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Gene Drives - Patente für Anwendungen in der Landwirtschaft

Gene Drives könnten die Landwirtschaft unterstützen, indem sie Schädlinge bekämpfen oder Herbizidresistenzen zurücknehmen. Viele mögliche Anwendungen sind bereits durch Patente geschützt.

Die Entwicklung der Gene Drives wurde von Beginn an über Patente abgesichert, und mindestens sechs dieser Anträge verweisen auf konkrete Anwendungen in der Landwirtschaft. Meist sind die Ansprüche allgemein gehalten, doch ein Patent enthält bereits detaillierte Ziele und Methoden, die eine kommerzielle Nutzung ermöglichen.

Die Kirschessigfliege richtet weltweit große Schäden im Obstanbau an. Ein Gene Drive könnte ihre Ausbreitung stoppen (Bild: J. Gallagher, cc by 2.0)

Ein Gene Drive unterscheidet sich grundsätzlich von anderen gentechnischen Methoden, und dies wird auch eine Kommerzialisierung vor erhebliche Probleme stellen. Bisherige Patente auf transgene Organismen dienten als Schutz für ein Produkt, das von einer Firma kontrolliert hergestellt und verkauft werden kann.

Wie lässt sich ein Gene Drive verkaufen?

Dieses Verkaufsmodell ist jedoch bei einem Gene Drive nur schwer umsetzbar: Seine Verbreitung lässt sich weder räumlich noch zeitlich begrenzen, so dass einzelne Freisetzungen ganze Regionen auf lange Zeit abdecken könnten. Im äußersten Fall ließe sich der Gene Drive sogar nur ein einziges Mal verkaufen.

Gegenwärtig zeichnen sich vor allem zwei Szenarien ab, in denen ein Einsatz auch kommerziell interessant sein könnte. Ein Gene Drive könnte natürliche Resistenzen beseitigen, die Wildpflanzen gegen verbreitete Herbizide entwickelt haben, und so die Wirksamkeit und Einsatzmöglichkeiten des Pflanzenschutzmittels wieder erhöhen. Ein Agrarunternehmen verdient in diesem Fall nicht direkt am Gene Drive, sondern am gestiegenen Verkauf des Herbizids.

Eine zweite Möglichkeit bietet sich für große Landwirtschaftsverbände. Der Verband könnte die Entwicklung eines Gene Drive finanzieren, der allen Verbandsmitglieder zugute kommt. Die unkontrollierte Verbreitung wäre in diesem Fall kein Nachteil, sondern sogar förderlich für die gleichmäßige Verteilung von Kosten und Nutzen.

Allgemeine Patente

Zu den ersten Arbeitsgruppen, die an einer Umsetzung von CRISPR/Cas9-basierten Gene Drive arbeiteten, gehörten die beiden Forschergruppen um Kevin Esvelt aus Cambridge, Massachusetts1 und Ethan Bier aus San Diego2. Aus diesen Arbeitsgruppen stammen auch die ersten beiden Patente, die sich vorwiegend mit technischen Grundlagen befassen. Eine weitere Variante des Gene Drives wurde später von der Arbeitsgruppe um Bruce Hay in Pasadena entwickelt, die ebenfalls durch ein Patent geschützt wurde3.

Diese Patente beschreiben bereits unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten, von denen viele die Landwirtschaft betreffen. Namentlich erwähnt werden hunderte Insekten, Milben, Nematoden, Schnecken und Pflanzen, die als landwirtschaftliche Schädlinge gelten. Der Gene Drive wird hier als Möglichkeit dargestellt, deren Kontrolle und Eindämmung ermöglichen.

Viele dieser möglichen Anwendungen sind auch für Europa relevant. Dazu gehören etwa die Olivenfliege und die Mittelmeerfruchtfliege, die große Schäden im Obst- und Gemüseanbau verursacht. Als Baumschädlinge werden die Raupen der Schwammspinner und der giftige Eichen-Prozessionsspinner genannt. Letztlich wird auch die Varroamilbe erwähnt, die als Parasit eine ernste Bedrohung für Honigbienen darstellt.

Ein Gene Drive könnte auch die Vermehrung von Unkräutern verhindern. Im Fokus stehen dabei unter anderem viele Amarant-Arten, die in der weitgehend industrialisierten Landwirtschaft der USA einen idealen Lebensraum finden und in den letzten Jahren zu einem großen Problem geworden sind. Ein Mitglied dieser Gattung ist bereits vor einiger Zeit in Europa eingewandert: Der Rauhaarige Amarant vermehrt sich rasch und tritt häufig in Mais- und Zuckerrohrfeldern auf.

Schließlich werden noch dutzende Herbizide in den Patenten erwähnt, bei denen ein Gene Drive vorhandene Resistenzen beseitigen könnte. Genannt werden u. a. Glyphosat, Chlortoluron und MCPA, die zu den am häufigsten verkauften Herbiziden in Deutschland gehören. Explizit werden 34 Pflanzen aufgelistet, die bereits eine Resistenz entwickelt haben. Da die genetischen Grundlagen dieser Herbizidresistenzen in der Regel bekannt sind, gibt es auch ausreichend Ansatzpunkte für die Entwicklung von Gene Drives4.

Die Auflistung möglicher Anwendungen in Patenten bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass der Patentinhaber auch aktiv in diese Richtung forscht oder auch nur Pläne dazu bestehen. Beim Einreichen von Patenten ist üblich, möglichst viele Anwendungsfelder abzudecken, um später von möglichen Lizenzen zu profitieren. Zumindest die Arbeitsgruppe von Kevin Esvelt scheint sich nur wenig für Anwendungen in der Landwirtschaft zu interessieren, sondern konzentriert sich auf die Eindämmung übertragbarer Krankheiten und invasiver Arten.

Anders sieht es bei den Forschern um Ethan Bier aus, die auch kommerzielle Interessen verfolgen und bereits zwei Firmen gegründet haben. Eine der Firmen will Gene Drives entwickeln, die für Anwendungen in der Grundlagenforschung gedacht sind. Die zweite Firma, Agragene, scheint bislang nicht mit Gene Drives zu arbeiten, will aber neue gentechnische Methoden für die Steigerung der Nahrungsmittelproduktion einführen.

Kirschessigfliege

Konkrete Formen nehmen Pläne an, eine Variante des Gene Drive für die Bekämpfung der Kirschessigfliege einzusetzen. Die ursprünglich in Südostasien beheimatete Fliege hat sich weltweit ausgebreitet und verursacht erhebliche Ernteausfälle bei zahlreichen Obstsorten. Mit finanzieller Unterstützung des Verbands kalifornischer Kirschbauern haben Wissenschaftler um Omar Akbari in San Diego einen Medea Drive entwickelt, der 2017 in einem Patentantrag beschrieben wurde5.

Der Medea Drive gilt als weniger invasive und leichter beherrschbare Variante des Gene Drive. In ersten Laborexperimenten war eine hohe Zahl von veränderten Fliegen notwendig, um den Drive in der Population durchzusetzen. In der freien Natur weisen zudem viele Fliegen-Populationen natürliche Resistenzen auf, die eine Verbreitung wohl stark behindern würden. Die Forscher vermuten daher, dass eine sehr große Zahl von veränderten Kirschessigfliegen freigesetzt werden muss, um den Medea Drive für mehrere Jahre in der Umwelt halten (ref Buchman 2019).

Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie ein Medea Drive die wildlebende Populationen kontrollieren kann. Die Nachkommen der Fliegen sind entweder nicht lebensfähig oder steril, und diese Auswirkungen können ein Geschlecht oder beide betreffen. Der Patentantrag gilt auch für andere Arten von tropische Fruchtfliegen sowie für Stechmücken der Gattungen Anopheles und Aedes, die Malaria und zahlreiche Viruserkrankungen übertragen.

1 Esvelt und Smidler, RNA-guided Gene Drives, Patent WO 2015/105928 A1, 2015 (Link)
2 Bier et al., Methods for autocatalytic genome editing and neutralizing autocatalytic genome editing and compositions thereof, Patent WO 2017/049266 A2, 2017 (Link)
alle Referenzen anzeigen 3 Hay et al., DNA sequence modification-based gene drive, Patent WO 2018/204722 A1, 2018 (Link)
4 Neve P, Gene drive systems: do they have a place in agricultural weed management?, Pest Manag Sci, 2018 (Link)
5 Akabari und Buchman, Use of medea elements for biocontrol of D. suzukii populations, Patent WO 2017/132207 A1, 2017 (Link)
6 Buchman et al., Synthetically engineered Medea gene drive system in the worldwide crop pest Drosophila suzukii, Proc Natl Acad Sci USA, 2018 (Link)
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