Behördenbezeichnung mit Staatswappen: Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Gentechnische Anlagen: Häufig gestellte Fragen – Frequently asked questions (FAQ)

Was versteht man unter einem gentechnisch veränderten Organismus?

Ein gentechnisch veränderter Organismus ist gemäß § 3 Abs. 3 GenTG wie folgt definiert: "Ein Organismus, mit Ausnahme des Menschen, dessen genetisches Material in einer Weise verändert*) worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt; ein gentechnisch veränderter Organismus ist auch ein Organismus, der durch Kreuzung oder natürliche Rekombination zwischen gentechnisch veränderten Organismen oder mit einem oder mehreren gentechnisch veränderten Organismen oder durch andere Arten der Vermehrung eines gentechnisch veränderten Organismus entstanden ist, sofern das genetische Material des Organismus Eigenschaften aufweist, die auf gentechnische Arbeiten zurückzuführen sind."

*) Verfahren der Veränderung genetischen Materials gemäß § 3 Abs. 3a GenTG sind insbesondere:

  • Nukleinsäure-Rekombinationstechniken, bei denen durch die Einbringung von Nukleinsäuremolekülen, die außerhalb eines Organismus erzeugt wurden, in Viren, Viroide, bakterielle Plasmide oder andere Vektorsysteme neue Kombinationen von genetischem Material gebildet werden und diese in einen Wirtsorganismus eingebracht werden, in dem sie unter natürlichen Bedingungen nicht vorkommen.
  • Verfahren, bei denen in einem Organismus direkt Erbgut eingebracht wird, welches außerhalb des Organismus hergestellt wurde und natürlicherweise nicht darin vorkommt, einschließlich Mikroinjektion, Makroinjektion und Mikroverkapselung.
  • Zellfusionen oder Hybridisierungsverfahren, bei denen lebende Zellen mit neuen Kombinationen von genetischem Material, das unter natürlichen Bedingungen nicht darin vorkommt, durch die Verschmelzung zweier oder mehrerer Zellen mit Hilfe von Methoden gebildet werden, die unter natürlichen Bedingungen nicht vorkommen.

Welche Informationen beinhaltet die "Onkogen-Datenbank" der ZKBS?

Die Onkogen-Datenbank der ZKBS listet zelluläre und virale Gene bzw. Nukleinsäuren, die bereits von der ZKBS, bzw. deren Geschäftsstelle hinsichtlich eines onkogenen Potenzials bewertet worden sind. Diese Datenbank wird ständig ergänzt und aktualisiert.

Die Auswahl der Gene bzw. Nukleinsäuren mit einem transformierenden Potenzial erfolgt dabei anhand folgender Kriterien:

  • Gene bzw. Nukleinsäuren von Tumorviren, für die gezeigt ist, dass sie für das onkogene Potenzial des Virus verantwortlich sind,
  • Gene bzw. Nukleinsäuren, die maßgeblich an der Entstehung humaner Tumore beteiligt sind,
  • Gene bzw. Nukleinsäuren, für die gezeigt ist, dass sie in vitro Säugetierzellen transformieren,
  • Gene bzw. Nukleinsäuren, für die gezeigt ist, dass sie im Tierversuch Tumore erzeugen.

Bei gentechnischen Arbeiten mit Onkogenen sind ggf. zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig. Diese sind in der Onkogen-Datenbank bei den entsprechenden Genen und Arbeiten vermerkt. Die Onkogen-Datenbank der ZKBS findet sich auf der Homepage des BVL.

Was versteht man unter "S2 mit zusätzlichen Maßnahmen"?

Die ZKBS empfiehlt, gentechnische Arbeiten mit rekombinanten adenoviralen und AAV-basierten replikationsdefekten Vektoren, die durch das übertragene Gen transformierendes Potenzial aufweisen können, der Sicherheitsstufe 2 zuzuordnen und besondere Maßnahmen zum Personenschutz einzuhalten. Um den erforderlichen Personenschutz bei diesen Arbeiten zu erreichen, sind folgende Sicherheitsmaßnahmen zusätzlich zu den Sicherheitsmaßnahmen der Stufe 2 vorgeschrieben:

  • Arbeiten, bei denen Aerosole entstehen können, sind in einer Sicherheitswerkbank der Klasse II durchzuführen,
  • Gefäße und Geräte, die aus der Sicherheitswerkbank entfernt werden, sind zuvor von außen zu desinfizieren,
  • die Vektoren müssen in dicht verschlossenen, bruchsicheren und außen desinfizierten Behältern transportiert werden,
  • die Belüftung von Zellkulturflaschen, in denen die Vektoren vorliegen, erfolgt erst im CO2-Brutschrank, um das Austreten von Kulturflüssigkeit zu vermeiden,
  • das Laboratorium sowie die Sicherheitswerkbank, in denen die Arbeiten durchgeführt werden, sind entsprechend zu kennzeichnen,
  • Zutritt zum Labor hat, außer unmittelbar an den Arbeiten beteiligte Personen, nur ausreichend unterrichtetes Personal,
  • während der Arbeiten sind Schutzhandschuhe zu tragen,
  • die Schutzhandschuhe sind regelmäßig zu desinfizieren oder zu wechseln,
  • bei den Arbeiten ist eine Atemschutzmaske mit FFP3-Filter zu tragen.

Alternativ können gentechnische Arbeiten mit den o. g. Vektoren unter folgenden Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt werden:

  • gentechnische Arbeiten mit den Vektoren, bei denen Aerosole entstehen können, sind in einer Sicherheitswerkbank Klasse III durchzuführen,
  • die Vektoren müssen in dicht verschlossenen, bruchsicheren und außen desinfizierten Behältern eingeschlossen sein. Das Öffnen, Verschließen und Desinfizieren hat in der Werkbank Klasse III zu erfolgen.

Werden bei gentechnischen Arbeiten zur Übertragung von Nukleinsäureabschnitten mit onkogenem Potenzial retrovirale einschließlich lentivirale Vektoren verwendet, welche durch Pseudotypisierung eine verstärkte Partikelstabilität oder ein Wirtsspektrum für humane Epithelzellen erhalten oder welche aufgrund eines veränderten Glykosylierungsmusters vom humanen Komplementsystem nicht erkannt werden, wird zur Vermeidung einer Schmierinfektion empfohlen zusätzlich zu den Maßnahmen der Sicherheitsstufe 2 einen Mund- und Nasenschutz zu tragen.

Weitere Informationen finden sich in der "Empfehlung der ZKBS zu adenoviralen und AAV-abgeleiteten replikationsdefekten Vektoren mit Zellzyklus-regulierenden Genen" (Az. 6790-10-83), der "Allgemeinen Stellungnahme der ZKBS zu häufig durchgeführten gentechnischen Arbeiten mit den zugrunde liegenden Kriterien der Vergleichbarkeit: Gentransfer mit Hilfe retroviraler Vektoren" (Az. 6790-10-41) sowie in der Onkogen-Datenbank der ZKBS auf der Homepage des BVL.

Was versteht man unter einer wesentlichen Änderung und was ist dabei zu beachten?

Soll vom angezeigten, angemeldeten bzw. genehmigten gentechnischen Vorhaben abgewichen werden, ist zunächst zu beurteilen, ob die Änderungen wesentlich sind.

Nicht wesentliche Änderungen sind allenfalls mitteilungsbedürftig nach § 21 Abs. 1 oder 2 GenTG. Bei wesentlichen Änderungen muss die Anzeige, Anmeldung oder Genehmigung neu erfolgen (§ 8 Abs. 4 GenTG).

Demgemäß ist eine Änderung dann als wesentlich anzusehen, wenn sich die Zulassungsfrage bzw. die Frage der inhaltlichen Prüfung einer Anzeige neu stellt. Dies ist beispielsweise der Fall wenn:

  • Räume in bedeutendem Ausmaß hinzugenommen werden sollen
  • Räume grundlegend anders genutzt werden sollen
  • sich die Kapazität der gentechnischen Anlage maßgeblich erhöht
  • bei prüfungsrelevanten Änderungen der sicherheitstechnischen Ausstattung

Ändert sich das gentechnische Vorhaben nur insoweit, als weitere gentechnische Arbeiten durchgeführt werden sollen, sind die spezielleren Tatbestände in § 9 GenTG maßgeblich. Gibt es im Zuge dessen aber auch weitere wesentliche Änderungen des bisherigen gentechnischen Vorhabens, ist § 8 Abs. 4 GenTG einschlägig, der in diesem Fall weitere gentechnische Arbeiten einschließt. Die zuständige Regierung steht im Zweifelsfall für eine Beratung zur Verfügung.

Was ist der Unterschied zwischen Schutzstufe nach BioStoffV und Sicherheitsstufe nach GenTG?

Schutzstufe:

Die Schutzstufe wird in § 2 Abs. 13 der Biostoffverordnung definiert:

"Schutzstufen orientieren sich an der Risikogruppe des jeweiligen Biostoffs und sind ein Maßstab für die Höhe der Infektionsgefährdung einer Tätigkeit. Entsprechend den Risikogruppen nach § 3 werden vier Schutzstufen unterschieden. Die Schutzstufen umfassen die zusätzlichen Schutzmaßnahmen die in den Anhängen II und III festgelegt oder empfohlen sind."

Die Schutzstufe bezieht sich auf den Umgang mit Biostoffen. Biostoffe sind in der BioStoffV definiert als Mikroorganismen, Zellkulturen und Endoparasiten einschließlich ihrer gentechnisch veränderten Formen, mit Transmissibler Spongioformer Enzephalopathie (TSE) assoziierte Agenzien, die den Menschen durch Infektionen, übertragbare Krankheiten, Toxinbildung, sensibilisierende oder sonstige, die Gesundheit schädigende Wirkungen gefährden können. Den Biostoffen gleichgestellt sind Ektoparasiten, die beim Menschen eigenständige Erkrankungen verursachen oder sensibilisierende oder toxische Wirkungen hervorrufen können sowie technisch hergestellte biologische Einheiten mit neuen Eigenschaften, die den Menschen in gleicher Weise gefährden können wie Biostoffe.

Die Schutzstufenzuordnung richtet sich bei gezielten Tätigkeiten nach der Risikogruppe des ermittelten Biostoffs; werden Tätigkeiten mit mehreren Biostoffen ausgeübt, so richtet sich die Schutzstufenzuordnung nach dem Biostoff mit der höchsten Risikogruppe. Bei nicht gezielten Tätigkeiten richtet sich die Schutzstufenzuordnung nach der Risikogruppe des Biostoffs, der aufgrund der Wahrscheinlichkeit seines Auftreten, der Art der Tätigkeit bzw. der Art, Dauer, Höhe und Häufigkeit der Exposition den Grad der Infektionsgefährdung der Beschäftigten bestimmt.

Es gibt vier Schutzstufen: Die Schutzstufe 1 umfasst die allgemeinen Schutzmaßnahmen gemäß § 9 BioStoffV. Neben den Schutzmaßnahmen nach § 9 sind bei Tätigkeiten der Schutzstufe 2, 3 oder 4 zusätzliche Schutzmaßnahmen und Anforderungen gemäß § 10 (in Laboratorien, in der Versuchstierhaltung sowie in der Biotechnologie), gemäß § 11 (in Einrichtungen des Gesundheitsdienstes) sowie gemäß den Anhängen II und III BioStoffV empfohlen beziehungsweise verbindlich festgelegt.

Sicherheitsstufe:

Die Sicherheitsstufen werden in § 3 Nr. 10 des Gentechnikgesetzes definiert, als:

"Gruppen gentechnischer Arbeiten nach ihrem Gefährdungspotenzial."

Sie beziehen sich ausschließlich auf gentechnische Arbeiten.

Es gibt vier Sicherheitsstufen: Sicherheitsstufe 1 (S1), kein Risiko für Mensch und Umwelt; Sicherheitsstufe 2 (S2), geringes Risiko für Mensch und Umwelt; Sicherheitsstufe 3 (S3), mäßiges Risiko für Mensch und Umwelt; Sicherheitsstufe 4 (S4), hohes Risiko für Mensch und Umwelt.

Anmerkung: Die in manchen älteren Dokumenten noch auftretenden Bezeichnungen L1-L4 bzw. P1-P4 sind weder in der BioStoffV noch im GenTG definiert. Sie wurden in den 1990er Jahren als Klassifizierungen eingeführt und dienten damals der Unterscheidung von (Forschungs-)Laboratorien (L1-L4) und Produktionsbereichen (P1-P4).

Was ist bei der Risikobewertung von primären Vertebratenzellen zu beachten?

Als primäre Zellen werden direkt aus Körperflüssigkeiten oder aus Körpergeweben gewonnene Explantate vielzelliger Organismen bezeichnet. In der "Stellungnahme der ZKBS zur Einstufung gentechnischer Arbeiten mit primären Zellen aus Vertebraten" (Az. 6790-10-03) werden humane Zellen, nicht-humane Primatenzellen und Vertebratenzellen (außer Primaten) unterschieden.

Risikobewertung primärer humaner Zellen

  • Primäre Zellen aus klinisch unauffälligen Spendern sind in die Risikogruppe 1 einzuordnen, wenn gezeigt ist, dass diese Zellen frei von HIV, HBV und HCV sind. Im Einzelfall, wenn ein begründeter Verdacht auf das Vorhandensein eines bestimmten Virus einer höheren Risikogruppe in den verwendeten Zellen besteht, sind diese auf die Abwesenheit dieses Virus zu überprüfen.
  • Sind Spender oder die primären Zellen des Spenders nicht auf die Abwesenheit der o. g. Viren überprüft, so sind die primären Zellen grundsätzlich der Risikogruppe 2 zuzuordnen.
  • Sind Spender oder die primären Zellen des Spenders nicht auf die Abwesenheit der o. g. Viren überprüft und sind die primären Zellen nicht permissiv für die o. g. Viren, so können die primären Zellen der Risikogruppe 1 zugeordnet werden, wenn sichergestellt ist, dass sie nicht mit Blut oder anderen für die o. g. Viren permissiven Zellen verunreinigt sind.
  • Stammen die primären Zellen aus Gewebe oder Körperflüssigkeiten, bei denen aufgrund von Erkrankungen des Spenders bzw. aufgrund der Art des krankhaft veränderten Gewebes eine Abgabe viraler Erreger zu erwarten ist, erfolgt eine Einstufung des Materials entsprechend der Risikogruppe des Virus.

Risikobewertung primärer Zellen aus nicht-humanen Primaten

  • Primäre Zellen, die klinisch unauffälligen, nicht-humanen Primaten aus veterinärmedizinisch kontrollierten Zuchten entnommen wurden, sind aufgrund der weiten Verbreitung Interspezies-übertragbarer Viren der Risikogruppe 2 zuzuordnen, soweit keine gesonderte Risikobewertung vorgenommen wurde.
  • Primäre Zellen, die klinisch unauffälligen Rhesusaffen (Macaca mulatta) oder Javaneraffen (Macaca fascicularis) aus veterinärmedizinisch kontrollierten Zuchten entnommen wurden und die negativ auf SIV, SRV, STLV und CeHV-1 (CeHV-1 wird auch Herpes B Virus genannt) getestet wurden, sind der Risikogruppe 1 zuzuordnen.
  • Embryonale Stammzellen aus Rhesusaffen (Macaca mulatta) oder Javaneraffen (Macaca fascicularis), die durch in vitro-Fertilisation entwickelten Embryonen von Makaken aus veterinärmedizinisch kontrollierten Zuchten entnommen wurde, die negativ auf SIV, SRV und STLV getestet wurden, werden der Risikogruppe 1 zugeordnet.
  • Primäre Zellen, die klinisch unauffälligen Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) aus veterinärmedizinisch kontrollierten Zuchten entnommen wurden, sind der Risikogruppe 1 zuzuordnen.
  • Für Zellmaterial von nicht-humanen Primaten aus Wildfängen ist eine auf den Einzelfall bezogene Risikoabschätzung vorzunehmen, wobei mindestens von einer Zuordnung in die Risikogruppe 2 auszugehen ist.

Risikobewertung primärer Zellen aus Vertebraten (außer Primaten)

  • Primäre Zellen aus Vertebraten (außer Primaten und Chiroptera) sind in die Risikogruppe 1 einzuordnen, wenn die Tiere keine Krankheitssymptome zeigen. Diese Zuordnung gilt für Tiere aus veterinärmedizinisch überprüften Beständen.
  • Primäre Zellen aus Chiroptera (= Fleder- bzw. Flattertiere), die nachweislich frei von Rabies- (Tollwut-) Viren sind, werden in die Risikogruppe 1 eingestuft, wenn die Tiere keine Krankheitssymptome zeigen.
  • Primäre Zellen aus Chiroptera, die nicht auf die Abwesenheit von Rabies- (Tollwut-) Viren getestet sind, werden der Risikogruppe 2 zugeordnet.
  • Primäre Zellen, die aus Geweben oder Körperflüssigkeiten stammen, bei denen ein begründeter Verdacht auf das Vorliegen viraler Zoonose-Erreger im primären Gewebe besteht, werden in die Risikogruppe des Erregers eingestuft.

Warum ist es wichtig, Zellkulturen auf Kontamination mit Mykoplasmen zu testen?

Mykoplasmen sind sehr kleine, intrazellulär parasitierende Bakterien der Klasse Mollicutes. Inzwischen sind mehr als 100 Mykoplasmen-Arten bekannt. Einige dieser Arten können bei Menschen und Tieren Krankheiten hervorrufen und sind daher der Risikogruppe 2 zugeordnet. Durch die chronische Infektion mit Mykoplasmen können außerdem Funktionsfähigkeit, Stoffwechsel, Wachstum sowie immunologische und biochemische Eigenschaften der im Labor verwendeten Zellkulturen beeinträchtigt werden. Laut einer Untersuchung von Uphoff und Drexler sind etwa 15-35 % aller tierischen und humanen Zellkulturen mit Mykoplasmen kontaminiert. Ein Großteil der in diesem Zusammenhang untersuchten Kulturen war mit Mycoplasma fermentans infiziert (ca. 47 %), gefolgt von Mycoplasma hyorhinis (ca. 19 %), Mycoplasma orale (ca. 10 %), Mycoplasma arginini (ca. 9 %), Acholeplasma laidlawii (ca. 6 %) und Mycoplasma hominis (ca. 3 %). In seltenen Fällen konnten auch Mycoplasma bovis, Mycoplasma pneumoniae, Mycoplasma salivarium oder Mycoplasma synoviae nachgewiesen werden. Alle oben genannten Mykoplasmen-Arten mit Ausnahme von Mycoplasma orale (= Risikogruppe 1) sind der Risikogruppe 2 zugeordnet. Werden also Zellkulturen, die mit Mykoplasmen der Risikogruppe 2 infiziert sind als Empfängerorganismen bei gentechnischen Arbeiten verwendet, so sind diese Arbeiten mindestens der Sicherheitsstufe 2 zuzuordnen.

Was ist beim Umgang mit etablierten Zelllinien zu beachten, die mit dem Bovine viral diarrhea virus (BVDV) kontaminiert sind?

In den vergangenen Jahren gab es immer wieder Berichte über in der Tierproduktion eingesetzte Impfstoffe, die mit infektiösen Viren kontaminiert waren. Als Quelle einer möglichen Kontamination mit dem Bovine viral diarrhea virus (BVDV) wurde fötales Kälberserum (FKS) ausgemacht. FKS wird aus dem Blut von Kuhföten gewonnen und ist Hauptbestandteil vieler Nährmedien, die zur Aufzucht und Kultivierung von Zellen in der Zellkultur benötigt werden.

BVDV ist als Spender- und Empfängerorganismus für gentechnische Arbeiten der Risikogruppe 2 zugeordnet worden. Es ist weit verbreitet und infiziert hauptsächlich Rinder. Dort führt es zu schweren respiratorischen und gastrointestinalen Erkrankungen, sowie zu reproduktiven Problemen. Letztere werden dadurch verursacht, dass das Virus in trächtigen Tieren auf den Fötus übertragen werden kann. Dies führt zu Aborten oder zur Geburt meist kränklicher und persistent infizierter Kälber (PI-Tiere), die ihr Leben lang Dauerausscheider von BVDV sind. PI-Tiere stellen eine permanente Infektionsquelle für andere Tiere der Herde dar. Ein weiteres Problem ist die Kontamination von bovinen Produkten, z. B. FKS. Eine Infektion von humanen und nicht-humanen Primaten ist nicht beschrieben. Die Übertragung der Viren zwischen den Wirten erfolgt oronasal durch Kontakt mit virusausscheidenden Tieren oder intrauterin vom Muttertier auf den Fötus. In epithelialer Zellkultur verhalten sich einzelne Biotypen des Virus zytopathogen, andere nicht-zytopathogen.

Aufgrund der Hinweise auf Zellkulturkontaminationen mit BVDV durch FKS als Bestandteil von Nährmedien, wurden ausgewählte Zelllinien auf eine mögliche Kontamination mit dem Virus getestet. Die durchgeführten Nachweismethoden lassen auf infektiöse BVDV-Partikel nicht nur in den getesteten bovinen Zelllinien, sondern auch in einer Rehzelllinie (Muntjac), einer von zwei getesteten Schafzelllinien (SCP), einer Ziegenzelllinie (Ch1Es), einer Bisonzelllinie (BU), einer von fünf getesteten Katzenzelllinien (Fc2Lu) und einer von sieben getesteten Kaninchenzelllinien (RK-13) schließen. Auffällig bei diesen Untersuchungen ist die in vitro-Suszeptibilität verschiedener Zelllinien für das BVDV, welche sich von der in vivo-Suszeptibilität einzelner Spezies unterscheidet.

Die Kontaminationen der beschriebenen Zelllinien mit BVDV ist auf eine Verunreinigung des Kälberserums als Zusatz von Zellkulturmedien zurückzuführen. Nach Erkennen der Infektionsquelle FKS wurden diverse Qualitätsmerkmale an dessen Produktion, insbesondere der BVDV-Freiheit beim Einsatz in der Impfstoffproduktion, geknüpft. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass in der Vergangenheit aufgetretene Kontaminationen in der Zellkultur noch vorhanden sind.

Empfehlung der ZKBS:

Da nur einzelne Zellen der oben genannten jeweiligen Zellkultur infiziert worden sind, ist davon auszugehen, dass durch die Passagierung der Zellen auch Sublinien existieren, die keine Kontamination mit dem BVDV aufweisen. Die genannten Zelllinien werden in Deutschland als Empfängerorganismen für gentechnische Arbeiten langjährig unter Maßnahmen der Sicherheitsstufe 1 verwendet. Dennoch wird empfohlen, einen Test auf Anwesenheit infektiöser BVDV in den oben genannten Zelllinien durchzuführen und bei positivem BVDV-Nachweis die Zelllinie entweder zu autoklavieren oder bei Arbeiten mit suszeptiblen Wirtstieren unter Sicherheitsmaßnahmen der Stufe 2 weiter zu verwenden.

Siehe hierzu auch "Empfehlung der ZKBS zum Umgang mit etablierten Zelllinien, die mit dem Bovine viral diarrhea virus (BVDV) kontaminiert sind" (Az. 45244.0052).

Ist das Einbringen von mRNA in eukaryote Zellen eine gentechnische Arbeit?

Bei eukaryoter mRNA handelt es sich nicht um Erbgut. Nach Injektion (bzw. Transfektion) in das Zytoplasma von Xenopus-Oozyten oder somatischen eukaryoten Zellen wird eukaryote mRNA lediglich translatiert; reverse Transkription der mRNA und Integration in das Genom erfolgen weder in Xenopus-Ooztyen noch in somatischen eukaryoten Zellen. Durch diese Arbeiten wird daher das genetische Material nicht verändert.

Achtung: Diese Stellungnahme gilt nicht für Arbeiten, die die Entstehung gentechnisch veränderter Viren erwarten lassen, wie die Injektion (bzw. Transfektion) rekombinanter Genome von RNA-Viren (z. B. Picornaviren) in somatische eukaryote Zellen, oder die Herstellung von rekombinanten Semliki-Forest-Viren.

Siehe hierzu auch die "Stellungnahme der ZKBS zum Einbringen von mRNA in eukaryote Zellen" (Az. 6790-10-44).

Was ist bei gentechnischen Arbeiten mit Tat-Fusionsproteinen zu beachten?

Der Transaktivator der Transkription (Tat) des HIV-1 ist in der Lage, Rezeptor-unabhängig zelluläre Membranen zu durchdringen. Beim Tat-Protein konnte die für den Membrantransport verantwortliche Domäne auf kleine kationische Bereiche von 10 bis 16 Aminosäuren eingegrenzt werden. Die Fusion heterologer Proteine an die entsprechende Tat-Domäne bietet einen experimentellen Ansatz, um diese Proteine in eukaryote Zellen einzuführen. Tat-Fusionsproteine haben das Potenzial, in verschiedene Zelltypen effizient einzudringen und dort ihre Funktion auszuüben, wobei auf die Zielzelle kein Erbgut übertragen wird. Das Fusionsprotein wird innerhalb der Zielzelle abgebaut, sodass das übertragene Protein seine Funktion nur transient ausübt. Daher ist bei Tat-Fusionsproteinen dann kein Gefährdungspotenzial zu erwarten, wenn das fusionierte Protein keine Zellschädigungen verursacht.

Werden Tat-Fusionsproteine mit Hilfe von E. coli K12- oder E. coli B-Derivaten und prokaryoten pBR-abgeleiteten Expressionsvektoren oder mit Hilfe etablierter Zelllinien der Risikogruppe 1 und eukaryoten Expressionsvektoren exprimiert, und handelt es sich bei den Proteinen, die an die Tat-Domäne fusioniert wurden, um:

  • virale Onkoproteine mit "hit and run"-Mechanismen
  • Prionen oder Prionproteine von Mensch und Rind
  • Apoptose-auslösende Proteine
  • Toxine

so werden die GVO der Risikogruppe 2 zugeordnet. Gentechnische Arbeiten mit diesen GVO werden der Sicherheitsstufe 2 zugeordnet.

Handelt es sich bei den Proteinen, die an die Tat-Domäne fusioniert wurden, um andere als die oben aufgeführten, so werden die GVO der Risikogruppe 1 zugeordnet. Gentechnische Arbeiten mit diesen GVO werden der Sicherheitsstufe 1 zugeordnet.Das Tragen von Schutzhandschuhen und der Schutz vor Aerosolen bei Ultrabeschallung werden bei allen gentechnischen Arbeiten (sowohl S1, als auch S2) mit Tat-Fusionsproteinen empfohlen. Siehe hierzu auch "Allgemeine Stellungnahme der ZKBS zur Risikobewertung der Expression von Tat-Fusionsproteinen" (Az. 6790-10-88).

Ist das Einbringen rekombinanter DNA in Tiere eine gentechnische Arbeit?

In jüngster Zeit wurden verschiedene Verfahren zum Einbringen rekombinanter DNA (rDNA) in Tiere neu entwickelt. Darunter zum Beispiel die intramuskuläre Injektion von rDNA in Kochsalzlösung, die intravenöse Injektion mittels Liposomen oder das Beschießen von Epidermis bzw. anderen Organen mit an Goldpartikeln konjugierter rDNA. Bei jedem dieser Verfahren kann davon ausgegangen werden, dass es zur Aufnahme der rDNA durch einige somatische Zellen des Tieres kommt. Dies ist Voraussetzung für das Ziel der Verfahren, nämlich die Expression der eingebrachten Nukleinsäureabschnitte in den somatischen Zellen.

Das Einbringen von rDNA in Tiere auf diese Weise (ohne Verwendung gentechnisch veränderter Organismen) stellt eine gentechnische Arbeit im Sinne des GenTG dar, wenn von einer stabilen Integration der rDNA in die Keimbahnzellen des Tieres auszugehen ist. Eine stabile Integration von rDNA in die Keimbahnzellen ist die Grundlage für die Erzeugung transgener Tiere (= GVO).

Da bisher keine gesicherten Publikationen vorliegen, die die Annahme einer off target Keimbahn-Integration unter Anwendung der oben genannten (somatischen Gentransfer-) Verfahren rechtfertigen, werden diese Arbeiten nicht als Verfahren der Veränderung genetischen Materials angesehen. Es gilt hier allerdings, den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik im Auge zu behalten, vor allem im Bereich der Entwicklung neuer Vektorsysteme für den Transfer der rDNA. Die ZKBS empfiehlt in jedem Fall, die Versuchstiere nicht zu Züchtungszwecken zu verwenden.Falls das Ziel solcher Arbeiten jedoch explizit die stabile Integration der rDNA in die Keimbahnzellen der Tiere ist, so sind diese Arbeiten als Verfahren der Veränderung genetischen Materials gemäß GenTG anzusehen.

Achtung: Als Verfahren der Veränderung genetischen Materials gemäß GenTG sind alle Arbeiten mit rDNA anzusehen, die in den Tieren die Entstehung neuer Organismen (z. B. Viren) erwarten lassen. Dies kann besonders dann zutreffen, wenn virale oder bakterielle Nukleinsäureabschnitte in solche Tiere eingebracht werden, die aufgrund von Infektion oder genetischer Veränderung Mikroorganismen der Risikogruppe 2–4 abgeben oder wenn vollständige Virusgenome eingebracht werden. Im Einzelfall ist die Kontaktaufnahme mit den Vollzugsbehörden zu empfehlen.

Ist die Verwendung der Zinkfinger-Nuklease-Technologie 1 (ZFN-1) eine gentechnische Arbeit?

Bei Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) handelt es sich um chimäre Proteine, die aus zwei Domänen, der Zinkfingerdomäne und der Nukleasedomäne, aufgebaut sind. Zinkfinger besitzen dabei die Eigenschaft, sequenzspezifisch mit einer DNA zu interagieren (ein Zinkfinger jeweils mit drei aufeinanderfolgenden Nukleotiden der DNA). Die Nuklease besitzt die Fähigkeit, DNA zu schneiden. Es lassen sich ZFN herstellen, die über Aneinanderreihen mehrerer Zinkfinger eine sequenzspezifische Bindung mit bis zu 12 aufeinanderfolgenden Nukleotiden an einem Strang der DNA eingehen können. Der Einsatz von zwei ZFN erlaubt eine Interaktion der Zinkfingerdomänen an angrenzende Nukleotidsequenzen beider Stränge der DNA, was einen Doppelstrangbruch der DNA verursacht. Die ZFN wird im Allgemeinen mithilfe eines Transfervektors in Form einer DNA in eine Zelle eingebracht. Möglich sind jedoch auch das Einbringen einer in vitro generierten, Protein-kodierenden RNA oder das direkte Einbringen des Proteins.

Die Zinkfinger-Nuklease-Technologie 1 (ZFN-1) stellt eine mögliche Anwendung der ZFN dar. Sie nutzt das natürlich in der Zelle vorhandene Reparatursystem des non-homologeous end joining (NHEJ). Bei der ZFN-1 wird keine DNA-Reparatur-Vorlage in die Zelle eingebracht, sodass die Stränge der geschnittenen DNA zufällig miteinander verbunden werden. Durch den Reparaturprozess kann es zu veränderten Basenpaaren, zu kurzen Deletionen oder Insertionen kommen. Das Ziel der ZFN-1 ist meist der knock out eines gewünschten Gens im Genom der Zelle. Gemäß der "Allgemeinen Stellungnahme der ZKBS zur Verwendung der Zinkfinger-Nuklease-Technologie 1 (ZFN-1)" (Az. 6790-10-103) handelt es sich bei den beschriebenen Verfahren um Mutagenesen im Sinne des § 3 Nr. 3b GenTG. Diese gelten nicht als Verfahren der Veränderung genetischen Materials. Die entstehenden Organismen gelten schlussfolgernd nicht als gentechnisch veränderte Organismen.

Anmerkung: Zwei ZKBS-Stellungnahmen zu weiteren Anwendungen der ZFN-Technologie (ZFN-2 und ZFN-3) sind in Vorbereitung.

Was versteht man unter "Synthetischer Biologie"?

Als synthetische Biologie wird ein neues Forschungsfeld bezeichnet, das sich derzeit auf Grundlage der Fachrichtungen Biologie, Chemie, Physik, Mathematik sowie der Informationstechnologie und den Ingenieurwissenschaften entwickelt. Ein spezifisches Merkmal der synthetischen Biologie ist, dass sie ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien folgend biologische Systeme wesentlich verändert und ggf. mit chemisch synthetisierten Komponenten zu neuen, definierten Einheiten kombiniert. Dabei können Organismen mit gezielt am Reißbrett entworfenen Eigenschaften entstehen, die in der Natur so nicht vorkommen bzw. nicht beschrieben sind. In einer gemeinsamen Stellungnahme der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) und der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina - Nationale Akademie der Wissenschaften zur Synthetischen Biologie werden sechs Forschungsschwerpunkte genannt:

  • Chemische Synthese von Genen und Genomen. Durch die neuen Möglichkeiten der de-novo-Synthese langkettiger DNA-Fragmente lassen sich Gene und sogar ganze Genome am Reißbrett entwerfen und ohne Matrize im Labor herstellen.
  • Entwicklung von Minimalzellen. Minimalzellen sind (lebende) Zellen, die auf essenzielle Lebensfunktionen reduziert wurden. Sie besitzen Minimalgenome, die nur noch solche Gene tragen, die für ein Leben unter definierten Bedingungen benötigt werden. Minimalgenome können dabei als Plattform ("Chassis") genutzt werden, um genetische Komponenten für gewünschte Stoffwechselleistungen in einem vereinfachten zellulären System (parallel) zu studieren. Minimalzellen sind weiterhin für die Optimierung biotechnologischer Produktionsverfahren von besonderem Interesse.
  • Generierung von Protozellen. Protozellen sind keine lebenden Zellen, sondern artifizielle, im Labor konstruierte, selbst replizierende Systeme, die als Vorläufer lebender Zellen angesehen werden können. Biobasierte Protozellen werden aus Bausteinen lebender Zellen (DNA, RNA, Proteine, Lipide) konstruiert und weisen einige Eigenschaften derselben, wie zum Beispiel das Vorhandensein eines Informationsspeichers, eines Stoffwechselsystems und einer Membranhülle, auf. Neben der Grundlagenforschung eröffnet diese Technologie Perspektiven in der Herstellung von Miniaturfabriken für die Produktion von Medikamenten oder Feinchemikalien.
  • Design von maßgeschneiderten Stoffwechselwegen. Das Design maßgeschneiderter Stoffwechselwege (metabolic engineering) beinhaltet die Modifizierung bzw. Ergänzung vorhandener Biosynthesekapazitäten in Produktionsorganismen. Gewünschte Stoffwechselwege werden dabei mit Regelschaltkreisen und Integrationsmodulen am Reißbrett entworfen und die dazu erforderlichen DNA-Sequenzen chemisch synthetisiert, zusammengefügt und anschließend in einen geeigneten Empfängerorganismus (zumeist Hefe oder E. coli) transferiert. Als Beispiel eines maßgeschneiderten Stoffwechselwegs sei hier die Synthese von Hydrocortison aus Ethanol durch das funktionelle Zusammenschalten von 13 Genen in der Hefe genannt. Diesem neuen Verfahren gegenüber steht die herkömmliche Totalsynthese von Hydrocortison, die bis zum Endprodukt über 23 chemische und biotechnologische Reaktionsschritte verläuft.
  • Konstruktion von komplexen genetischen Schaltkreisen. Genetische Schaltkreise versuchen zelluläre Regulationsvorgänge künstlich so zu modifizieren, dass diese durch Zugabe exogener Substanzen an- bzw. abgeschaltet werden können. In Kombination mit der Entwicklung modularer genetischer Einheiten die nach Einbringen in die Zelle zuvor definierte Aufgaben erfüllen (BioBricks), lassen sich Organismen entwickeln, die externe Signale verarbeiten und definierte Antworten geben. Organismen mit komplexen genetischen Schaltkreisen könnten z. B. als Sensoren für gefährliche Chemikalien in der Umwelt dienen.
  • Schaffung von orthogonalen (frei kombinierbaren) Biosystemen. Neu eingebrachte genetische Komponenten sollten nicht mit dem bestehenden zellulären Biosystem in Wechselwirkung treten, damit sie frei und unabhängig voneinander funktionieren können. Als Beispiel für die Schaffung orthogonaler Biosysteme sei hier das Engineering des genetischen Codes genannt, um künstliche Aminosäuren in Proteine einzuschleusen. Auf diese Weise könnten zelluläre Systeme zur Herstellung von beliebigen Aminosäurepolymeren umprogrammiert werden, die als neue Werkstoffe oder Medikamente dienen könnten.

Die Zentrale Kommission für die Biologische Sicherheit (ZKBS) beobachtet die aktuellen wissenschaftlichen Entwicklungen und beschäftigt sich mit sicherheitsrelevanten Fragen der synthetischen Biologie. Einen ersten Bericht mit dem Titel "Monitoring der Synthetischen Biologie in Deutschland" hat die ZKBS im November 2012 veröffentlicht. Er kann von der Internetseite des BVL (Rubrik: Zentrale Kommission für die Biologische Sicherheit) heruntergeladen werden.