Gemüse schneiden

Elizabeth Frick beschleunigt am KWS Gateway Research Center in 
St. Louis (USA) die Gemüsezüchtung mithilfe von Genome Editing. In Europa war die neue Züchtungsmethode bislang nur eingeschränkt nutzbar. Von geplanten Änderungen wird auch KWS einen Vorteil haben.

Die Schere von Elizabeth Frick ist winzig klein. So klein, dass sie in ein Bakterium passt. Das Schneidewerkzeug – ein Enzym in Flüssigkeit – soll in eine Pflanze eindringen und deren Bauplan an einer bestimmten Stelle durchtrennen. Dafür nutzt Elizabeth das Bakterium. „Es übernimmt die harte Arbeit und schleust die Schere in die Pflanze ein – und da wird’s dann richtig spannend“, sagt die Research Lead Genome Editing am Gateway Research Center (GRC) in St. Louis. Denn Elizabeth hat der Schere eine Anleitung mitgegeben, wo genau der Schnitt erfolgen soll. Sechs bis acht Wochen lässt sie die Pflanze danach in einer Petrischale wachsen. Dann kann sie überprüfen, ob die Schere funktioniert hat und der Schnitt die gewünschte Wirkung zeigt.

Seit zwei Jahren ist Elizabeth bei KWS am GRC in St. Louis. Ihr Fokus: Genome Editing. „Die neue Technologie ist ein wichtiger Bestandteil unserer Strategischen Planung 2035, weil sie unsere Züchtung beschleunigt und die Zeit verkürzt, bis neue Produkte mit neuen und verbesserten Eigenschaften auf den Markt kommen können“, sagt Elizabeth. Dafür muss sie beispielsweise herausfinden, welche Schere überhaupt geeignet ist, die von ihr angesteuerte Stelle in einer Pflanze zu durchtrennen – und wie die Pflanze darauf reagiert. „Vieles davon entsteht durch systematisches Herantasten. Mich reizt es jeden Tag, auf die Suche zu gehen, um das Verfahren im besten Fall kostengünstiger umsetzen zu können.“

Unterschiedliche Züchtungsziele

Das geschieht auch im Austausch mit den insgesamt fünfzig Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern am GRC, von denen sich die meisten mit Genome Editing in unterschiedlichen Kulturarten von KWS beschäftigen. Kolleginnen und Kollegen suchten nach kostengünstigeren Alternativen zu den verfügbaren lizenzierten Enzymen, die zum Schneiden verwendet werden. Manche von diesen Alternativen waren jedoch unwirksam oder für Pflanzen ungeeignet, wie beispielsweise ein Enzym, das nur bei fünfzig Grad Celsius schnitt. Andere Alternativen waren vielversprechender. „Und auf Empfehlung eines GRC-Kollegen entschieden wir, dieses Enzym bei Tomaten auszuprobieren. Es klappte tatsächlich. Zu sehen, dass diese Alternative funktioniert, war einer meiner größten Wow-Momente bisher.“

Elizabeth ist im GRC für Tomaten, Erbsen und Spinat zuständig – drei Kulturen mit sehr unterschiedlichen Anforderungen. Bei Erbsen steht vor allem der Geschmack im Fokus: Ziel ist es, dass sie besser schmecken. Bei Tomaten sind Geschmack und Krankheitsresistenzen wichtig – und Effizienz. „Genome Editing dient auch als Werkzeug für den Züchtungsprozess selbst und nicht nur für neue Merkmale.“ Beim Spinat wiederum stellt sich die Aufgabe, ihn resistent gegen Pilzkrankheiten zu machen – denn das beliebteste Produkt ist junger Spinat, der mehrmals jährlich angebaut wird. „Das bietet Pilzkrankheiten viele Möglichkeiten zum Befall, den wir verhindern wollen.“

Bei all diesen Fragestellungen arbeitet Elizabeth eng mit Züchterinnen und Züchtern sowie Trait Scientists aus Andijk zusammen. Sie wissen, welche Anforderungen die Endkundinnen und -kunden an eine Gemüsesorte stellen, und leiten daraus ab, welche Gene verändert werden müssen, um ein gewünschtes Merkmal zu erzielen. Elizabeth ist dann gefragt, diese Vorgaben mithilfe von Genome Editing umzusetzen. „Die Züchtung geht beispielsweise davon aus, dass ein bestimmtes Gen den Geschmack verändert, und es soll ausgeschaltet werden? Dann ist es meine Aufgabe, den Beweis zu bringen.“

Dass Elizabeth bei KWS für diese Aufgabe zuständig ist, passt wie das nächste Puzzleteil in ihren Lebenslauf. „Wissenschaft hat mich immer interessiert. Aber im College wurde mir klar, dass ich niemanden mit einer Nadel stechen kann – also war Medizin für mich raus.“ Auch Tieren, wie in einem Kurs in Toxikologie geschehen, konnte sie nichts zuleide tun. Bei Pflanzen begeisterten sie die vielen Möglichkeiten in der Forschung – und sie mochte die Mentalität der Menschen, die sie in diesem Bereich kennenlernte. Deshalb studierte sie Pflanzenbiologie an der Washington University in St. Louis. Ihre Doktorarbeit handelte davon, wie Pflanzenzellen unter Stress wichtige Zellstrukturen vermehren, um mit den widrigen Bedingungen besser umzugehen. Sie wollte diese Frage an einer konkreten Kulturart beantworten, denn „die Industrie sucht Leute mit Erfahrung“. Die Wahl fiel auf die Tomate.

Genome Editing in Europa

Nach der Promotion fand sie eine wissenschaftliche Stelle an der University of Florida und blieb der Tomate treu. Ihr Thema diesmal: herauszufinden, welche Gene den Geschmack von Tomaten beeinflussen. Es folgte ihre erste Stelle in einem Unternehmen für Sojazüchtung. „Mein Hintergrund in Hinblick auf Geschmack war dafür ausschlaggebend. In der Tomatenzüchtung ging es darum, den Geschmack zu verbessern – und bei der Sojazüchtung darum, den Geschmack verschwinden zu lassen.“ Über eine Stellenanzeige fand sie zuletzt KWS, gleich gegenüber auf der anderen Seite des Parkplatzes im GRC. „Was mich bei KWS reizte, war der Fokus auf Genome Editing.“

Das GRC hat KWS vor zehn Jahren in den USA eröffnet, um Genome Editing im Detail weiter zu erforschen. „Die praxisorientierte Arbeit bei Zuckerrüben beispielsweise erfolgt zwar in Einbeck, aber in Europa sind nur Versuche im Gewächshaus und keine Feldversuche möglich“, erklärt sie. Beim Gemüse, das 2023 im GRC hinzukam, ist es genauso. Sorgen vor Genome Editing sind für Elizabeth unbegründet. „Bei der Mutationszüchtung sind viele Veränderungen an einer Pflanze notwendig, um die gewünschte Veränderung zu erzielen – darunter auch solche, die für die Pflanze nicht vorteilhaft sind. Beim Genome Editing wissen wir genau, was wir in einer Pflanze ändern – und wo.“ Bei klassischer Gentechnik werden vorrangig Gene aus anderen Pflanzenarten genutzt, während bei vielen Anwendungen von Genome Editing ausschließlich Gene aus derselben Art verwendet werden.

Diesen Unterschied hat auch die Europäische Kommission erkannt und einen neuen regulatorischen Rahmen für Pflanzen aus neuen genomischen Techniken (NGT) vorgeschlagen. Nach der noch ausstehenden Bestätigung durch den Europäischen Rat und das EU-Parlament wird es noch bis zu zwei Jahre dauern, bis die Implementierung ausgearbeitet ist und das neue Gesetz in Kraft tritt. Der neue Rahmen sieht vor, dass bestimmte NGT-Pflanzen als „konventionell“ eingestuft werden, wenn sie festgelegte wissenschaftliche Kriterien erfüllen. Denn solche Pflanzen könnten auch durch konventionelle Züchtungsmethoden entstehen – Genome Editing beschleunigt diesen Prozess nur.

Für Elizabeth ist das ein wichtiger Schritt: Bislang war Genome Editing beim Gemüse vor allem ein Validierungswerkzeug, um zu prüfen, ob ein bestimmtes Gen tatsächlich die gewünschte Wirkung hat. Mit dem erwarteten neuen Gesetz in Europa rückt auch die Marktreife in den Fokus. „Genome Editing ist ein wichtiges Werkzeug für die Entwicklung neuer Sorten. Davon profitieren unsere Kundinnen und Kunden – denn wir können verbesserte Eigenschaften unserer Sorten zur Verfügung stellen.“ |