Fokusartikel

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(Bild: Shutterstock. Menschliche Chromosomen unter dem Mikroskop)

Fokusartikel Gentechfrei Magazin Nr. 111

Die Geschichte des Gens

«Ein Gen ist zuerst einmal ein Wort und nicht viel mehr», sagt der Forscher Ignacio Chapela von der University of California (USA). «Je mehr wir forschen, desto weniger wissen wir, was ein Gen ist. Wir wissen aber, was ein Gen nicht ist: Ein Gen sendet keine Informationen an die Zelle aus; ein Gen dirigiert nicht das Zellgeschehen. Ein Gen ist nicht alleine für die Vererbung verantwortlich. Es gibt keine allgemein gültige Definition dessen, was ein Gen ist.» Er habe bei vielen praktizierenden Biologen und Biologinnen nachgefragt – und immer andere Antworten erhalten, abhängig von ihren jeweiligen Forschungsprojekten. «Ein bekannter Biologe meinte, ein Gen sei wie die Kunst, es kommt auf die Phantasie des Betrachters an.»

Text: Florianne Koechlin

Machen wir einen kurzen Exkurs in die Geschichte des Gens. Im 19. Jahrhundert führte Gregor Mendel seine berühmten Kreuzungsversuche mit Erbsen durch. Er fand, dass die Nachkommen ganz bestimmte Eigenschaften von ihren Eltern übernehmen. Es müssten also, meinte er, bestimmte Faktoren für die Vererbung existieren. Diese nannte er folgerichtig Erbfaktoren.
Der Begriff Gen wurde erst später, im Jahr 1909, vom Biologen Wilhelm Johannsen kreiert. Er meinte damit eine biologische Substanz, die Eigenschaften eines Lebewesens bestimmt und dafür sorgt, dass diese Informationen von Generation zu Generation weitergegeben, eben vererbt, werden. Woraus diese Erbsubstanz besteht, wo sie sich befindet, wie sie funktioniert, das wusste man nicht – es war eine Black Box.
Später fanden Forscher, dass sich diese Erbfaktoren, nun Gene genannt, in den Chromosomen eines jeden Zellkerns befinden müssten. Sie bestünden aus dem chemischen Molekül DNA (deoxyribonucleic acid). Doch wie diese aufgebaut war und wie sie Erbfaktoren enthält und an nächste Generationen weitergibt, wusste man immer noch nicht.

 Modell für die Struktur der DNA

ACAT_PermakulturGregor Mendel fand bei seinen berühmten Kreuzungsversuchen mit Erbsen heraus, dass die Nachkommen ganz bestimmte Eigenschaften von ihren Eltern übernehmen. Diese nannte er Erbfaktoren. (Bild: Shutterstock)

1953 präsentierten die beiden Forscher Francis Crick und James Watson ein Modell für die Struktur der DNA: die berühmte Doppelhelix1. Sie sei aufgebaut wie eine Strickleiter mit starren Sprossen, die zu einer Spirale verdreht ist. Die Sprossen bestünden aus vier organischen Molekülen, die sich abwechseln und das genetische Alphabet bildeten. Die Reihenfolge dieser vier Buchstaben enthalte die Informationen, sozusagen wie ein Code.
Francis Crick stellte etwas später das Zentrale Gendogma auf: Demnach sei ein Gen ein klar abgegrenzter Abschnitt auf dem DNA-Faden und enthalte die Instruktionen für den Aufbau eines Proteins. Aus Proteinen entstünden der Bauplan eines Lebewesens sowie alle Stoffwechselvorgänge, die für das Leben notwendig sind. Dem zentralen Gendogma zufolge stehe ein Gen am Anfang jeder Reaktionskette; die Informationen würden nur in eine Richtung laufen – vom Gen zum Protein, nie umgekehrt. Ein Gen produziere immer dasselbe Protein, unabhängig von der Umgebung, es sei ein Ding, das Instruktionen aussendet, selbst aber keine empfängt. Ein DNA-Strang enthalte abertausende solcher Gene – alle zusammen bildeten unser Erbgut.
Das zentrale Gendogma lautet also: Gen → Protein → Bauplan und Stoffwechselvorgänge eines Lebewesens.
«Gene», wie von Francis Crick postuliert, «wurden zur Grundlage aller Lebensphänomene hochstilisiert.» «Gene», sagt Ignacio Chapela, «sollten eine Erklärung dafür liefern, was Lebewesen zu dem macht, was sie sind und was sie tun. In den Genen und in der Vererbung schien sogar die Zukunft eines jeden Lebewesens verborgen zu sein. Molekularbiologie wurde zu einer Art neuer Religion. Das Gendogma war einfach, elegant und machtvoll.»

1 Sie hatten Kenntnisse über die chemische Zusammensetzung der DNA mitden Daten einer neuen, spektakulären Röntgenstrukturanalyse des Zellkerns von Rosalind Franklin kombiniert und erhielten dafür den Nobelpreis. Der wesentliche Beitrag Rosalind Franklins wurde von den beiden nicht erwähnt.

Eine krasse Vereinfachung

Die Zäsur: 2001 wurde die Entschlüsselung des menschlichen Genoms gefeiert, ein weiterer Meilenstein in der Geschichte der Molekularbiologie. Da menschliche Zellen rund 100 000 verschiedene Proteine enthalten, erwartete man rund 100 000 Gene, für jedes Protein ein Gen. Tatsächlich stellte sich aber heraus, dass es nur rund 20 000 sind. Der winzig kleine Fadenwurm Caenorhabditis elegans trägt ebenfalls rund 20 000 Gene, eine Tomate etwa 30 000. Der Fadenwurm so komplex wie ein Mensch? Und eine Tomate noch viel komplexer? Etwas war grundlegend falsch.

Das zentrale Gendogma erwies sich bald als krasse Vereinfachung:
- Gene sind keine genau definierten Orte auf der DNA. Ein DNA-Abschnitt kann auch gespleisst werden, d.h. aufgetrennt, wieder zusammengesetzt oder gekürzt und auf diese Weise Informationen für viele Proteine enthalten. Genauso wie aus dem Wort Erbgut die Wörter Geburt, Betrug und auch er oder EU geformt werden können. Ein Beispiel: Ein Gen/DNA-Abschnitt von Zellen im Innenohr eines Huhns kann bei der Formung von über 500 verschiedene Proteinvarianten mitbeteiligt sein.
- Ein DNA-Abschnitt oder Gen kann je nach Umgebung verschiedene Funktionen haben. So ist zum Beispiel ein Gen bekannt, das bei Fruchtfliegen an der Bildung von Sehpigmenten, bei Säugetieren jedoch an der Reifung des Immunsystems beteiligt ist. Dieses Gen hat also in verschiedenen Umgebungen gänzlich unterschiedliche Funktionen.
- Kommunikation findet in alle Richtungen statt, nicht nur von einer DNA-Sequenz zu einem Protein. Auch Proteine senden Informationen an DNA-Abschnitte; DNA-Abschnitte informieren sich gegenseitig; Proteine senden Informationen an andere Proteine – in einer Zelle werden ununterbrochen gigantische Mengen an Informationen in alle Richtungen ausgetauscht, vernetzt, verarbeitet und beantwortet. DNA-Abschnitte sind im Grunde genommen nur Zulieferer biochemischer Moleküle, welche die Zelle in ihrem jeweiligen Entwicklungsstadium oder funktionellen Zustand braucht. Das ist eine totale Umkehrung der Hierarchie. Die DNA ist wichtig für die Herstellung von Proteinen, doch eigentlich sind sie Moleküle wie alle anderen auch. Sie werden von der Zelle aktiviert, wenn ihre Produkte benötigt werden. Da spielen auch Umweltbedingungen eine Rolle.
- Die DNA agiert überhaupt nicht. Auf sie muss eingewirkt werden, sie ist passiv. Es braucht eine Kooperation mit einem ganzen Team verschiedener Proteine, der RNA (ribonucleic acid) und anderer Moleküle, welche die DNA regulieren, aktivieren oder stilllegen – das weite Feld der Epigenetik tut sich auf. Epi heisst auf Griechisch darüber. Epigenetik ist ein System, das sich über den Genen befindet, ein übergeordnetes Informationssystem, mit dessen Hilfe eine Zelle ihre Gene an- und abschalten kann.
- Auch der Glaube, dass DNA-Abschnitte die einzigen Bausteine für die Vererbung sind, kann nicht länger aufrechterhalten werden. Vererbung ist immer noch ein Mysterium, ein komplexer und unvorhersehbarer Prozess. Natürlich erben wir gewisse Qualitäten von unseren Eltern und natürlich spielt die DNA dabei eine wichtige Rolle. Doch auch andere Prozesse, wie eben die Epigenetik, sind an der Vererbung beteiligt.

Das Wort Gen, so wie es Wilhelm Johannsen im Jahr 1907 postuliert hat, stammt aus dem Griechischen und bezeichnet ein Ding, das etwas generiert, also erzeugt, ja sogar gebärt. Doch ein Gen generiert gar nichts. Ignacio Chapela sagt: «Alles, was wir heute wissen, ist Folgendes: Gene gehören zur DNA. Mehr nicht. Ein Gen ist keine biologische Realität, sondern ein abstraktes Konzept, das Wissenschaftler auf der DNA platziert haben. Da besteht eine riesige konzeptionelle Lücke.»
Es stimmt natürlich, dass es einige seltene Erbkrankheiten und andere Eigenschaften gibt, die durch eine DNA-Sequenz verursacht werden, aber auch da ist es meistens komplizierter. Die allermeisten Eigenschaften aber beruhen auf vielen, ja auf hunderten verschiedenen DNA-Abschnitten, in enger Kooperation und Interaktion mit zahlreichen anderen Molekülen, mit Proteinen, Enzymen, Signalstoffen und vielem mehr.

Agrogentechnik: bisher phänomenal erfolglos

Erosion
Im Labor, unter künstlichen und streng kontrollierten Bedingungen, kann eine Gen-manipulation unter Um-ständen funktionieren. Doch der Schritt vom Labor ins Feld gelingt selten. (Bild: Shutterstock)

Vom Gendogma führte der Weg direkt zur Gentechnik: dem künstlichen Transfer fremder DNA-Sequenzen ins Erbgut eines nicht verwandten Lebewesens, zum Beispiel einer DNA-Sequenz eines Bakteriums ins Erbgut einer Pflanze.
Gerade in der Agrogentechnik ist die Bilanz der Gentechnik bisher aber ernüchternd. Es gibt gerade einmal zwei erfolgreiche Genmanipulationen bei Pflanzen – trotz Milliarden Investitionen, trotz 30 Jahren aufwändigster Forschung. Es sind dieselben, die vor über einem Vierteljahrhundert auf den Markt kamen: 99 Prozent aller gentechnisch veränderten Pflanzen sind entweder resistent gegen eines oder mehrere Totalherbizide – die allermeisten gegen das umstrittene Herbizid Glyphosat (Roundup von Monsanto). Roundup, das heute im Verdacht steht, Krebs auszulösen und die Umwelt zu schädigen. Die andere Gruppe gentechnisch veränderter Pflanzen enthält in jeder Zelle eine DNA-Sequenz des Bakteriums Bacillus thuringiensis (Bt), das für die Produktion eines oder mehrerer insektizider Gifte verantwortlich ist. Es sind also zwei Gruppen, genmanipulierte Pflanzen mit einer Herbizidresistenz und Bt-Pflanzen, die ihr eigenes Insektizid produzieren, die heute auf den Feldern grossflächig angebaut werden. Die einzige grosse Neuerung sind Pflanzen, die eine Kombination dieser beiden Gene enthalten (sog. stacked genes, zu deutsch: gestapelte Gene). Diese zwei Veränderungen sind wahrscheinlich deshalb so erfolgreich, weil sie ausserhalb der Zellregulation liegen und nicht in das komplexe Wechselspiel der Pflanze mit der Umwelt eingebunden sind.
Denn eine Genmanipulation ist ein Eingriff in ein hochdynamisches Netzsystem, wo jeder Eingriff, auch der kleinste, zu unvorhergesehenen Veränderungen führen kann. Wo verrückte Gene verrücktspielen, Nachbarschaftsbeziehungen gestört und unerwartete Veränderungen an ganz anderen Orten im Erbgut (sog. pleiotrope Effekte) verursacht werden können.

Der Schritt vom Labor ins Feld gelingt nicht

Bei allen Grossexperimenten zeigte sich immer das gleiche Bild: Im Labor, unter künstlichen und streng kontrollierten Bedingungen, kann eine Genmanipulation unter Umständen funktionieren. Doch der letzte kleine Schritt vom Labor ins Feld gelingt nicht. Im Freien, in einer fluktuierenden und sich ständig ändernden Umwelt, in Wechselwirkung mit anderen Lebewesen, mit Insekten, Mikroben oder Pflanzen, treten plötzlich überraschende Veränderungen und Entwicklungen auf. Die Umgebung kann das Erbgut auf ganz unvorhersehbare Art und Weise beeinflussen (Stichwort Epigenetik). Pflanzen werden zum Beispiel plötzlich krank oder verlieren ihre Widerstandskraft. Heute erleben wir einen neuen Hype. Neue Methoden, sogenanntes Gene Editing, darunter das CRISPR/Cas9-Verfahren, sollen viel präzisere Eingriffe ins Erbgut erlauben als die heute gängige Gentechnik. Die gleichen grossspurigen Versprechen, ähnlich naive Glaubensbekenntnisse. Wieder taucht das zentrale Gendogma auf, wieder werden komplexe Netzeigenschaften eindimensional auf DNA-Abschnitte zurückgeführt, auf DNA-Abschnitte, die man ausschalten, verändern, neu einsetzen zu können glaubt.

(Gekürzte Fassung aus dem neuen Buch, das Anfangs 2021 erscheinen wird.)

Florianne Koechlin

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(Bild: Florianne Koechlin)

Die Biologin Florianne Koechlin war Gründungsmitglied der SAG und lange Zeit im Vorstand, unter anderem zuständig für die Kampagne Keine Patente auf Leben oder die europäische Koor-dination gentechkritischer Grup pen (GENET). Heute schreibt sie vor allem Bücher; das letzte hiess Was Erbsen hören und wofür Kühe um die Wette laufen (2018, mit Denise Battaglia), das nächste erscheint im Frühjahr 2021.

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(Bild: Shutterstock, Montage: Bivgrafik)

Fokusartikel Gentechfrei Magazin Nr. 112

Die Gentechnik-debatte ist weiterhin aktuell

Man wollte live feiern und nicht online. Und das hat geklappt. 65 Personen haben sich zur Jubiläumsfeier im Naturama in Aarau eingefunden. Es war eine bunte, lebendige Veranstaltung mit vielen individuellen Protagonisten, die meisten etwas angejahrt, aber voller Verve. Monika Stocker in ihrer Rolle als Mitgründerin und erste Präsidentin der SAG, Herbert Karch, sehr aktiv in der Kampagne zur Gentechfrei-Initiative und über Jahre im Vorstand, und Florianne Koechlin, ebenfalls langjähriges Vorstandsmitglied der SAG, kommen zu Wort. An der anschliessenden Podiumsdiskussion diskutiert SAG-Geschäftsführer Paul Scherer mit dem Klimaaktivisten Dominik Waser und der aktuellen SAG-Präsidentin Martina Munz über die Zukunft der Landwirtschaft.

Text: Kathrin Graffe

Wie alles begann. «Mir sind es Hämpfeli gsi», so beginnt Monika Stocker ihr Referat. Die Arbeitsgruppe Gentechnologie, wie sie sich damals nannte, habe sich unregelmässig in einer Seitengasse hinter dem Hauptbahnhof Zürich getroffen und debattiert. Die lockere Gruppe entwickelte sich bald zu einer festen Institution. 2019 zählte die Schweizer Allianz Gentechfrei, wie sie sich inzwischen nennt, rund 2 000 Mitglieder und 2 000 Spenderinnen. Nicht geändert hat sich, wie man gentechkritischen Personen von Seiten der Wissenschaft begegnet, was die Rednerin mit einigen beispielhaften Anekdoten illustriert. Die SAG-Präsidentin der ersten Stunde berichtet, wie man sie und ihre Kolleginnen in die Forschungsstation in Lindau einlud und herumführte. Das Labor sei hermetisch abgeschlossen gewesen und nur mit Schutzbekleidung zu betreten. Auf ihre Frage, wieso denn das, wenn doch Freisetzungen so unproblematisch seien, blieb man eine Antwort schuldig und verabschiedete sich kurz angebunden.

Neben dem Thema Freisetzungen setzte man sich schon in den Anfängen der SAG auch mit dem Thema Patente auf Leben auseinander. Mit diesem Thema habe man neue Sympathisantinnen und Unterstützer mobilisieren können, zum Beispiel in kirchlichen Kreisen, «Gerechtigkeit, Frieden, Bewahrung der Schöpfung» war hier der Slogan, der zu den Anliegen der SAG passte. Immer mehr Menschen erkannten den Zusammenhang zwischen der kritischen Betrachtung der Gentechnologie und ethischen Fragen. Als der Hype um die Möglichkeiten der Gentechnik in der Reproduktionsmedizin aufkam, setzte Monika Stocker sich im Nationalrat vehement dafür ein, die Notwendigkeit solcher Techniken zu hinterfragen und den ethischen Aspekten in der Diskussion mehr Gewicht zu geben. Zivilgesellschaftliche Kreise, Naturwissenschaftlerinnen und die institutionell-politischen Kräfte müssten mehr zusammenarbeiten, «damit wir das nicht gegeneinander ausspielen. Es braucht alle, die an diesen Themen arbeiten.» So ihr Résumé.

Das waren die Anfänge der Bewegung, die sich im Verlauf zur SAG formierte, und wie ging es weiter? Nach der Kampagnenarbeit für die Gen-Schutz-Initiative, die leider vor dem Volk nicht reüssierte, folgte 2005 ein Meilenstein und bahnbrechender Erfolg, die Kampagne und die Abstimmung zur Gentechfrei-Initiative.

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Monika Stocker (Bild: Flurin Bertschinger)

«Erinnerungen an bewegte Jahre»

An dieser Stelle hat Herbert Karch, eine der Schlüsselfiguren dieser Abstimmungskampagne, das Wort. Er wolle das SAG-Jubiläum zum Anlass nehmen, um 15 Jahre Gentechfrei-Initiative zu feiern. Er blickt zurück und illustriert, wie Initiativgegner von Agrarkonzernen, aus der Wissenschaft – insbesondere von der ETH Zürich und dem botanischen Garten Bern – mit ihren Prognosen für Untergangsstimmung sorgten. Sie prophezeiten die Gefährdung des Forschungs- und Wissenschaftsstandortes Schweiz, die Abwanderung von Wissenschaftlern und die Verunmöglichung von Grundlagenforschung.

Die Handelszeitung zitierte Bernd Schips, den Leiter der Konjunkturforschungsstelle KOF am 3.11.05: «Für den Forschungs- und Wirtschaftsstandort Schweiz wäre die Annahme des Gentech-Moratoriums verheerend... Wissenschafter setzen sich ins Ausland ab.» Den volkswirtschaftlichen Schaden könne Schips allerdings nicht beziffern. In der gleichen Ausgabe war zu lesen: «Wenn man die Freisetzung verbieten will, dann tangiert das direkt auch die Grundlagenforschung.» Und auch Versprechungen wurden gemacht, so vom Immunologen Beda Stadler (swissinfo, 8.2.2005): «Es gibt keine Technik, die alleine den Hunger stillt. Doch Gentechnik wäre eine einfache Methode, damit die Dritte Welt auf einfache Weise mehr Ertrag und Export liefert.»

Nicht ohne Stolz fasst Karch zusammen: «Die Angstmacherei hat nicht gefruchtet. Es ist uns gelungen, nicht in eine allzu defensive Abwehrstrategie zu verfallen, sondern mit positiven Bildern und Botschaften die Stimmberechtigten zu überzeugen.» Man sehe, dass 15 Jahre später, die Forschung weiterhin möglich sei und unsere relativ naturnahe Landwirtschaft die Überlegung ‹gentechfrei oder nicht› immer noch überflüssig mache. «Noch immer – 15 Jahre später – haben wir eine gentechfreie Landwirtschaft in der Schweiz!» Und eine Lösung für den Hunger in der Welt habe die Gentechnik bisher nicht geliefert. (siehe gentechfrei Nr. 108, Januar 2020)

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Herbert Karch (Bild: Flurin Bertschinger)

Was ist ein Gen?

Mit dieser Frage beginnt Florianne Koechlin. Sie gehörte zu der von Monika Stocker beschriebenen Gründungsgruppe, war jahrelang Vorstandsmitglied der SAG. «Eigentlich e wahnsinnsgueti Frog, wo niemer d’Antwort weiss.» Um doch eine gute Antwort zu finden, blickt sie zurück auf die Geschichte der Genforschung, beginnt bei Mendel und seinen Erbsen, beschreibt wie Watson und Crick 1953 mit dem Doppelhelix-Modell ein Gen als einen Abschnitt auf der DNA definierten. Das zentrale Gen-Dogma aus dieser Zeit, das heute noch von vielen als richtig erachtet wird, lautet: Ein Gen codiert für ein Protein und dieses ist wiederum für die Strukturausbildung und den Stoffwechsel eines Organismus verantwortlich. Daher stellte man sich vor, Gensequenzen könnten nach Art von Legobausteinen an einem Ort ausgeschnitten und an einem anderen Ort wieder eingesetzt werden. Daran knüpften sich hohe Erwartungen. Man hoffte, Krankheiten wie Krebs endlich einfach zu besiegen, «Genetics – the future is now», so titelt das «TIME Magazin» Anfang 1994.

US-Präsident Bill Clinton hatte es als «Book of life» bezeichnet und 2003 war es so weit: Das menschliche Genom war entschlüsselt. Im Nachzug wird klar, so erklärt Florianne Koechlin, dass eine Gensequenz nicht allein wirke, sondern von seiner Umgebung, seiner Position in der DNA-Sequenz, von RNA, Enzymen, Methylgruppen und anderen Faktoren abhängig sei. Die identische Gensequenz könne in einem anderen Kontext, in einem anderen Organismus bzw. an einer anderen Stelle eine ganz andere Funktion übernehmen. Die Zelle und ihre Bestandteile bestimmten die Wirkung der Gene mit und nicht nur umgekehrt. «Damit ist das Gen-Dogma auf den Kopf gestellt.» Diese Erkenntnis war der Anfang der Systembiologie, die die regulatorischen Prozesse über alle Ebenen mitberücksichtigt, die auf die Gensequenz wirken und sie bei ihrer Ausprägung beeinflussen. (siehe gentechfrei Nr. 111, Juli 2020)

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Florianne Koechlin (Bild: Flurin Bertschinger)

Was können wir für die Landwirtschaft der Zukunft tun?

Nach Rückschau auf bewegende Geschichten richtet sich der Blick am Schluss nach vorne. Paul Scherer befragt Martina Munz und Dominik Waser, Initiant «Landwirtschaft mit Zukunft» und Klimaaktivist, zu den kommenden Chancen und Herausforderungen der Landwirtschaft. Dominik Waser sieht es als sein Kernziel an, mehr Junge für das Thema Ernährung und Landwirtschaft zu begeistern. Der Landschaftsgärtner und Foodwaste-Aktivist bildet sich gerade zum biodynamischen Landwirt weiter und lebt damit, was er sagt. Es sei zu wenig passiert in den letzten Jahren, und zwar nicht, weil keine Ideen da seien, in welche Richtung es gehen sollte, sondern weil die Leute zu wenig verstünden, worum es ginge, und dadurch nicht motiviert seien, sich zu engagieren. Zusätzlich wirkten Macht- und Profitinteressen von Konzernen einer Entwicklung entgegen, wie er sie sich wünsche. Martina Munz, SAG-Präsidentin und seit 6 Jahren im Nationalrat, fühlt sich beflügelt von der jungen Klimabewegung: «Den Jungen geht es nicht nur um Action und innere Motivation, sie bringen auch ein enormes Fachwissen mit. Dazu möchte ich euch einfach gratulieren.»

Wie sieht sie politisch das Thema Gentechnik ? «Wir haben noch nichts verbummelt.» Bei der Gentechnik sei es so, dass es zu verhindern gelte, dass der Damm breche. Im Moment halte dieser noch. Politik solle auf einer ethischen Grundhaltung basieren und die Wissenschaft der Politik beratend zur Seite stehen. Dafür müsse die Wissenschaft ethische Bedenken ernster nehmen. Gentechkritische Menschen würden nämlich oft als naiv und unwissend dargestellt und nicht ernst genommen, auch wenn ihre Kritik wissenschaftlich fundiert sei.

Martina Munz und Dominik Waser sind sich einig, dass es jetzt darum gehe, durch Wissensvermittlung mehr Menschen für ihre Anliegen ins Boot zu holen. Dominik hat vor, anschaulich die wissenschaftlichen Hintergründe und Zusammenhänge der Probleme in der Landwirtschaft, wie Biodiversitätsverlust oder Überdüngung, einer breiten Öffentlichkeit nahezubringen. Zudem möchte er zwischen Bäuerinnen und Konsumierenden vermitteln und so Verständnis für die Sicht des jeweils anderen erreichen. Es gehe darum, Konfrontationen und Schuldzuweisungen aufzulösen und eine gemeinsame Stossrichtung zu entwickeln. Martina Munz stimmt zu: Bauern und Bäuerinnen wollten eine Qualitätslandwirtschaft, auch wenn dies bei der Bevölkerung nicht immer so ankomme. Konsumentinnen und Konsumenten spielten hier eine wichtige Rolle, zum Beispiel wenn sie lokal und bio einkaufen. Man ist sich abschliessend einig: Gegenseitige Unterstützung ist nur dann möglich, wenn man beide Seiten sieht und versteht. Wissen und Wissenschaft spielen dabei eine wichtige Rolle, auch um den Einfluss der Grosskonzerne und der wirtschaftlichen Interessen im Ganzen zu verstehen. Nur mit einem ganzheitlichen Verständnis könne die Situation verbessert werden und sei zielführendes Handeln möglich.

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Martina Munz und Dominik Waser (Bilder: Flurin Bertschinger)

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(Bild: Shutterstock, Urban Farming (städtische Landwirtschaft))

Fokusartikel Gentechfrei Magazin Nr. 113

Landwirtschaft mit Zukunft

Extreme Wetterereignisse oder neu sich verbreitende Schädlinge – die Landwirtschaft ist vom Klimawandel stark betroffen. Es sind dies Folgen eines Wandels, den sie mitverursacht. Der Zusammenhang zwischen den industrialisierten, auf Hochleistung und Gewinn fokussierten landwirtschaftlichen Praktiken und deren klimaschädigende Emissionen ist klar belegt. Trotzdem versucht die Agrarindustrie, dieses System mit Massentierhaltung und Monokulturen aufrechtzuerhalten. Anstatt das Problem an den Wurzeln zu packen und umweltverträgliche Lösungen zu suchen, wirbt sie für Symptombekämpfung mit Genomeditierung. Eine nur kurzfristig wirksame, jedoch lukrative Technologie mit potenziell gravierenden Folgen für Klima und Umwelt.

Text: Zsofia Hock

Die Landwirtschaft spielt beim Klimawandel eine Doppelrolle: Sie ist Täterin und Opfer zugleich. Dementsprechend muss zweigleisig nach Lösungen gesucht werden, um einerseits die negativen Auswirkungen der gängigen landwirtschaftlichen Praxis zu mindern und andererseits die Produktion an die Folgen des Klimawandels anzupassen.
In der Schweiz verursacht die Landwirtschaft etwa 13 Prozent der Gesamtheit der klimaschädlichen Emissionen – weltweit liegt dieser Trend noch höher, bei 20 bis 25 Prozent. Unter den Treibhausgasen ist Kohlendioxid das bekannteste. Dieses Gas wird durch Energienutzung, Waldzerstörung und durch den Abbau der organischen Bodensubstanz als Folge der Landnutzung freigesetzt.

Methan
und Lachgas haben jedoch einen deutlich höheren Schadeffekt. Der wesentlichste Anteil am Ausstoss dieser beiden Gase ist auf die intensive Tierhaltung und die damit verbundene Kraftfutterproduktion zurückzuführen. So stammt Methan vorwiegend aus der Verdauung der Wiederkäuer. Beim Lachgas ist die Bodenbewirtschaftung die bedeutendste Quelle der Emissionen. Indirekt spielt auch die Tierhaltung durch den Anbau von Futterpflanzen und durch die Ausbringung und Lagerung von Mist und Gülle eine Rolle. Methan und Lachgas entweichen zudem auch bei der Herstellung von synthetischen Düngemitteln.

Die verschiedenen Treibhausgase, die bei landwirtschaftlichen Prozessen entstehen, beeinflussen sich gegenseitig. So kurbelt beispielsweise die Zufuhr von Stickstoffdüngern das Wachstum von Pflanzen an, wodurch sie mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen - ein klimaschonender Effekt. Doch die klimaschädliche Wirkung des Lachgases, das aus dem gedüngten Boden freigesetzt wird, übersteigt diesen. Deshalb ist eine ganzheitliche Betrachtung der verschiedenen Kreisläufe notwendig.

Mit der Genomeditierung hingegen wird versucht, an einzelnen Stellen ins System einzugreifen. Mal sollen methanbildende Mikroorganismen, welche im Pansen der Wiederkäuer leben, so verändert werden, dass sie weniger klimaschädliche Gase erzeugen, mal das Genom der Kuh selbst, damit die Weitervererbung dieser Mikroorganismen nicht begünstigt wird. Was dabei unverändert bleibt: die hoch industrialisierte, auf Leistung und Ertrag getrimmte Landwirtschaft mit all ihren negativen Auswirkungen, etwa die erhöhten CO2-Emissionen durch die Umwandlung von Wäldern zu Ackerland, hohe Lachgasemissionen durch synthetische Dünger beim Futteranbau, die Ausbreitung von Krankheitserregern in zu dichten Beständen oder Flächenkonkurrenz zwischen Futter- und Lebensmittelproduktion.

Für die Agrarindustrie scheinbar kein Problem: Für solche Hindernisse hat sie eine technologische Lösung bereit. Mit Genomeditierung sollen Pflanzen mit veränderter Wuchsform kreiert werden, die dichter aneinander gepflanzt werden können und die Düngemittel so auf eine geringere Fläche ausgebracht werden müssen. Oder mit Genomeditierung sollen Nutzpflanzen dazu befähigt werden, den Stickstoff aus dem Boden effektiver zu verwerten. Besonders verwegen: den ganzen Prozess der Fotosynthese umgestalten, so dass sie effektiver funktioniert und den Ernteertrag ohne zusätzlichen Dünger verdoppelt oder aber effektiver Kohlendioxid bindet. Hauptsache, die lukrative Intensivproduktion kann aufrechterhalten werden.

Landwirtschaft als Opfer der Klimaveränderung

KartoffelnDie Vielfalt ist die Grundlage der Agrarökologie. Alte Kartoffelsorten auf dem Markt. (Bild: Shutterstock)

Durch ihre Verbundenheit mit der Natur leidet die Landwirtschaft stark unter den negativen Auswirkungen des Klimawandels. Besonders schwer betroffen sind die südlichen Entwicklungsländer, welche über geringe Adaptationsmöglichkeiten verfügen. Doch auch in Mitteleuropa könnten die Dürresommer in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts stark zunehmen. Dies bedeutet, dass Kulturen wie Kartoffeln, die bisher ohne zusätzliches Wasser auskamen, bewässert werden müssen. Dabei werden mehr als 70 Prozent des weltweit verfügbaren Süsswassers bereits für die Bewässerung in der Landwirtschaft verwendet.

Die Ertragssicherheit ist auch durch andere Faktoren bedroht. Von den steigenden Temperaturen profitieren Schadinsekten aus wärmeren Gebieten. Zusammen mit neuen Pflanzenkrankheiten können diese die bisherigen geografischen Barrieren überwinden und sich ausbreiten. Starkniederschläge führen zu Bodenerosion und der Anstieg der Meere zur Versalzung von Ackerflächen. Welche Lösungsansätze hat die Gentechnologie hier zu bieten?

Genschere soll Pflanzen gegen Trockenheit wappnen

Fokus 113 PestizidSoja-Monokulturen für die Kraftfutterproduktion sind auf Kunstdünger und Herbizide angewiesen. Herbizidresistentes GV-Soja wächst bereits auf Millionen Hektar Land, und auch die Entwicklung neuer genomeditierter Sorten ist bereits weit fortgeschritten. Davon profitieren nur Saatguthersteller, Agrochemiekonzerne und Rinderzüchter, die billiges Fleisch produzieren können. (Bild: Shutterstock)

Eine Pflanzensorte, die trotz zunehmender Hitze und Trockenheit in unterschiedlichen Regionen prächtig gedeiht und zuverlässig hohe Erträge bringt – davon träumen die Agrarkonzerne. Doch lassen sich so unterschiedliche Anforderungen unter einen Hut bringen? Bereits vor 20 Jahren wurden solche Wunderpflanzen angekündigt. Damals war es die klassische Gentechnik. Sie versagte. Nun soll es die Genomeditierung richten. Diese sei schnell und genau und erlaube gar gleichzeitig multiple Eingriffe ins Genom, preist die Gentechlobby.

Der Grund, warum die klassische Gentechnik keine befriedigenden Ergebnisse zustande brachte, ist darin zu suchen, dass Trockenheitstoleranz ein komplexes Merkmal ist. Die Strategien, mit denen eine Pflanze mit der Trockenheit umzugehen versucht, werden durch ein ineinandergreifendes Netzwerk zahlreicher genetischer Funktionen gesteuert. Wird das Wasser knapp, muss sich die Pflanze auf das Überleben fokussieren und alle anderen, nicht überlebenswichtigen Funktionen, wie Wachstum oder Samenproduktion, pausieren. Die Pflanze muss zwischen Stressabwehr und Ertrag «abwägen». Bei Hochleistungssorten führt dies meistens zu Ertragsseinbussen. Folgt auf eine niederschlagsarme Periode eine kühle, regnerische Zeit, ist von den Pflanzen eine erneute Anpassung gefragt. Darauf ist eine gentechnische Veränderung nicht ausgerichtet und der Ertrag sinkt zusätzlich.

Mit der Genomeditierung kann das Genom an verschiedenen Stellen gleichzeitig manipuliert werden. Biotechniker erhoffen sich, diese miteinander verknüpften genetischen Prozesse voneinander trennen zu können und mittels Genschere gleichzeitig an mehreren Stellen in das genetische Netzwerk der Trockenheitstoleranz einzugreifen. Blütezeit, Wurzelarchitektur, Anzahl der für die Verdunstung verantwortlichen Spaltöffnungen sowie die Produktion der Cuticula – eine wachsartige Schutzschicht gegen Wasserverlust – sollen zeitgleich angepasst werden, ohne dass dies einen Einfluss auf den Ertrag haben soll.

Doch es gibt noch viele Haken. Die Messungen im Gewächshaus oder auf Kleinparzellen basieren auf stark vereinfachten Modellen, welche Faktoren wie die natürliche Variabilität der Bodenbeschaffenheit und der Umweltfaktoren ausser Acht lassen. Wie eine Sorte auf Feldern mit unterschiedlichen Boden- und klimatischen Bedingungen reagieren wird, lässt sich aus diesen Experimenten nur sehr beschränkt ableiten.

Kommt hinzu, dass eine Pflanze – anders als es die Modelle annehmen – nicht gleich der Summe ihrer Bausteine ist. Lebewesen lassen sich nicht nach dem Baukastenprinzip umbauen. Das komplexe Netzwerk der Interaktionen zwischen Genen, Genprodukten und Umwelt lässt sich mit punktuellen Veränderungen des Genoms nicht abbilden – auch nicht, wenn gleichzeitig mehrere davon ausgeführt werden (sog. Multiplexing). Beim Multiplexing erhöht sich zudem das Risiko, dass unbeabsichtigt auch andere Prozesse beeinträchtigt werden, um ein Vielfaches. An verschiedenen Punkten etwas am Genom einer Hochleistungssorte herumzuschrauben, ist ohne Folgen nicht möglich. Die Chancen, dass die ungewollten Veränderungen im Genom unentdeckt bleiben, ist hingegen hoch. Für die Industrie ist es kurzfristig nebensächlich, ob der gentechnische Eingriff negative Nebeneffekte bei anderen Eigenschaften eines Organismus hervorruft, und so wird dementsprechend dies auch kaum untersucht.

Der Klimawandel zeichnet sich durch die Unberechenbarkeit des Auftretens verschiedener Wetterereignisse aus. Mal folgt auf einen sehr nassen Winter ein langer Dürresommer, mal ist die Wasserversorgung auch in der Winterzeit knapp oder auf eine Dürreperiode folgt eine Überflutung. In jedem Fall muss die Pflanze sich anpassen und anders reagieren. Eine derartige Anpassungsfähigkeit kann kein gentechnisch eingebrachtes einheitliches Programm bewirken.

Der Gentechnologie fehlt das Systemdenken

KüheDie intensive Massentierhaltung ist für einen erheblichen Teil der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen verantwortlich. In der Schweiz stammen über 80 Prozent der landwirtschaftlichen Methanemissionen aus der Tierhaltung, insbesondere aus der Haltung von Rindvieh.(Bild: Shutterstock)

Etwas, was alle gentechnologischen Lösungsansätze gemeinsam haben, ist die fehlende gesamtheitliche Betrachtung der landwirtschaftlichen Produktionskette – die wichtigste Voraussetzung für nachhaltige Lösungen. Die Agrarindustrie setzt in erster Linie auf gewinnorientierte Marktprozesse und schnell einsetzbare Technologien, ähnlich wie vor zwanzig Jahren mit der klassischen Gentechnik. Doch wie damals fehlt auch heute das Systemdenken. Auch die Genomeditierung setzt nur bei Teilaspekten an. Wie sich das Herumschneiden an willkürlich ausgewählten Stellen im Genom längerfristig auf das Klima und die Natur auswirkt, wird bei diesem auf Gewinn fokussierten Vorgehen kaum berücksichtigt. An einer umfassenden Risikoforschung ist die Industrie nicht interessiert. So bleibt die Genomeditierung eine eingleisige Antwort auf Probleme, welche die intensive Landwirtschaft verursacht. Symptombehandlung statt Problemlösung. Dem Profit zuliebe wird eine weitere Intensivierung der Landwirtschaft gefördert. Dadurch schwindet die Diversität – der angebauten Sorten, der Anbautypen und der
Wildarten –, welche die wichtigste Grundlage für anpassungsfähige landwirtschaftliche Systeme ist. Zur Verlangsamung des Klimawandels sind nach Einschätzung des Klimarates IPCC Ansätze, die grosse Landflächen benötigen, nicht nachhaltig. Vor allem weil die Konkurrenz um Landflächen zur Verdrängung der kleinbäuerlichen Betriebe führt, die für die Welternährung so wichtig sind.

Schlüssel zum Erfolg: Agrarökologie

Klar ist, dass für die Bewältigung der Probleme der heutigen Landwirtschaft dringend Lösungen benötigt werden. Zielführender als biotechnologische Ansätze sind systemorientierte Ansätze mit agrarökologischen Landwirtschaftstechniken. Die Notwendigkeit eines Systemwechsels hin zu Agrarökologie wird auch vom Weltklimarat und der Welternährungsorganisation FAO bestätigt. Doch was macht die Agrarökologie so stark? Im Gegensatz zur Gentechnologie handelt es sich um einen ganzheitlichen, interdisziplinären Ansatz, welcher auf der praktischen Zusammenarbeit von Wissenschaft, Bäuerinnen und Bauern und sozialen Bewegungen basiert. Agrarökologische Methoden erhöhen die Anpassungsfähigkeit an den Klimawandel und sie werden von den meisten der über 500 Millionen Kleinbauernfamilien, welche 80 Prozent aller weltweit konsumierten Lebensmittel produzieren, seit Jahrzehnten auf den Feldern praktiziert. Ihre Grundlage: Die auf Vielfalt basierende, an die regionalen Gegebenheiten angepasste lokale Produktion.

Mehr dazu im SAG-Dossier «Klimawandel – Warum Genomeditierung keine Lösung ist».
Zu bestellen bei der SAG oder zum Download hier.