Genome-Edited Plants: Opportunities and Challenges for an Anticipatory Detection and Identification Framework

Die Autoren der Studie setzen sich mit dem Problem der Nachweisbarkeit von genomeditierten Pflanzen auseinander, die nur kleine Veränderungen im Erbgut, wie Punktmutationen, kleine Insertionen oder Deletionen, in sich tragen. Die Studie diskutiert, welche Informationen notwendig sind, um genomeditierte Pflanzen nachzuweisen und deren Produkte dann auch zu identifizieren. Außerdem werden Informationsquellen vorgestellt, die relevante Daten über genomeditierte Pflanzen enthalten können.

Nachweis und Identifizierung von genomeditierten Produkten
Eine validierte, also von Referenzlaboren getestete und geprüfte Nachweismethode ist die Voraussetzung für die Identifizierung von genomeditierten Pflanzen oder deren Produkten. Der Nachweis wird über das Vorhandensein einer ganz bestimmten genetischen Veränderung der DNA-Sequenz durch ein spezifisches Analyseverfahren, wie zum Beispiel ein PCR-Verfahren, erbracht. Zur genauen Identifizierung müssen genomeditierte Pflanzen einem bestimmten Produkt und einem spezifischen Entwickler zugeordnet werden können, typischerweise durch einen fallspezifischen Nachweis. Die hierfür notwendigen Informationen über die spezifischen Veränderungen der DNA können entweder direkt vom Entwickler bereitgestellt oder Datenbanken oder Patentanträgen entnommen werden. Für die Entwicklung eines spezifischen Nachweisverfahrens ist Referenzmaterial nötig, mit dem dann das Verfahren getestet werden kann. Sind die Veränderungen der DNA bekannt und Referenzmaterial vorhanden, können diese auch, wie zum Beispiel in der Studie von Chhalliyil et al., 2020 gezeigt, nachgewiesen werden. Es können durch solche Nachweisverfahren sowohl einzelne Punktmutationen als auch mehrere, kombinierte Veränderungen der DNA-Sequenz nachgewiesen werden.

Genomeditierte Pflanzen tragen keine genetischen Marker in sich, nach denen mit analytischen Methoden relativ einfach gesucht werden kann, wie es zum Beispiel standardmäßig bei klassischen GVOs gemacht wird, die mit Hilfe der alten Gentechnik hergestellt wurden. Hier werden DNA-Sequenzen nachgewiesen, die gemeinsam mit der transgenen DNA in das Erbgut der Pflanzen eingebaut werden, wie zum Beispiel bestimmte Promotoren. Genomeditierte Pflanzen enthalten oft nur kleine Veränderungen der DNA-Sequenz und müssen mit Hilfe von fallspezifischen Analysemethoden nachgewiesen werden. Die veränderten Eigenschaften von genomeditierten Pflanzen unterscheiden sich sehr von den bisherigen GVOs und sind vielfältig.

Verfügbare Datenquellen für genomeditierte Pflanzen
Die Informationen über die spezifischen Veränderungen der DNA-Sequenz in genomeditierten Pflanzen besitzen die Entwickler. In einigen Nicht-EU-Ländern, wie zum Beispiel den USA, Argentinien, Brasilien oder Australien, unterliegen genomeditierte Pflanzen mit kleinen Veränderungen im Erbgut (bewirkt durch SDN-1-Anwendungen) keiner Regulierung. Deswegen müssen die Entwickler solcher Pflanzen den zuständigen Behörden auch keine Informationen über die genauen gentechnischen Veränderungen zukommen lassen. Es gibt jedoch ein paar öffentlich zugängliche Datenbanken von Nicht-EU-Behörden (wie z.B. vom amerikanischen Landwirtschaftsministerium (USDA-APHIS) oder vom kanadischen Gesundheitsministerium Health Canada, Novel Food Information), aus denen zum Teil Informationen gewonnen werden können. Häufig werden die genauen Angaben über die Veränderungen der DNA-Sequenz jedoch nicht veröffentlicht.

Wissenschaftliche Publikationen sind eine wichtige Quelle für Veränderungen von genomeditierten Pflanzen und beinhalten oft die genauen DNA-Sequenzen, die für die Entwicklung von spezifischen Nachweismethoden benötigt werden. Diese Informationen sollten systematisch gesammelt und mit weiteren verfügbaren Informationen aus anderen Quellen verknüpft werden. Es gibt schon erste Datenbanken, die solche Konzepte umgesetzt haben, wie zum Beispiel die Plant Genome Editing Database (PGED) oder CrisprGE. Beide Datenbanken sammeln Informationen über Zielgene und die genauen Veränderungen der DNA-Sequenz, die für die Entwicklung von spezifischen Nachweisverfahren verwendet werden können.

Auch in Patentanträgen können Informationen über die genauen DNA-Veränderungen von genomeditierten Pflanzen zu finden sein und für die Entwicklung von Nachweisverfahren verwendet werden. Patente können darüber hinaus auch weitere relevante Informationen über technische Daten enthalten. Nicht alle Patente beinhalten jedoch solche Angaben. Es gibt zwei öffentlich zugängliche Patent-Datenbanken (Espacenet und EPOQUE), in denen relevante Patente gesucht werden können.

Bestehende Datenbanken, die genutzt werden können, um Informationen zu bündeln

Biosafety Clearing House (BCH)

Das BCH ist eine internationale Plattform, auf der Informationen über gentechnisch veränderte Organismen (GVOs) ausgetauscht werden und die im Rahmen des Cartagena-Protokolls zur biologischen Sicherheit eingerichtet wurde. Die Datenbank des BCH kann als Informationsquelle zu GVOs verwendet werden. Es gibt bereits mehrere Einträge zu genomeditierten Pflanzen, wie den herbizidtoleranten Raps von Cibus oder einen Mais der Universität Gent, der einen veränderten Wuchs aufweist.

EUginius (EUropean GMO INItiative for a Unified database System)

Die Datenbank Euginius ist eine Initiative des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittel-sicherheit und der Universität Wageningen und beinhaltet Informationen über klassische GVOs und genomeditierte Pflanzen. In der Datenbank sind bislang nur Nachweisverfahren für klassische GVOs, nicht für genomeditierte Pflanzen eingetragen. Das Nachweisverfahren von Chhalliyil et al., 2020 für den Cibus-Raps fehlt bisher. Euginius enthält auch, soweit verfügbar, Informationen über die bewirkten Veränderungen durch Genome Editing.

Beide Datenbanken könnten erweitert und als internationales Register von genomeditierten Pflanzen verwendet werden.

Zwei konkrete Beispiele
Die Autoren zeigen anhand von zwei konkreten Beispielen, wie man nach relevanten Informationen über genomeditierte Pflanzen suchen kann. Das erste Beispiel ist der schon erwähnte Cibus-Raps, für den aus verschiedenen Quellen Informationen gesammelt wurden, um ein Nachweisverfahren zu entwickeln (Chhalliyil et al., 2020). Dabei wurden Daten aus der Euginius-Datenbank, dem BCH und Informationen von Health Canada, Novel Food Information ausgewertet. Der Nachweis der spezifischen DNA-Veränderung ist mit diesem Verfahren möglich. Zur eindeutigen Identifizierung, ob der genomeditierte Raps auch wirklich der von Cibus entwickelte ist, werden Angaben vom Entwickler benötigt.
Das zweite Beispiel ist ein Weizen, der mit Hilfe von TALENs gegen Mehltau resistent gemacht wurde (Wang, et al 2014). Im Weizen wurden gleich 6 Genkopien gleichzeitig verändert. Informationen über die genauen DNA-Veränderungen sind in der wissenschaftlichen Studie enthalten. Weitere Informationen lassen sich auch im dazugehörigen Patent finden. Damit stehen genügend Daten zur Verfügung, um ein spezifisches Nachweisverfahren (klassische PCR-Verfahren) zu entwickeln und diese spezifische Kombination der DNA-Veränderungen nachzuweisen. Falls dieser Weizen auf den globalen Markt käme, dann wäre der Nachweis dieser kombinierten DNA-Veränderungen ein sehr starkes Indiz dafür, dass es sich um den genomeditierten Weizen handelt.

Fazit
Abschließend stellen die Autoren der Studie einen Vorschlag vor, wie man das Problem des Nachweises und der Identifizierung von genomeditierten Pflanzen lösen kann. Es kommt demnach stark auf die Zusammenarbeit von Firmen, Wissenschaftlern, Behörden und der Politik an, um benötigte Informationen für die Entwicklung eines Nachweisverfahrens zu sammeln und zur Verfügung zu stellen. Eine internationale Datenbank, in der solche Informationen gesammelt werden, könnte den internationalen Handel von genomeditierten Produkten unterstützen.