Gen-Mikroben gegen das Bienensterben

Schwund an Wildbienen gefährdet Gemüse- und Obsternten erheblich. Biotechnologen greifen ins Erbgut von Bienen ein

In den USA und Kanada gefährdet der abnehmende Wildbienenbestand die Obst- und Gemüse-Ernten in erheblichem Ausmaß, heißt es in einer aktuellen Studie. Für ihre Analyse untersuchten kanadische und US-amerikanische Wissenschaftler sieben zentrale Nutzpflanzen und deren Abhängigkeit von Wild- und Honigbienen, wobei sie Proben von 131 Landwirtschaftsbetrieben sammelten.

Bei fünf der untersuchten Pflanzenarten zeigte sich, dass zwischen dem zurückgehenden Wildbienenbestand und dem Rückgang der Produktion ein unmittelbarer Zusammenhang besteht. Zudem gab es deutliche Anzeichen dafür, dass Wildbienen bei der Bestäubung von Nutzpflanzen eine weitaus wichtigere Rolle spielen als bislang angenommen.

Bisher war man in den USA davon ausgegangen, dass Honigbienen, die wichtigsten Insekten für die Bestäubung der Hauptkulturen seien. So liegt der monetäre Wert der Bienen bei sagenhaften 6,4 Milliarden Dollar, davon entfallen ganze 4,2 Milliarden Dollar allein auf die Mandelproduktion. Die Bestäuberleistung von Wildbienen liegt immerhin noch bei 1,5 Milliarden Dollar, wobei diese größtenteils die Bestäubung von Kürbissen, Äpfeln, Süßkirschen, Blaubeeren und Wassermelonen übernehmen.

Rund 75 Prozent der 115 weltweit wichtigsten Nutzpflanzen, darunter Kaffee und Kakao, sind von der Bestäubung durch Insekten abhängig. Um die Bestäubung ihrer Kulturpflanzen durch Wild- und Honigbienen sicherzustellen, empfahl Co-Autorin Rachael Winfree den amerikanischen Landwirten, auf Pestizide, die für Bienen giftig sind, zu verzichten.

Auch in Deutschland tragen Wildbienen maßgeblich zur Bestäubung der Kultur- und Wildpflanzen bei. So werden 80 Prozent aller Nutz- und Wildpflanzen von Honigbienen bestäubt, 20 Prozent von Wildbienen, Schmetterlingen, Schwebfliegen und anderen Insekten. Von rund 560 Wildbienenarten ist rund die Hälfte in ihrer Existenz bedroht. Die meisten Arten sind Solitärbienen.

Als Spezialisten fliegen etliche Wildbienenarten nur eine bestimmte Futterpflanze an. Verschwindet diese aus der Landschaft, stirbt auch die Wildbienenart aus.

Genveränderte Bakterien: Resistentere Bienen sollen effizienter bestäuben

Bienen retten - schön und gut. Aber das geht vielleicht auch industriefreundlicher, mögen sich amerikanische Wissenschaftler der Universität Austin/Texas gedacht haben. Sie veränderten das Erbgut von im Darm von Bienen und Hummeln lebenden Bakterien der Art Snodgrassella alvi derart, dass diese einen zusätzlichen Botenstoff, genauer gesagt, eine doppelsträngige Ribonukleinsäure, produzieren.

Dieser soll die Insekten resistent gegen giftige Umweltbedingungen machen. Die neuen Moleküle beeinflussen das Verhalten der Bienen derart, dass sie Blühpflanzen effizienter bestäuben. Die von den Bakterien abgegebene Ribonukleinsäure-Moleküle kann die Gene der Varroa-Milbe oder des Krüppelflügelvirus stilllegen. Auch überlebten Bienen, die die gentechnisch veränderten Bakterien aufgenommen hatten, eine im Labor erzeugte Virusinfektion länger.

Darmbakterien spielen eine wichtige Rolle für Vitalität und Immunabwehr von Bienen und Hummeln. Mit ihrer Hilfe wird die Nahrung verdaut, die Stoffe verteilen sich im ganzen Körper bis ins Gehirn, die Nährstoffe werden vom Darm ins Blut transportiert. Die Studie, die Ende Januar 2020 im Fachjournal Science veröffentlicht wurde, beweist unter anderem, wie leicht eine indirekte gentechnische Veränderung von Bienen und anderen Insekten über deren Darmflora möglich ist.

Paratransgenese - die neue Spielwiese der Gentechnologen?

Erstmalig zeigten deutsche Wissenschaftler 2014, dass man CRISPR/Cas auch an Bienen anwenden kann. 2019 veröffentlichten südkoreanische Wissenschaftler eine Studie, in der das Genom von Honigbienen resistent gemacht wurde gegen das Insektengift Spinosad.

In einer anderen, 2019 veröffentlichten Studie aus den USA wird unter Anwendung der CRISPR/ Cas-Nuklease die Entwicklung von Honigbienenköniginnen untersucht und manipuliert. Daneben werden die Möglichkeiten zur Herstellung von Pestizid resistenten Honigbienenvölkern erörtert.

Mit Hilfe der "Partransgenese" werden Zielorganismen (z. B. Bienen) indirekt manipuliert, indem man die in ihnen lebenden Mikroorganismen (z. B. Darmbakterien) verändert. Die Hoffnung auf das Geschäft mit den gentechnisch veränderten Darmmikroben ist groß, weshalb die Wissenschaftler auch sogleich ein Patent anmeldeten (US 2019 / 0015528 A1).

Die Bakterien produzieren molekulare Botenstoffe, die über die Artgrenzen hinweg in die Genregulation eingreifen, heißt es in der Patentschrift. Nicht nur die Bakterien würden beansprucht, sondern auch die Bienen selbst sowie alle anderen Insekten, in deren Darm die Gen-Bakterien zu finden sind.

Eine Reihe von weiteren Projekten ziele darauf ab, aus der gentechnisch veränderten Mikroorganismen ein neues Geschäftsfeld zu entwickeln, konstatiert Testbiotech, das 2008 als Institut für unabhängige Folgenabschätzung in der Biotechnologie gegründet wurde.

Industriefreundliche Genehmigungsverfahren

Die Chancen auf eine Zulassung der genveränderten Darmbakterien stehen gar nicht schlecht, betrachtet man eine Studie, in der Wissenschaftler im Zeitraum von 2016 bis 2019 die Zulassungsprüfung von Gentechnikpflanzen prüften. Demnach erfüllt die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) die gesetzlichen Anforderungen an die Zulassungsprüfung von gentechnisch veränderten Pflanzen nur unzureichend.

Die Autoren der Studie weisen auf einen deutlichen Widerspruch zwischen den gesetzlich vorgegebenen Schutzstandards und der Praxis der EU-Zulassungen hin. Die gesetzlichen Anforderungen werden zu einseitig und industriefreundlich ausgelegt, klagt Dr. Angelika Hilbeck von der ETH Zürich im Interview mit dem Deutschlandfunk. Zu viele gentechnisch veränderte Organismen (GVO) werden zugelassen - meist zulasten des Umweltschutzes.

Vor dem Hintergrund unkalkulierbarer Risiken bei der Freisetzung von GVO entschied der Europäische Gerichtshof 2018, dass auch neue gentechnische Verfahren wie Genome Editing als Gentechnik reguliert und gekennzeichnet werden müssen.

Dieses Urteil würden Gentechnikfirmen nun allzu gerne aufweichen - um beispielsweise die Umweltrisikoprüfung für neue gentechnische Verfahren auszusetzen.

"Die Natur hat den besseren Bauplan"

Lassen sich Virus- und Varroa-Infektionen mit der neuen Methode überhaupt erfolgreich bekämpfen? Können die benötigten RNA-Moleküle mit vertretbarem Aufwand erzeugt werden? Welche Auswirkungen haben die genveränderten Organismen auf die Umwelt?

Die neue Studie wirft viele Fragen auf. Prof. Robert Paxton, Leiter der Arbeitsgruppe Allgemeine Zoologie am Institut für Biologie der Universität Halle-Wittenberg, warnt davor, fremde Gene in die Umwelt freizusetzen. "Wir brauchen empirische Studien in geschlossenen Systemen mit großen Honigbienenvölkern, die mit GVO-Bakterien gefüttert werden, um zu prüfen, ob Gene entweichen können", fordert der Zoologe.

Weil Bakterien außerordentlich schnell mutieren, sei nicht auszuschließen, dass sie ihre Wirkungen auf andere Tiere und auch auf den Menschen übertragen, weiß Dr. Randolf Menzel, Bienenexperte an der Freien Universität Berlin. Er hält die Anwendung der Methode außerhalb des Labors für unverantwortlich.

Was im Labor unter kontrollierten Wunschbedingungen klappt, ist evolutionär noch lange nicht stabil, räumte selbst Gene-Drive-Entwickler Kevin Esvelt in einem Interview vor vier Jahren ein. "Normalerweise ist der Bauplan der Natur besser, weshalb er sich in einer natürlichen Umgebung durchsetzt", erklärte der Gentech-Experte.

Gentechnik beschleunigt das Artensterben

Jede existierende Art kann als eine einzigartige Erinnerung an Milliarden Jahre Evolution gesehen werden, schreiben die Autoren von Testbiotech in einer 2019 veröffentlichten Publikation.

In der DNA ist die Erinnerung an die gemeinsame Evolution alles Lebendigen gespeichert, heißt es weiter. Sie repräsentiert rund vier Milliarden Jahre gemeinsame Erfahrung, seit die ersten Zellen und Organismen auf der Erde entstanden. Darauf und in der gespeicherten Erinnerung beruht die Fähigkeit der Lebewesen zur Anpassung und ihre Interaktion in den Ökosystemen, sowohl zwischen als auch innerhalb der Arten. Die DNA steuert Verhalten und Wechselwirkungen zwischen Bienen, Mikroben, Fortpflanzung und ihren Beziehungen innerhalb der Nahrungsnetze.

Eingriffe in das Erbgut können die dort gesammelten Informationen gefährden. So können genveränderte Darmbakterien mittels Botenstoffe nicht nur die Eigenschaften ihrer Wirte verändern, sondern auch über Artgrenzen hinweg in die Genregulation eingreifen. Breiten sich gentechnisch veränderte Organismen in natürlichen Populationen unkontrolliert aus, können deren gemeinsame Erinnerungen an die Ergebnisse der Evolution "verwirrt" werden.

Dies wiederum wirkt in Ökoystemen wie ein Störsender: Nahrungs- und Kommunikationsnetze können gestört, ökologische Gleichgewichte verschoben werden. Schlimmstenfalls brechen die Ökosysteme zusammen. So werden die neuen Organismen zum unkalkulierbaren Risiko für Flora und Fauna.

Wer eine "pestizidresistente" Honigbiene züchtet, ignoriert die Auswirkungen von Pestiziden auf Wildbienen und andere Insekten. Einmal freigesetzt, ist nicht auszuschließen, dass sich die veränderten Bakterien auch bei wilden Verwandten wie Hummeln einnisten, warnt Christoph Then von Testbiotech.

Um die Artenvielfalt zu erhalten, genügt es eben nicht, ein Gen oder eine Mikrobe in einer Biene zu verändern. Nutztiere wie Rinder, Schweine, Hühner konnten wir unseren industriellen Produktionsbedingungen anpassen, auch wenn sie unter meist nicht artgerechten Haltungsbedingungen zu leiden haben. Bei Bienen funktioniert das nicht oder nur bedingt.

Wollen wir, dass sie überleben, und sei es, um ihre Bestäubungsleistung in Anspruch zu nehmen, müssen wir die giftigsten Pestizide von den Äckern verbannen. Vor allem aber müssen wir unsere Agrarwüsten in blühende Landschaften verwandeln: Zahlreiche Blumen- und Kräuterarten sind nicht nur für Blühstreifen interessant, sondern sie eignen sich auch als Grunddüngung auf dem Acker.