Die Spanische Farm der “knusprigen” Tiere

An einem Labor am Stadtrand von Madrid werden gentechnisch veränderte Rinder gezüchtet, um das Geheimnis der Entstehung eines Lebewesens aus einer einzigen Zelle zu entschlüsseln.

Bevor Jorge Oteiza, der Bildhauer und Dichter, zu einem der wichtigsten spanischen Künstler des letzten Jahrhunderts avancierte, erschuf er sein erstes bedeutendes Wandgemälde aus Stein an einem ungewöhnlichen Ort: dem Institut für künstliche Befruchtung von Nutztieren, das 1947 von Diktator Francisco Franco am Stadtrand von Madrid ins Leben gerufen wurde. Oteiza visualisierte kopulierende Tiere und schuf daraus majestätische abstrakte Figuren, die heute über dem monumentalen Eingang einer wissenschaftlichen Viehzuchtanlage thronen. Im Mai 2017 wurden hier die ersten gentechnisch veränderten Nutztiere Spaniens geboren: 12 Kaninchen mit einem deaktivierten Gen zur Untersuchung seiner Rolle in der Fruchtbarkeit. Ebenfalls hier kam am 14. Juli Teodoro zur Welt, das erste spanische Lamm mit im Labor modifizierter DNA.

Der Tierarzt Pablo Bermejo aus Madrid, 41 Jahre alt, hält das Schaf Teodoro liebevoll in seinen Armen. Er legt dar, dass sein Hauptforschungsgebiet die Biologie der Entwicklung bei Tieren und Menschen ist: Er erforscht, wie sich eine einzelne Zelle – die von einem Spermium befruchtete Eizelle – in einer makellosen Choreographie teilt, bis sie zu einem Organismus mit Milliarden von Zellen heranwächst. Beim Menschen gehen etwa die Hälfte der befruchteten Eizellen durch Fehlgeburten verloren, oft bevor die Frau überhaupt realisiert, dass sie schwanger ist, gemäß den Daten der National Institutes of Health der USA. “Die Maus ist ein sehr schlechtes Modell für diese Untersuchungen, sie ist völlig ungeeignet”, äußert der spanische Forscher.

Bermejo erzählt, dass er 2016 bei der Nationalen Kommission für biologische Sicherheit die Erlaubnis beantragte, genetisch veränderte Kaninchen, Ziegen und Schafe zu züchten. “Sie fragten mich: ‘Was wollen Sie denn machen?'”, erinnert er sich schmunzelnd. Der Veterinär hatte zuvor Zeit im Labor des britischen Biologen Keith Campbell verbracht, der als einer der “Väter” von Dolly gilt, dem Schaf, das als erstes Säugetier aus einer erwachsenen Zelle eines anderen Individuums geklont wurde. Campbell nahm sich am 5. Oktober 2012 das Leben, drei Tage bevor bekannt wurde, dass er den Nobelpreis für Medizin nicht erhalten würde. Im August 2013 arbeitete Bermejo im US-Landwirtschaftsministerium in Beltsville, als sein Chef ihm eine Studie über Mäuse zusandte, die mit einer kostengünstigen und simplen neuen Methode genetisch modifiziert worden waren: CRISPR. “Das ist zu gut, um wahr zu sein”, warnte der Chef ihn.

Spanische Forscher setzten das CRISPR-Werkzeug ein, um die DNA einer Maus zu bearbeiten, und es gelang ihnen auf Anhieb. Prozesse, die einst einen Monat dauerten oder unmöglich schienen, waren nun in wenigen Stunden möglich. Nach der Rückkehr nach Spanien strebte der Forscher die Genehmigung für den Einsatz von CRISPR bei Nutztieren an. Im Mai 2017 kamen die ersten zwölf mittels CRISPR bearbeiteten Kaninchen zur Welt. Bermejos Team deaktivierte ein Gen, das mit dem ZP4-Protein assoziiert ist, welches Teil der Hülle ist, die den Säugetierembryo umschließt, bevor er sich in der Gebärmutter einnistet. CRISPR, vergleichbar mit einer molekularen Schere, eignet sich hervorragend, um DNA gezielt zu schneiden und Gene stummzuschalten, um ihre Funktion zu entschlüsseln. Tiere mit einem deaktivierten Gen werden als Knockouts bezeichnet. Die Kaninchen von Bermejo zeigten, dass das ZP4-Protein unverzichtbar ist und sein Fehlen Unfruchtbarkeit verursacht.

Das Krähen eines Hahns, der Teil eines benachbarten Projekts zur Wiederansiedlung einheimischer Arten ist, durchbricht die Stille. Das eindrucksvolle Gebäude des ehemaligen Franco-Instituts beherbergt heute die Abteilung für Tierreproduktion des Nationalen Instituts für Agrar- und Lebensmittelforschung und -technologie (INIA-CSIC). Die Fassade des Versuchsbauernhofs zieren riesige Fotografien von Bungalows an idyllischen Stränden, eine bukolische Darstellung, die im Kontrast zum Geruch der Tierexkremente steht. In einem der Räume befinden sich zwanzig weiße Knockout-Kaninchen. Eines der deaktivierten Gene ist für die Produktion des TMEM95-Proteins verantwortlich, dessen Fehlen bei Männern zu Unfruchtbarkeit führt. Bermejos Team hatte bereits 2020 anhand von CRISPR-modifizierten Mäusen nachgewiesen, dass TMEM95 das dritte bekannte Spermienprotein ist, das für die Befruchtung bei Säugetieren unerlässlich ist.

Die Tierärztin Priscila Ramos (37, Burgos) leitet zusammen mit Bermejo die Forschungsgruppe. Sie gibt an, dass bei der Geburt Teodoros eigentlich eine weibliche Nachkommenschaft bevorzugt wurde. Die Wissenschaftler verwendeten CRISPR, um ein Gen zu deaktivieren, das mit den Eiern im Embryo verbunden und vermutlich für die Befruchtung essenziell ist. Jedoch besitzt Teodoro nicht die notwendigen Eizellen, um die Folgen der genetischen Modifikation zu studieren. Das aktuelle Ziel ist die Erzeugung eines knusprigen Lammfleisches, das den Namen der Modekette Zara tragen darf.

Im Jahr 2022 entwickelten Ramos, Bermejo und ihre Kollegen einen chemischen Cocktail aus Hormonen, Proteinen, Vitaminen und Lipiden, mit dem sie weltweit erstmalig ein befruchtetes Schafsei 14 Tage lang in einer Petrischale kultivieren konnten. Die Forscher standen kurz davor, die geheimnisvolle Gastrulation zu erforschen, einen einwöchigen Vorgang, bei dem sich der Zellhaufen in den ersten Entwurf des Organismus umwandelt. Der britische Embryologe Lewis Wolpert (1929-2021) brachte es in seiner Disziplin auf den Punkt: “Der wichtigste Moment deines Lebens ist nicht deine Geburt, deine Hochzeit oder dein Tod, sondern die Gastrulation.” Diese verborgene Phase der menschlichen Embryonalentwicklung im Mutterleib ist die am wenigsten bekannte.

“Die Maus ist eine sehr komfortable Spezies für die Laborarbeit, da sie weniger Platz beansprucht und geringere Investitionen erfordert. Allerdings ähnelt die Gastrulation bei Schafen mehr der des Menschen”, erklärt Ramos. Die Tragzeit einer Maus beträgt etwa 20 Tage, und es ist möglich, innerhalb eines Monats eine Knockout-Maus zu züchten. Bei Schafen, die eine Tragzeit von 150 Tagen haben, gestaltet sich dies viel komplizierter. Pablo Bermejo zufolge ist die Einrichtung in Madrid die einzige in Spanien, die CRISPR-modifizierte Nutztiere herstellt, abgesehen von zwei Laboren an der Universität Murcia, die genetisch veränderte Schweine züchten. “Wir haben es auch bei Forellen versucht, aber ohne Erfolg”, räumt der Tierarzt ein.

Das Akronym CRISPR wurde vom spanischen Mikrobiologen Francis Mojica geprägt. Im Sommer 1992 entdeckte er ungewöhnliche Wiederholungen in der DNA eines Mikroorganismus, der in Santa Pola (Alicante) gefangen wurde. Er benannte sie schließlich als CRISPR, was für “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” steht, obwohl sein Kollege ihn warnte, dass es wie ein Hundename klingen würde. Es war ein Abwehrmechanismus von Mikroben, die genetisches Material ihrer Virenfeinde in ihre eigene DNA integrierten, um sie im Gedächtnis zu behalten. Kehrten diese Angreifer zurück, erkannten die Mikroben sie dank des CRISPR-Systems wieder und entsandten molekulare Scheren, um sie zu zerschneiden. Im Jahr 2012 erkannten die französische Biochemikerin Emmanuelle Charpentier und die amerikanische Chemikerin Jennifer Doudna, dass man mit dieser mikrobiellen Schere DNA gezielt verändern kann. Für diese Entdeckung erhielten sie 2020 den Nobelpreis für Chemie.

Weltweit versucht eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern, die geheimnisvolle Gastrulation auf andere Weise zu beobachten. Pablo Bermejo spricht über die Arbeit von Magdalena Zernicka-Goetz, einer Biologin an der Universität Cambridge, die letztes Jahr die Erzeugung von “menschlichen Embryoiden” bekannt machte: Zellen, die von übrig gebliebenen Embryonen einer Fruchtbarkeitsklinik abstammen und umprogrammiert wurden, um dreidimensionale Strukturen zu bilden, die die Entwicklung eines echten Embryos imitieren. “Sie bemühen sich, den menschlichen Embryo anhand einer Mauskarte zu rekonstruieren”, erklärt Bermejo, der ebenfalls mit Ziegen- und Kuhembryonen arbeitet, ohne diese einer Mutter zu implantieren. “Es ist eine Herausforderung, gegen das etablierte Mäusemodell anzukommen, aber wir setzen unsere Arbeit fort, entgegen der Norm”, ergänzt der Veterinärmediziner, während Teodoro ins Stroh hüpft.

Foto von Tonia Kraakman auf Unsplash