Als Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier 2020 den Nobelpreis für Chemie erhielten, würdigte der Preis eine Entdeckung, die noch keine zehn Jahre alt war – und bereits das Labor verließ. CRISPR-Cas9 wird oft als medizinische Technologie angepriesen, weil die dramatischsten Anwendungsfälle – die Korrektur von Sichelzellenanämie und die Behandlung von hämatologischem Krebs – am sichtbarsten sind. Aber die Medizin ist nur das am stärksten regulierte Segment. Die Genbearbeitung dringt in der Landwirtschaft, in der industriellen Chemieproduktion und in der Materialentwicklung in einem Tempo vor, das die Gesundheitsversorgung nicht widerspiegelt, und mit Auswirkungen auf den Wettbewerb, die über die Grenzen jedes Pharmaunternehmens hinausgehen.
Vom Nobelpreis zum kommerziellen Werkzeug in weniger als einem Jahrzehnt
Die Geschwindigkeit der Einführung von CRISPR als industrielles Werkzeug ist in der Biotechnologie beispiellos. PCR, die Technik, die die DNA-Amplifikation ermöglichte und die Diagnostik revolutionierte, brauchte Jahrzehnte, um zu einem Laborprodukt zu werden. CRISPR gelangte in weniger als einem Jahrzehnt vom ursprünglichen Papier aus dem Jahr 2012 zur kommerziellen Anwendung. Diese Geschwindigkeit lässt sich durch eine Kombination mehrerer Faktoren erklären: Die Technik ist relativ einfach durchzuführen – jedes Labor mit Grundausstattung kann Änderungen an Modellorganismen vornehmen – und die Kosten für Reagenzien sind kontinuierlich gesunken, wodurch sich der Kapitalbedarf für Experimente verringert hat.
Der technische Unterschied, der aus regulatorischer Sicht am wichtigsten ist, ist der Unterschied zwischen Transgenen und Base Editing. Transgene Organismen führen genetisches Material einer anderen Art ein – was den GVO-Regulierungsrahmen in praktisch allen Märkten aktiviert. Das Baseneditieren, das die meisten landwirtschaftlichen Anwendungen von CRISPR durchführen, verändert das eigene Genom des Organismus, ohne dass externe Sequenzen eingefügt werden. Das Ergebnis ist genetisch nicht von einer natürlichen Mutation oder jahrzehntelanger konventioneller Züchtung zu unterscheiden. Diese Unterscheidung hat die Regulierungslandschaft völlig verändert.
Was passiert in der Landwirtschaft – auch in Brasilien?
Embrapa leitet die Forschung zur genetischen Bearbeitung tropischer Nutzpflanzen mit Schwerpunkt auf Dürreresistenz, Krankheitserregertoleranz und Stickstoffnutzungseffizienz. Von CRISPR bearbeitetes Soja, Mais und Zuckerrohr befinden sich in der Entwicklung, und Brasilien hat spezielle Vorschriften für Organismen, die mit Techniken bearbeitet werden, die keine exogene DNA einführen. Das Gesetz 13.123/2015 und die normativen Resolutionen von CTNBio haben einen schnelleren Weg für die Zulassung bearbeiteter Sorten geschaffen als für herkömmliche GVO – was relevant ist, weil das Zeitfenster zwischen Entwicklung und kommerzieller Zulassung einer der größten Engpässe in der Agrarindustrie darstellt.
Außerhalb Brasiliens schreitet das Szenario mit einer anderen Geschwindigkeit voran. Die Vereinigten Staaten haben im Jahr 2020 die meisten Basenbearbeitungen bei Nutzpflanzen dereguliert. Argentinien hat eine bahnbrechende Regelung verabschiedet, die die CRISPR-Bearbeitung als eine Technik behandelt, die der traditionellen Züchtung entspricht, wenn keine exogene DNA eingefügt wird. Die Europäische Union überprüft nach Jahren der Unsicherheit nach einem Urteil des Gerichtshofs aus dem Jahr 2018, in dem Genbearbeitung mit GVO gleichgesetzt wurde, den Rahmen im Rahmen der Neuen Genomtechniken – die Regeln sind noch nicht endgültig, aber die Richtung geht in Richtung Liberalisierung.
Die praktische Auswirkung für die brasilianische Agrarindustrie ist ein Wettbewerbsdruck, der aus zwei Richtungen kommt: Editierte Sorten aus anderen Ländern kommen mit Eigenschaften auf den Markt, die herkömmliche Sorten innerhalb einer angemessenen Verbesserungszeit nicht erreichen können, und die Kosten für die Entwicklung neuer Sorten fallen Akteuren zu, die vor der genetischen Editierung vom Saatgutmarkt ausgeschlossen gewesen wären. Ein regionales Saatgutunternehmen, dem zuvor das Kapital fehlte, um proprietäre Sorten mit der herkömmlichen Methode zu entwickeln, kann jetzt durch den Zugang zu einem Bearbeitungslabor wettbewerbsfähig sein.
Industrielle Chemie: Mikroorganismen als molekulare Fabrik
Die Herstellung von Industriechemikalien aus gentechnisch veränderten Mikroorganismen ist nicht neu – die industrielle Fermentation hat eine jahrzehntelange Geschichte. Was CRISPR verändert, ist die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Engineering-Prozesses. Bisher erforderte die Optimierung eines Stamms zur Produktion einer bestimmten Verbindung jahrelange Zufallsmutagenese und Selektion. Durch die gezielte Bearbeitung ist es möglich, mehrere gleichzeitige Änderungen in viel kürzeren Zyklen vorzunehmen.
Unternehmen wie Zymergen und Ginkgo Bioworks haben auf der Grundlage dieses Prinzips ganze Plattformen aufgebaut: Sie bearbeiten Mikroorganismen, um Aromen, Duftstoffe, Polymere, Geschmacksstoffe und pharmazeutische Inhaltsstoffe herzustellen, die zuvor auf die Extraktion aus einer natürlichen Quelle oder die chemische Synthese aus Petrochemikalien angewiesen waren. Das Verkaufsargument vereint Kosten und Nachhaltigkeit – in manchen Fällen ist der biologische Weg tatsächlich günstiger. In anderen liegt die Prämie im erneuerbaren Ursprung, was die Produktkommunikation in Kategorien ermöglicht, in denen es darauf ankommt.
Für die traditionelle Chemieindustrie ist diese Bewegung ein direkter Wettbewerb in Spezialkategorien. Hersteller von Geschmacks- und Duftstoffen, Lebensmittelzusatzstoffen und pharmazeutischen Zwischenprodukten stehen unter dem Druck von Biolieferanten, die eine andere Kostenstruktur haben. Die Frage ist nicht, ob die biologische Chemie die synthetische Chemie ersetzen wird – für die meisten Mengen und Anwendungen wird sie dies nicht tun, zumindest nicht kurzfristig. Die Frage ist, welche margenstarken Kategorien anfällig sind.
Materialien: der am wenigsten sichtbare Rand
Die Anwendung der Genbearbeitung in Materialien wird seit zehn bis fünfzehn Jahren am wenigsten diskutiert und ist vielleicht die vielversprechendste. Spinnenseide – biologisch gesehen eines der Materialien mit dem besten Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, das es gibt – wird bereits durch bearbeitete Hefen und Bakterien hergestellt. Durch Fermentation hergestelltes Kollagen findet Eingang in Biomaterialanwendungen für Medizin und Kosmetik. Genetisch funktionalisiertes Myzel kann mechanische und elektrische Eigenschaften haben, die natürliches Myzel nicht hat.
Der Unterschied zwischen biologischen Materialien und Anwendungen in den Bereichen Lebensmittel und Chemie besteht darin, dass der Validierungsweg länger und die Anfangsmengen kleiner sind. Aber die Vorteile biologischer Materialien in bestimmten Anwendungen – Biokompatibilität, Abbaubarkeit, programmierbare Eigenschaften – schaffen Nischen, in denen sich das Kosten-Nutzen-Argument bereits heute schließt, ohne auf die Parität mit synthetischen Massenmaterialien warten zu müssen.
Was Nicht-Biotech-Unternehmen jetzt tun müssen
Der häufigste Fallstrick besteht darin, CRISPR als das Geschäft von Biotech-Unternehmen zu betrachten. Für Unternehmen in der Lebensmittel-, Chemie- und Materialbranche stellt die Genbearbeitung einen Wettbewerbsdruck von außerhalb der Branche dar, und die angemessene Reaktion besteht nicht darin, interne Bearbeitungskapazitäten aufzubauen, sondern darin, die Kapazitäten aufzubauen, um zu bewerten und zu integrieren, was die Industrie produziert.
Die Aktionskarte hat drei Fronten. Die erste besteht in der kontinuierlichen Wettbewerbsanalyse darüber, welche Pflanzen, Mikroorganismen und Materialien sich bei den Hauptakteuren in der Entwicklung befinden und welche Kategorien Ihres Unternehmens sie betreffen. Das zweite sind aktive Regulierungsbeziehungen – Unternehmen, die den CTNBio- oder MAPA-Genehmigungsprozess verstehen, sind im Vorteil gegenüber denen, die das neue Rahmenwerk entdecken, wenn der Wettbewerber bereits eine Genehmigung hat. Der dritte Punkt ist eine klare Build-, Buy- oder Partner-Entscheidung für die biologische Kapazität: Wenn Sie eine Sorte oder einen bearbeiteten Inhaltsstoff benötigen, welches ist das schnellste Zugangsmodell zur Markteinführung? Die Antwort liegt selten darin, ein Labor von Grund auf aufzubauen.
Lesen Sie auch
- Bioproduktion: Wenn die Biologie zum Fließband wird
- Städte als Labor: Wenn der städtische Raum zur Testplattform wird
- Präzisionsfermentation: tierfreie tierische Proteine
- Was ist Spatial Computing und warum verlässt die Schnittstelle den Bildschirm
- Quantencomputing jenseits des Hype: Eine ausgereifte Lektüre
- Quantencomputing ohne Hype: Was Sie wirklich erwarten können