Der Einsatz biotechnologisch veränderter Mikroorganismen eröffnet neue Möglichkeiten für Landwirtschaft, Umwelt- und Klimaschutz. Seit ca. 15 Jahren haben Fortschritte bei der Analyse von Genomen, der Gensynthese und der gezielten Erbgutveränderung über CRISPR/Cas-basierte Genomeditierungsverfahren, in Verbindung mit computer- und KI-gestützten Analyse- und Designverfahren, die Herstellung von Organismen mit gewünschten Eigenschaften (einschließlich nicht in der Natur vorkommender Biosynthesewege) stark erweitert. Diese Entwicklungen hin zur synthetischen Biologie (TAB-Arbeitsbericht Nr. 164 "Synthetische Biologie – die nächste Stufe der Bio- und Gentechnologie") wurden bereits extensiv zur Generierung von gentechnisch veränderten Mikroorganismen (GVMO), vor allem Bakterien und Hefen für die industrielle Biotechnologie, genutzt. Zu den damit inzwischen hergestellten Produkten gehören wichtige Grundchemikalien, Lösungsmittel, Biokunststoffe, bestimmte Treibstoffe oder Duft- und Aromastoffe, die zum Teil einen kleinerem CO₂-Fußabdruck haben, da sie aus nachwachsenden Rohstoffen (statt aus Erdöl oder Erdgas) oder bei deren Herstellung CO/CO₂ aus Industrieabgasen verwendet wird (Gasfermentation).

Neben solchen industriellen Anwendungen von GVMO in geschlossenen Systemen werden auch Anwendungen angestrebt, bei denen die GVMO in die Umwelt freigesetzt werden müssten. Die meisten der anvisierten Freilandanwendungen befinden sich in frühen Entwicklungsphasen. Hierzu gehört die Nutzung von GVMO im Pflanzenbau, um die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Phosphor, Kalium und vor allem Stickstoff zu verbessern und somit den Bedarf an synthetischen Düngemitteln zu verringern. Ein weiterer Anwendungsbereich ist der Einsatz als biologische Pestizide. Einige wenige dieser GVMO-Anwendungen, darunter Bakterien zum Pflanzenschutz und zur Verbesserung der Stickstoffversorgung im Pflanzenbau, befinden sich derzeit international auf dem Markt, darunter jedoch keines in der EU. Als Pestizide könnten z. B. auch Bakteriophagen (Viren, die spezifisch bestimmte Bakterien befallen), die in wenigen Fällen bereits zur Bekämpfung von bakteriellen Pflanzenkrankheiten genutzt werden, gentechnisch aufgerüstet werden, um ihr Nutzungsspektrum zu verbreitern (TAB-Arbeitsbericht Nr. 206 “Bakteriophagen in Medizin, Land- und Lebensmittelwirtschaft – Anwendungsperspektiven, Innovations- und Regulierungsfragen“). Als weitere mögliche Anwendungen, für die GVMO freigesetzt werden müssten, werden die Dekontamination von Böden anvisiert, die beispielsweise mit Kohlenwasserstoffen, Kunststoffrückständen, Pestiziden oder Schwermetallen verseucht sind (Bioremediation), oder die Abscheidung und Speicherung von CO₂ (z. B. in biobasierten Baumaterialien oder in Gestein) über Bakterien, die CO₂ aufnehmen und mineralisieren.

In der Europäischen Union ist derzeit für alle Anwendungen zur absichtlichen Freisetzung von GVMO in die Umwelt sowie deren Vermarktung eine Genehmigung mit entsprechenden Umweltverträglichkeitsprüfungen und Zustimmung der Mitgliedstaaten erforderlich. In den vergangenen Jahren wurden die methodischen Leitlinien der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) gezielt weiterentwickelt, um neben gentechnisch veränderten Pflanzen auch GVMO sowie neue gentechnologische Entwicklungen angemessen zu erfassen und prüfen zu können. Ein Vorschlag der Europäischen Kommission vom Dezember 2025 sieht vor, die rechtlichen Grundlagen für das Inverkehrbringen von GVMO (für Anwendungen außerhalb des Lebens- und Futtermittelbereichs) anzupassen, um deren wirtschaftliche Nutzung zu erleichtern und ihr Potenzial für den Klimaschutz besser auszuschöpfen.

Zielsetzung und Vorgehensweise

Im Rahmen einer TA-Kompakt-Studie sollen zunächst bisherige Anwendungen in der Landwirtschaft und im Umwelt- bzw. Naturschutz sowie die verwendeten Methoden der genetischen Optimierung und Veränderung von Mikroorganismen dargestellt werden.

Darauf aufbauend soll eine Übersicht über aktuelle Forschungs- und Entwicklungsbereiche sowie bereits zugelassene und ggf. auch kommerzialisierte GVMO erarbeitet werden. Der Schwerpunkt soll hierbei auf Anwendungen liegen, die einen Freilandeinsatz erfordern oder bei denen eine Umweltexposition der GVMO ansonsten wahrscheinlich ist. Darüber hinaus werden einzelne Fallbeispiele aus verschiedenen Anwendungsbereichen näher charakterisiert. Dabei soll etwa die Rolle neuer Methoden zur genetischen Veränderung und gegebenenfalls deren Zusammenspiel mit KI-Verfahren sowie die damit verbundenen Möglichkeiten zur Um- oder Neugestaltung von Merkmalen in den Blick genommen werden.

Abschließend sollen beispielhaft mögliche begünstigende und hemmende Faktoren für die Wahrscheinlichkeit des zukünftigen Einsatzes von GVMO im Freiland aufgezeigt und diskutiert werden. Berücksichtigt werden dabei die neuen technischen Möglichkeiten und regulatorische Bedingungen.