen. Diese Viren haben die Eigenschaft, ihre Gensequenzen in das Erbgut des Wirtes einzuklinken. Werden nun künstliche Gene mit denen der Viren kombiniert, gelangen auch die künstlichen in das Erbgut des Wirtes. Meistens werden die Viren „entschärft“, d.h. Gensequenzen, die Krankheiten auslösen können, werden vorher eliminiert.

Bei Vögeln und Mäusen ist der Einsatz von Retroviren zum Gentransfer mittlerweile schon Routine. Doch viele Wissenschaftler halten diese Technik für unverantwortlich. Sie befürchten, dass selbst bei defekten Viren durch Neukombination mit anderen Virengenen, die schon im Organismus vorhanden sein können, neue gefährliche Viren entstehen.

Probleme: Glückspiel Genmanipulation

Die Technik der Mikroinjektion hat sich in den letzten zwanzig Jahren kaum verändert, obwohl diese Technik eine sehr geringe Trefferquote hat und von Tierart zu Tierart unterschiedliche Probleme mit sich bringt. Die geringe Größe der Eizellen oder ihre Verfügbarkeit im Kulturmedium machen die Injektion technisch sehr aufwändig. Bei vielen Tierarten ist die Vorkernphase kaum sichtbar. Zudem blähen sich die Vorkerne, in die die Gensequenzen gespritzt werden, bis zur doppelten Größe auf. Ob und wie sich die künstlichen Genkonstrukte in das Erbgut einfügen, kann der Gentechniker nicht steuern. Von null bis zu hundert Genkopien in einem Erbgutsatz (Genom) ist alles möglich. Auch wo genau die Genkopie im Genom eingebaut wird, entzieht sich der Kontrolle. So erstaunt es nicht, dass die meisten Embryonen diese Prozedur nicht überleben oder sich zu massiv verkrüppelten Tieren entwickeln. Ein Zahlenbeispiel verdeutlicht, wie mager die Ausbeute eines Gentechnikers sein kann:

Zur Herstellung transgener Schweine benötigten Wissenschaftler 2236 Zygoten mit menschlichen Wachstumshormon-Genen. Diese wurden in 35 Empfängertiere verpflanzt. 177 Ferkel konnten sich daraus entwickeln und kamen lebend zur Welt. Aber nur zwei von ihnen trugen die gewünschten Gene. Diese „Erfolgsquote“ von einem Prozent ist im Vergleich mit anderen Versuchen noch relativ gut (vgl. Tab 2). Die veröffentlichten Trefferquoten sind zudem recht unterschiedlich. Aber selbst, wenn lebensfähige Tiere geboren werden, kann der Genetiker immer noch nicht von einer erfolgreichen Genübertragung sprechen. Jetzt erst kann nachgewiesen werden, ob sich die Gene so eingefügt haben, dass sie vom Körper abgelesen werden. Vor allem zeigt sich jetzt erst, ob und wie der Organismus überhaupt mit der fremden Substanz zurechtkommt. Viele Effekte erscheinen erst nach einiger Zeit, je nach Tierart und zu erwartendem Lebensalter erst nach Jahren.

Schon die ersten transgenen Mäuse mit menschlichen Wachstumshormonen machten deutlich, dass solche massiven Eingriffe in den komplexen Stoffwechsel eines Lebewesens nicht ohne negative Folgen bleiben kann. Unerwünschte Nebenwirkungen wie krankhafte Veränderungen der inneren Organe verkürzten das Leben dieser Mäuse. Schlimmer noch erging es den transgenen Schweinen mit menschlichen Wachstumshormonen. Einige wuchsen anfangs zwar geschwind zu einer ansehnlichen Größe heran, dafür litten sie aber sehr schnell an Magengeschwüren, Arthritis, Nierenschmerzen und Hautkrankheiten. Das für die Schweine fremde Hormon unterlag nicht der körpereigenen Regulation. Die Schweine produzierten dieses Hormon immer weiter, obwohl die Konzentration im Blut schon lange einen krankhaften Wert angenommen hatte.

Auch Störungen anderer Gene durch die Manipulation werden häufig erst im Laufe der Entwicklung dieser Tiere sichtbar. Und zuletzt ist immer noch nicht garantiert, dass die gentechnische Veränderung stabil an die Nachkommen weitervererbt wird. Zum Ärger der Gentechniker schalten sich solche Gene aus noch nicht vollständig geklärten Gründen gerne wieder ab und verlieren sich von Generation zu Generation. Ein Problem, das auch von der Pflanzengenetik bekannt ist, nur dass man es hier wegen der kürzeren Generationszeiten schneller erkennt.

Und wo bleibt der Tierschutz?

Tiere müssen schon seit je her für Grundlagenforschung und allerlei Experimente herhalten. In den letzten Jahren aber entwickelte sich in unseren Kulturkreisen ein immer kritischeres Bewusstsein in der Bevölkerung. So wurde in der Vergangenheit versucht, durch entsprechende Gesetzgebungen wie z.B. der Versuchstiermeldeverordnung die Anzahl der Versuchstiere zu reduzieren. Dank dem Einsatz alternativer Systeme wie beispielsweise der Zellkulturtechnik war die Zahl der Versuchstiere jahrelang rückläufig. Seit den neunziger Jahren aber steigt sie wieder an (siehe Bild 2). In Deutschland werden im Gegensatz zu England die Tierversuche mit gentechnisch veränderten Tieren nicht gesondert erfasst. Eine Aussage, wie hoch der tatsächliche Anteil ist, lässt sich daher nicht machen. Der Anstieg von Versuchstieren im Jahr 2000 liegt unter anderem an der neuen Versuchstiermeldeverordnung. Dennoch lassen sich Zusammenhänge mit dem Einsatz von Gentechnik am Tier nicht leugnen. Das Bundesministerium für Verbraucher, Ernährung und Landwirtschaft erklärt dazu: „Tendenziell nimmt die Zahl der für Entwicklung und Prüfung von Stoffen verwendeten Tiere ab, während sie in der Grundlagenforschung sowie bei der Entwicklung diagnostischer Methoden weiterhin steigt. Dies dürfte in erster Linie auf die Verwendung transgener Tiere (überwiegend Mäuse und Fische) in diesen beiden Bereichen zurückzuführen sein.“ (November 2001) 

Weltweiter Tiermissbrauch

Die Entwicklung transgener Tiere führt also nicht, wie gerne von den Befürwortern behauptet, zu einer Reduktion von Tierversuchen – im Gegenteil: Zum einen ist sie selber eine Tiere verbrauchende Technik mit geringer Trefferquote und hoher Missbildungsrate. Allein in München sollen laut Berthold Merkel vom Tierschutzbund Bayern in einem einzigen Versuch der Verschleiß von 140.000 Mäusen beantragt worden sein. (Quelle: AOL-Newsbote 15.02.02 zitiert in GID Nr. 151 2002) Zum anderen ermöglichen sie wesentlich einfacher als bisher, Tiere für Tierversuche zu erschaffen. Neue Anreize, transgene Tiere zu entwickeln, werden zudem durch die neue Biopatentrichtlinie gegeben. Transgene Tiere werden hier technischen Erfindungen gleichgesetzt und patentiert. Ihre Entwicklung wird somit ökonomisch belohnt. Aber auch ein transgenes Tier, ob Erfindung oder nicht, ist ein leidensfähiges Lebewesen. Häufig sind Fehlentwicklungen und Missbildungen sogar das erklärte Ziel einer gentechnischen Manipulation, wie die Krebs-, Fettsucht- oder Alzheimer-Mäuse zeigen.

Nach dem Grundgesetz sind Wissenschaft, Forschung und Lehre frei und standen bisher gesetzlich (verfassungsrechtlich) über den Rechten der Tiere. Egal, wie ethisch zweifelhaft das Ansinnen der Wissenschaftler auch immer war, letztendlich gab ihnen die Gesetzgebung freie Hand. Nun haben Bundestag und Bundesrat vor kurzem beschlossen, den Tierschutz ins Grundgesetz aufzunehmen. Ob sich dadurch die Situation der Tiere in den Versuchslaboren verbessern wird, bleibt abzuwarten. Sogar in den USA hat sich beim Tierschutz etwas bewegt: Hier zählen Mäuse, Ratten und einige Vogelarten nun auch zu den Tieren. Vorher gesetzlich als „Nicht-Tiere“ definiert, fielen sie bis dahin nicht unter das dortige Tierschutzgesetz.4

Kein Ende in Sicht

Trotz zahlreicher Misserfolge und hohem finanziellen und zeitlichen Aufwand, haben die Gentechniker noch nicht aufgegeben, Wundertiere erschaffen zu wollen. Zu groß ist der Glaube an die Allmacht der Wissenschaft. Über kurz oder lang werden die technischen Schwierigkeiten schon in den Griff zu bekommen sein, so ihre Hoffnung. Und in der Tat: Mit der ersten Geburt des geklonten Schafes Dolly 1995 keimte neue Hoffnung auf. Die Kerntransfermethode, mit der Dolly erschaffen wurde, soll die lang ersehnte technische Erfindung sein, mit der sich die Probleme der Mikroinjektion lösen lassen. Doch auch hier gibt es Schwierigkeiten. Denn Dolly und andere Klontiere leiden an Krankheiten. Bis aber auch hier Ernüchterung einsetzt, werden noch sehr viel Geld und viele Tierleben verbraucht werden.

Transgene Tiere

In mehreren Beiträgen möchten wir Ihnen einen Überblick über die Arbeit der Gen-Wissenschaftler geben, die in ihren Laboren Tiere als „biologisch optimierte“ Lebensmittel entwickeln oder als Zuchtstation für Organe benutzen. Obgleich gentechnisch veränderte Pflanzen quasi schon fast in aller Munde sind, sei es als Lebensmittel, oder heiß diskutiert von Politik und Öffentlichkeit, haben transgene Tiere den Sprung auf unseren Teller noch nicht geschafft. Immer wieder aber überraschen uns die Wissenschaftler mit so genannten Erfolgsmeldungen.

Ob als Dolly, Hermann oder Tracy – Stellvertreter für die erfolgreiche Anwendung biotechnologischer Verfahren bei Tieren – sollen die von Menschenhand kreierten Lebewesen den Durchbruch zu einem neuen Zeitalter der „Tierzucht“ markieren. Mit einer Kombination von Gentechnologie und Klonierungstechnik sollen planbare Supertiere hergestellt werden: Stressresistent sollen sie sein, gleichzeitig Medikamente in ihrer Milch oder im Blut produzieren und am besten noch schneller wachsen und mehr Fleisch liefern.

  • Doch wie weit ist die Forschung mit der Entwicklung der „eierlegenden Wollmilchsau“?
  • Welche Schwierigkeiten gibt es bei der gentechnischen Manipulation von Tieren?
  • Wann ist mit dem ersten transgenen Stück Fleisch auf unseren Tellern zu rechnen?
Tier Trefferquote %
Mäuse 1-10
Rind 0,04-2,6
Schaf 0,1-4,4
Schwein 0,3-4
Ziege 0,5-3
Ratte 0,14-1,6
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