Die Autoren dieses Artikels – Dr. Craig Lewis & Dr. Andrey Pavlov – PIC
Krankheiten zählen weltweit weiterhin zu den wichtigsten – oder sogar DEN wichtigsten – limitierenden Faktoren für eine wirtschaftliche und nachhaltige Schweineproduktion.
Endemische und grenzüberschreitende Erreger verringern die biologische Effizienz, beeinträchtigen das Tierwohl, beeinflussen Handel und Betriebsabläufe, erhöhen den Einsatz von Antibiotika und vergrößern den ökologischen Fußabdruck der Schweinefleischproduktion. Da die Erwartungen an Nachhaltigkeit steigen, hat sich die Genetik als entscheidender langfristiger Hebel zur Verbesserung von Krankheitsverläufen etabliert.
Anstatt gegen einzelne Erreger zu selektieren, hat sich die moderne Zucht bisher zunehmend auf Robustheit und Resilienz konzentriert – integrierte Merkmale, die es Schweinen ermöglichen, ihre Leistung auch unter gesundheitlichen und umweltbedingten Herausforderungen aufrechtzuerhalten.
Warum Krankheitsresilienz in der Schweineproduktion wichtig ist
Robustheit wird in der Regel als die Fähigkeit eines Tieres definiert, unter unterschiedlichen Umwelt- oder Haltungsbedingungen konstant Leistung zu erbringen. Resilienz bezeichnet die Fähigkeit, Störungen wie Infektionskrankheiten standzuhalten, sich an sie anzupassen und sich von ihnen zu erholen. Diese Merkmale spiegeln komplexe biologische Prozesse wider, an denen Immunregulation, Stoffwechsel und Stressphysiologie beteiligt sind. Sie sind daher polygen und weisen eine niedrige bis mittlere Erblichkeit auf. Wichtig ist, dass Resilienz nicht zwangsläufig eine geringere Erregerlast bedeutet; vielmehr spiegelt sie häufig Toleranz wider, bei der Leistungsverluste trotz fortbestehender Infektion minimiert werden.
Aus züchterischer Sicht lassen sich Robustheit und Resilienz am wirkungsvollsten über umfangreiche Daten erfassen, die unter kommerziellen Bedingungen erhoben werden. Überleben, Lebensleistung, Schwankungen in der Wachstumsrate und Behandlungsaufzeichnungen können alle als Proxy-Indikatoren für Krankheitstoleranz dienen. Die genomische Selektion hat die Wirksamkeit solcher Ansätze erheblich gesteigert, da sie eine genaue Schätzung von Zuchtwerten ermöglicht, selbst wenn direkte Daten aus Krankheitsbelastungen nur begrenzt verfügbar sind. Infolgedessen berücksichtigen viele moderne Schweinezuchtprogramme heute ausdrücklich Ziele für Robustheit oder Resilienz neben Wachstum, Effizienz und Schlachtkörpermerkmalen.
Der praktische Wert einer solchen Verbesserung geht über die Tiergesundheit allein hinaus. Eine höhere Resilienz kann zu einer besseren Futtereffizienz, geringerer Mortalität, niedrigeren Behandlungskosten, einer verbesserten Lebensleistung und einer geringeren Umweltwirkung je Kilogramm erzeugtem Schweinefleisch führen. Auf diese Weise trägt genetische Verbesserung nicht nur zur biologischen Leistung bei, sondern auch zur wirtschaftlichen Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz moderner Schweineproduktionssysteme.
Toleranz versus Resistenz: Was Genetik leisten kann
Die Betrachtung von Krankheitsresistenz im Sinne von Toleranz statt absoluter Resistenz hat sich insbesondere bei endemischen Erregern als wertvoll erwiesen. Vollständige Resistenz ist selten, durch konventionelle Selektion nur langsam zu erreichen und kann biologische Zielkonflikte mit sich bringen. Toleranzbasierte Ansätze akzeptieren eine fortbestehende Exposition, zielen jedoch darauf ab, Infektion und negative Folgen voneinander zu entkoppeln.
Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass natürlich vorkommende monogene Resistenzmechanismen beim Schwein bereits existieren. Dies zeigt, dass entscheidende genetische Lösungen für Krankheiten biologisch plausibel sind. Ein gut etabliertes Beispiel ist die Resistenz gegenüber Escherichia coli, die F4- und F18-Fimbrien zeigen – wesentliche Ursachen für Durchfall nach dem Absetzen. Ein Polymorphismus im FUT1-Gen, das die Expression intestinaler epithelialer Rezeptoren steuert, bestimmt, ob F18-Fimbrien an die Darmoberfläche binden können. Schweine, die homozygot für das resistente FUT1-Allel sind, besitzen keinen funktionsfähigen Rezeptor und sind damit effektiv resistent gegenüber Infektionen mit F18-positiven E. coli, ohne dass durchgängig negative Effekte auf Wachstum oder Reproduktion beobachtet werden. Diese natürlich vorkommende, monogene Lösung wurde erfolgreich in kommerzielle Zuchtprogramme integriert und bietet unter Praxisbedingungen dauerhafte Gesundheitsvorteile.
PRRS als Fallbeispiel für genetische Resilienz
Da keine spezifischen Resistenzgene identifiziert wurden, veranschaulicht das Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) sowohl die Chancen als auch die Grenzen der Zucht auf Krankheitsresistenz im Sinne von Toleranz statt absoluter Resistenz. PRRS ist zum am intensivsten untersuchten Modell für genetische Resilienz beim Schwein geworden.
PRRS hat seit seinem Auftreten Ende der 1980er-Jahre weltweit erhebliche Auswirkungen gehabt. Das Virus verringert die Reproduktionsleistung in Zuchtherden und erhöht die Mortalität, reduziert die Wachstumsrate und beeinträchtigt die Futtereffizienz bei Mastschweinen. Die erheblichen wirtschaftlichen Kosten wurden wiederholt dokumentiert. Neuere Arbeiten zeigen jedoch eine weitere Konsequenz auf: Eine geringere Produktionseffizienz erhöht die Treibhausgasemissionen je Kilogramm erzeugtem Schweinefleisch.
Groß angelegte Lebenszyklusanalysen haben gezeigt, dass PRRS-negative Schweineproduktionssysteme eine um 4–6 % geringere Umweltwirkung haben als durchschnittliche Systeme und eine um 9–17 % geringere Umweltwirkung als PRRS-positive Systeme. Diese Effekte werden in erster Linie durch höhere Überlebensraten und eine verbesserte Futterverwertung verursacht. Dies verdeutlicht, dass genetische und gesundheitliche Maßnahmen zur Verbesserung der Resilienz zugleich Vorteile für Klima und Ressourcennutzung bringen.
Genetische Studien unter experimenteller und kommerzieller PRRS-Belastung zeigten, dass die Wirtsreaktion eine klare erbliche Komponente aufweist, insbesondere bei Ferkeln in der Aufzucht. Die Identifizierung eines wichtigen quantitativen Trait-Locus auf Chromosom 4, der mit Variation im GBP5-Gen verbunden ist, lieferte den ersten breit eingesetzten Marker für PRRS-Resilienz. Schweine, die das günstige Allel tragen, zeigen unter PRRS-Belastung eine geringere Virämie und ein verbessertes Wachstum. Dies bestätigt das Prinzip, dass genetische Toleranz im großen Maßstab selektiert werden kann.
Nachfolgende Arbeiten zeigten jedoch auch wichtige Einschränkungen. Die Effekte einzelner Loci variieren je nach Virusvariante, Produktionsphase und Gesundheitsstatus. In einigen Fällen können sie unter PRRS-freien Bedingungen neutral oder sogar ungünstig sein. Diese Erkenntnisse unterstreichen, dass die PRRS-Reaktion polygen und kontextabhängig ist. Sie bekräftigen die Notwendigkeit einer genomweiten Selektion innerhalb robuster Zuchtrahmen, statt sich auf einzelne Marker zu verlassen.
Gen-Editierung und das Potenzial für echte Krankheitsresistenz
Während sich die PRRS-Genetik weitgehend auf Toleranz konzentriert hat, hat die Gen-Editierung gezeigt, dass echte Resistenz biologisch möglich ist. Die Editierung des CD163-Rezeptors, den das PRRS-Virus nutzt, um in Makrophagen einzudringen, führt zu Schweinen, die resistent gegenüber Infektionen sind, ohne dass beobachtbare negative Auswirkungen auf Gesundheit oder Leistung auftreten. Genauer gesagt, ermöglichten Gen-Editierungstechnologien wie CRISPR eine präzise Veränderung der spezifischen Domäne des CD163-Rezeptors, die das Virus für den Eintritt in Wirtszellen nutzt, während die normalen biologischen Funktionen des Rezeptors erhalten blieben. Dies ist ein bedeutender Fortschritt, da dadurch eine Infektion wirksam verhindert wird, statt die Krankheit zu behandeln. Zugleich zeigt es deutlich, wie gezielte genetische Ansätze die Krankheitsresilienz verbessern können.
Um Schweine zu züchten, die gegenüber PRRS resistent sind, entfernten Forschende präzise einen Teil eines spezifischen Gens, das das PRRS-Virus nutzt, um das Schwein zu infizieren. Nichts Fremdes wurde hinzugefügt, und es wurden keine Gene eingefügt. Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn man die breitere Diskussion rund um Gen-Editierungstechnologien betrachtet.
Gen-Editierung ist nicht dasselbe wie genetische Modifikation
Zwischen gentechnisch veränderten Organismen (GVO) und gen-editierten Tieren besteht ein klarer Unterschied. Gen-Editierungstechnologien wie CRISPR nehmen präzise, gezielte Veränderungen innerhalb der bestehenden DNA eines Tieres vor, ohne fremdes genetisches Material einzuführen. Im Gegensatz dazu beinhalten traditionelle GVO in der Regel das Einfügen von Genen einer anderen Art, etwa bakterieller Gene in Bt-Pflanzen oder Wachstumshormon-Gene in Lachs, um neue Merkmale einzuführen. Diese Unterscheidung ist wichtig, da gen-editierte Tiere – wie PRRS-resistente Schweine – nicht transgen sind, sondern durch Veränderung ihres eigenen Genoms entstehen. Die Anerkennung dieses Unterschieds unterstützt eine klarere wissenschaftliche Kommunikation und kann das öffentliche Verständnis und die Akzeptanz von Gen-Editierungstechnologien in der Landwirtschaft verbessern.
Gen-Editierungstechnologie zeigt großes Potenzial, sowohl landwirtschaftliche Herausforderungen als auch Erkrankungen des Menschen anzugehen. Bis heute wurde sie erfolgreich zur Behandlung von Patienten mit Erkrankungen wie Sichelzellanämie, erblich bedingtem Hörverlust und bestimmten Formen erblich bedingter Blindheit eingesetzt. Darüber hinaus befinden sich laut Weltgesundheitsorganisation derzeit Gen-Editierungstherapien für Erkrankungen wie HIV, zystische Fibrose und verschiedene Krebsarten in der Entwicklung.
Gen-Editierung wirft Fragen auf, die über die wissenschaftliche Machbarkeit hinausgehen. Regulatorische Rahmenbedingungen, gesellschaftliche Akzeptanz und Auswirkungen auf den internationalen Handel werden darüber entscheiden, ob solche Technologien kommerziell eingesetzt werden können. Dennoch liefert PRRS einen Machbarkeitsnachweis dafür, wie funktionelle Genomik die Krankheitskontrolle verändern könnte, wenn diese Hürden überwunden werden.
Was PRRS uns über ASP und MKS lehren kann
Mit Blick auf die aktuelle Zucht bekräftigt das oben genannte FUT1-Beispiel ein zentrales Prinzip, das sich aus der PRRS- und Gen-Editierungsforschung ergibt: Wenn eine Infektion von einem spezifischen Wirtsrezeptor abhängt, kann Genetik den Krankheitsweg vollständig unterbrechen – sei es durch konventionelle Selektion oder durch gezielte Genomveränderung.
Mit Blick auf die Zukunft sind diese Erkenntnisse hochrelevant für grenzüberschreitende Krankheiten wie die Afrikanische Schweinepest (ASP) und die Maul- und Klauenseuche (MKS). Insbesondere ASP verursacht in naiven Populationen eine nahezu vollständige Mortalität und lässt damit nur wenig Spielraum für toleranzbasierte Selektion. Zwar wurden bislang keine funktionellen Resistenzgene identifiziert, doch Fortschritte im Verständnis von Wirt-Erreger-Interaktionen in Kombination mit Werkzeugen zur Genomeditierung könnten es künftig ermöglichen, kritische Eintrittsrezeptoren oder Immunwege zu verändern.
Bei MKS, bei der Impfungen weiterhin wirksam, logistisch jedoch anspruchsvoll sind, könnten genetische Ansätze zur Verbesserung der Resilienz oder zur Verkürzung der Erholungszeit bestehende Kontrollstrategien ergänzen. In beiden Fällen bleiben breitere Verbesserungen der Robustheit – etwa eine verbesserte Immunkompetenz und Stresstoleranz – wertvoll, unabhängig davon, ob eine erregerspezifische Resistenz erreichbar wird.
Genetik als Teil der künftigen Krankheitskontrolle
Zusammenfassend entwickelt sich die Genetik zur Krankheitskontrolle beim Schwein von einer breiten Selektion auf Robustheit über toleranzbasierte Resilienz, wie sie durch PRRS veranschaulicht wird, hin zur Möglichkeit präziser, gen-editierter Resistenz. Zusammen bieten diese Ansätze eine Zukunft, in der die Auswirkungen von Krankheiten nachhaltig reduziert werden können – zur Unterstützung von Tierwohl, Rentabilität der Betriebe und Umweltleistung sowie zur Stärkung der Vorbereitung auf Krankheiten mit schwerwiegenden Folgen wie ASP und MKS.
Dieser Artikel wurde erstmals in PORCUS, dem Magazin der südafrikanischen Schweinebranche, veröffentlicht und für die Veröffentlichung auf unseren Websites angepasst.
Literaturverweise
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