Gentechnisch veränderte Pflanzen

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GloFish: das erste gentechnisch veränderte Tier, ein Zebrabärbling, das als Haustier in den USA verkauft wird.

Gentechnisch veränderte Organismen (GVO oder GMO (Gentechnisch modifizierter Organismus, engl. Genetically Modified Organism)) sind Organismen, deren Erbanlagen mittels gentechnischer Methoden gezielt verändert wurden. Insbesondere werden Gene zwischen verschiedenen Arten übertragen, um so Tieren oder Pflanzen bestimmte Eigenschaften zu vermitteln, die mit traditioneller Züchtung nicht zu erreichen sind, aber aus wirtschaftlicher und/oder gesellschaftspolitischer Sicht sinnvoll erscheinen (zum Beispiel sichere und gesunde Nahrungsversorgung durch Krankheitsresistenz, Ertrag, und Fruchtbarkeit der Pflanzen und deren Inhaltsstoffe; Medikamente und Impfstoffe und Umweltschutz-Produkte).

Die Arbeit mit GVOs ist in der Molekularbiologie, Biochemie und Biologie Teil des Laboralltags und unterliegt entsprechenden Regelungen. GVOs, bei denen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden Gene aus anderen Organismen eingeschleust wurden, werden als Transgene Organismen bezeichnet. Gentechnisch modifizierte Bakterien und andere Einzeller werden meist nicht hierzu gezählt. In der Medizin werden nur nicht-menschliche Organismen als GVOs bezeichnet. Ansonsten müssten Patienten, die sich beispielsweise einer Gentherapie unterzogen haben, als entsprechende Organismen behandelt werden.

Man unterscheidet grüne, rote und weiße Gentechnik. Während die Produkte der roten und weißen Gentechnologie weitgehend akzeptiert sind, ist die grüne Gentechnologie umstritten; einerseits wird postuliert, dass die GVO-Techniken ein der Züchtung komplementäres Wissensgebiet sei und nur durch den Einsatz dieser Technologie die künftige Weltbevölkerung ernährt werden kann, andererseits wird auf die möglichen Gefahren für Umwelt und Nahrungskette hingewiesen.

Während in Europa der Vertrieb von GVOs genauen EU-Kennzeichnungsrichtlinien und der Anbau von genveränderten Pflanzen strengen Auflagen unterliegt und dadurch sehr stark eingeschränkt ist, nimmt der Anbau von genverändertem Mais, Reis, Sojabohnen, Baumwolle in USA und vielen Entwicklungsländern stetig zu und hat 2006 über 104 Mio ha Anbaufläche erreicht.

Nachweis

Die GVOs in Lebens- und Futtermitteln sind durch verschiedene molekularbiologische Techniken nachweisbar. Hierzu gehören unter anderem qPCR oder Microarrays. Diese Testung kann über sogenannte Screening-Elemente (z. B. p35S, tNos, pat oder bar) oder über event-spezifische Elemente der offiziell zugelassenen GVOs (z. B. Mon810, Bt11 oder GT73) erfolgen.

Die Microarray-basierte Methode kombiniert die multiplex-PCR-Methode mit den Vorteilen der Array- oder Biochip-Methode: dem Proben-Screening. Hierbei werden die Proben auf viele verschiedene mögliche GVOs parallel untersucht. Während mittels PCR oder qPCR einzele GVOs detetektiert werden, wird der Microarray verwendet, um die verschiedenen Marker wie Screening-Elemente, Pflanzen-spezifische Marker sowie event-spezifische Marker zu kombinieren. Dies erhöht die Aussagekraft des Testes erheblich. Diese Nachweismethode wurde bereits in der EU validiert ^[1]. Die Nachweisgrenze für die molekularbiologischen Tests liegt momentan bei 0,1 %, geringere Mengen sind jedoch durchaus auch detektierbar.

Um das Risiko von falsch positiven oder falsch negativen Ergebnissen zu minimieren, müssen umfangreiche Kontrollen bei der Analyse durchgeführt werden. Jeder Schritt im molekularbiologischen GVO-Nachweis muss durch eine Kontrolle abgedeckt sein. So ist z. B. eine Überprüfung der Probe auf eine (natürliche) CaMV-Verunreinigung (Cauliflower mosaic virus) wichtig, um ein falsch-positives Ergebnis zu vermeiden. Genetische Elemente aus dem CaMV werden auch in der GVO-Entwicklung verwendet.

Forschung und Entwicklung

Die folgenden Ziele und Fragen werden kontrovers diskutiert und bedürfen weiteren wissenschaftlichen Diskursen und Untersuchungen.

Ziele

Durch die Forschung und Entwicklung von gentechnisch veränderten Organismen soll eine nachhaltige Landwirtschaft auch in ungünstigen Gebieten durch Nahrungspflanzen mit Toleranz gegen Hitze, Wassermangel und Salz ermöglicht werden. Der Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln in der Pflanzenproduktion soll reduziert werden. Nahrungsmittel sollen vermehrt mit gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen versehen sein. Weitere Ziele sind eine nachhaltige Forstwirtschaft, eine nachhaltige Aquakultur sowie teilweise eine biologische Sanierung und ein Beitrag zum Umweltmanagement.

Fragen

Offene Fragen gibt es insbesondere im Bereich der unkontrollierten Ausbreitung gentechnisch veränderter Organismen. Dazu gehört die Frage, ob gentechnisch modifizierte Kulturpflanzen in natürliche und Agrar-Ökosysteme eindringen werden. Ob es zu Auskreuzungen in verwandte Arten und zu einer vermehrten Konkurrenzkraft bei bestimmten Unkräutern kommt. Des Weiteren wird die Möglichkeit in Erwägung gezogen, dass gentechnisch modifizierte Kulturpflanzen zu sogenannten „Superschädlingen“ und „Superkrankheiten“ führen. Auch Fragen zum horizontalen Gentransfer, zur Beeinflussung der biologische Vielfalt und zu sekundären (indirekten) ökologische Auswirkungen sind noch offen.

Beiträge zur Diskussion

Erhöhung des Nährstoffgehalts

Ein bekanntes Beispiel für einen GMO ist die transgene Reis­sorte Goldener Reis, die von dem Schweizer Wissenschaftler Ingo Potrykus und dem Freiburger Peter Beyer und deren Mitarbeitern entwickelt wurde. Der Goldene Reis war insofern ein neuer Ansatz, als zum Einen ein komplett neuer Stoffwechselprozess in eine Pflanze eingebracht wurde, wodurch im Endosperm der Körner β-Carotin (das im menschlichen Organismus zur Bildung von Vitamin A dient) angelagert wird, und zum Anderen, weil die Pflanze, soweit bekannt, keinen Selektionsvorteil durch die Modifizierung erhielt. Von den Herstellern wird nach eigenen Angaben ein altruistischer Ansatz verfolgt. Mit dem Goldenen Reis sollen demnach keine kommerziellen Interessen verknüpft sein, sondern vielmehr die Versorgung mit Vitamin A in Entwicklungsländern unterstützt werden. An der anfänglichen Entwicklung war kein GMO-Produzent beteiligt. Mittlerweile wird der Reis von dem Saatgutkonzern Syngenta, der im Besitz der entsprechenden Patente ist, weiterentwickelt. Das Unternehmen hat nach eigenen Aussagen aber kein Interesse an einer kommerziellen Nutzung. Derzeit wird Golden Rice in Indien, China, Indonesien und auf den Philippinen in lokale Arten eingekreuzt, anschließend sollen die dortigen Zulassungsverfahren eingeleitet werden.

Kritiker vermuten hinter Golden Rice eine Strategie zur Rechtfertigung bzw. Imagekorrektur der grünen Gentechnik und stellen grundsätzlich die Notwendigkeit eines β-Carotin-produzierenden Reis in Frage.

Produktion essbarer Impfstoffe

Ein weiteres Projekt der InnoPlanta ist eine Erbse, welche Antikörper gegen Salmonellen produziert. Hühner bekämen dann die Erbsen als Futterzusatz, welcher die Antikörperbildung im Organismus anregt und die Infektion mit Salmonellen verhindert Salmonellose. Der Verbreitungsgrad bzw.der Verseuchungsgrad der Hühnerbestände auch mit nicht humanpathogenen Salmonellen könnte wesentlich verringert werden.

Mögliche unerwünschte Ausbreitung

Als unkontrollierbare Ausbreitung wird in der Debatte um die Gentechnologie und der Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen die Gefahr verstanden, dass sich GVOs vom Menschen unkontrolliert und unumkehrbar in den Ökosystemen ausbreiten können. Dabei wird unterschieden zwischen:

• horizontalem Gentransfer (eher unwahrscheinlich^[2]), bei dem sich Teile des Genoms über Artgrenzen hinweg, und
• vertikalem Gentransfer (sehr wahrscheinlich), bei dem diese sich innerhalb der Art verbreiten.

Besonders von Gegnern der Gentechnologien werden entsprechend regelmäßig Berichte über unkontrollierbare Ausbreitungen in die Diskussion gebracht, einige Beispiele:

• EU-Gutachten belegt erhöhtes Ausbreitungsrisiko für Raps ^[3][4]
• In Mexiko fanden Wissenschaftler manipuliertes Erbgut in traditionellen Maissorten, obwohl seit 1998 keine genmanipulierten Maissorten mehr angebaut werden dürfen.^[3][5]
• Im Westen Kanadas entwickelt sich herbizid-resistenter wild wachsender Raps zu einem großen Unkrautproblem^[3][6]
• Auf einem spanischen Ökoacker wurden „unter anderem Gene für eine Antibiotikaresistenz“ entdeckt.^[3][7]
• Zuckerrüben geben ihr Erbgut an Wildpflanzen weiter^[3][8]
• Starlink-Gen trotz Verbot in Japan entdeckt^[3][9]

• Weizen kreuzt sich mit Beikräutern wie dem Walch ^[10][11][12]
• Sonnenblumen zeigen ein erhöhtes Potenzial zur Ausbreitung in der Umwelt ^[10][13]

Beispiel Erbse

Transgene Erbsen bezeichnen gentechnisch veränderte Erbsen, die dazu entwickelt werden, eine höhere Resistenz gegen Schadinsekten, Viren und Pestizide zu erreichen. So kann der Fraß durch den Gemeinen Erbsenkäfer (Bruchus pisorum) Ertragsausfälle von bis zu 30 Prozent verursachen. Die transgenen Erbsen eignen sich zur Produktion teurer Proteine und Medikamente wie zum Beispiel Interferon. Die Erbse (Pisum sativum) ist eine Hülsenfrucht und wird seit Jahrtausenden als Nutzpflanze kultiviert. Schon der österreichische Mönch Gregor Mendel erforschte 1865 in seinen Experimenten zur Kreuzung von Erbsen die Regeln der Vererbung, welche bis heute als Mendelsche Regeln Gültigkeit haben.

Resistenz gegen Schadfraß

In Australien arbeitete das Forschungslabor der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation etwa zehn Jahre lang an einer Variante der Erbsenpflanze, welche sich zuverlässig gegen den Erbsenkäfer schützte. Zum Einsatz kam ein Amylase-Hemmer, welcher als Inhibitor (Hemmstoff) das für den Stärkeabbau wichtige Enzym α-Amylase blockiert. Das Gen wurde der Kidney-Bohne entnommen und auf die Erbsenpflanze übertragen. Wird die α-Amylase gehemmt, können die Larven des Erbsenkäfers die mit der Nahrung aufgenommene Stärke nicht verdauen und sterben den Hungertod.

Im Zuge der Risikoanalyse durch die Schweizerische Arbeitsgruppe Gentechnologie (SAG) und durch die Australian National University von Canberra erkrankten Feldmäuse, welche mit den transgenen Früchten gefüttert wurden, auffällig oft an Lungenentzündung. Die Mäuse produzierten auch Antikörper gegen das Gen und entwickelten Allergien selbst gegen unbehandelte Erbsen als Futter. In Mausversuchsgruppen, welche mit gewöhnlichen Erbsen gefüttert wurden, kam es nicht zu Lungenentzündungen.

Die Erkrankungen sind laut Publikation des stellvertretenden Leiters des staatlichen australischen Forschungsinstituts CSIRO, Thomas Higgins^[14] auf das veränderte Protein zurückzuführen, welches nun andere Verbindungen mit Zuckermolekülen eingeht. Dies liegt daran, dass das Glykoprotein neben seinem Rückgrat aus Aminosäuren auch viele Zucker besitzt, welche das Eiweiß ummanteln. An diese Zucker wiederum bindet die Erbse zum Teil andere Zucker als die Zelle einer Bohne. Laut Higgins haben sich somit die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation WHO zur Kontrolle der Gentechnik bewährt.

Weil ähnliche Unverträglichkeiten bei Menschen zu erwarten wären, wurden die entsprechenden Projekte Ende 2005 abgebrochen. Dies scheint zu zeigen, dass die weltweit geltenden Verfahrensregeln funktionieren könnten, um rechtzeitig, bereits im Forschungsstadium, mögliche Gefährdungspotentiale für Mensch, Tier und Umwelt offenzulegen.

Am bekanntesten sind jedoch Bt-Pflanzen, die auch schon vielfältig angebaut werden, und die Pflanzen gegen eine Vielzahl von Schädlingen schützen können. Über Nebenwirkungen ist derzeitig nichts bekannt.

Erhöhung des Proteingehaltes

Die EU importiert im Moment (2005) jährlich 40 Millionen Tonnen Futtermittel aus USA, Argentinien und Brasilien, weil die selbst produzierten Mengen nicht ausreichen, um den Bedarf zu decken. 26 Millionen Tonnen der Importe entfallen auf Soja, welches einen Eiweißgehalt von 45 bis 50 Prozent aufweist. Soja kann in Mitteleuropa aus klimatischen Gründen nur in geringen Mengen angebaut werden. Die gewöhnliche Erbse hat einen Eiweißgehalt von 22 bis 26 Prozent. Traditionelle Erbsenzüchtungen brachten zwar höhere Erträge ein, aber kein Mehr an dem für die Futterindustrie entscheidenden Gehalt an Roheiweiß.

Ziel der InnoPlanta Pflanzenbiotechnologie Nordharz/Börde e.V. aus Gatersleben ist eine an die Futtereigenschaften angepasste Erbse, also eine Erbse mit mehr Stärke und einen auf 30 Prozent gesteigerten Eiweißgehalt. Verstärkt werden dabei bestimmte Gene, welche die Eiweißproduktion beeinflussen. Somit werden keine pflanzenfremden Gene in die Erbse eingeschleust, sondern wird lediglich die Regulation der Eiweißproduktion mittels Antisense- und Sens-Strategie verändert. Gleichzeitig soll die neue Pflanze einen besseren Homozygotiegrad nach den Kreuzungen aufweisen. Die hier eingesetzte Doppel-Haploiden-Technik kommt vor allem beim Getreide zur Anwendung. Innerhalb einer Generation entstehen in diesem Verfahren aus haploidem, mischerbigem Saatgut durch Verdopplung des Chromosomensatzes in doppelhaploide, also reinerbige Pflanzenlinien. Somit reduzieren sich die für einen Züchtungszyklus nötige Zeitspanne und die damit verbundenen Kosten. Das Bundesland Sachsen-Anhalt möchte die neue Erbsensorte nach derzeit laufenden Freilandversuchen einführen. Sachsen-Anhalt hat ein trocken-warmes Sommerklima und die größten Anbauflächen für Erbsen in Deutschland.

Einzelnachweise

1. ↑ Microarray Method for the Screening of EU approved GMOs by identification of their Genetic Elements: [1]
2. ↑ bioSicherheit 21. November 2005:Horizontaler Gentransfer: Ergebnisse der Sicherheitsforschung.
3. ↑ ^{a b c d e f} greenpeace.de: 10 Jahre Anbau von Gen-Pflanzen – eine Bilanz
4. ↑ EEA (European Environment Agency): „Genetically modified organisms (GMOs): The significance of gene flow through pollen transfer“. Environmental issue report No 28, 2002. ISBN 92-9167-411-7 online
5. ↑ David Quist & Ignacio H. Chapela (2001): „Transgenic DNA introgressed into traditional maize landraces in Oaxaca, Mexico“. Nature 414, 541 doi:10.1038/35107068
6. ↑ Elements of Precaution: Recommendations for the Regulation of Food Biotechnology in Canada. The Royal Society of Canada, January 2001. ISBN 0-920064-71-x PDF, 778 KB
7. ↑ GENET-news 15. Mai 2002: Transgene pollution confirmed in the Navarre region of the Basque Country, Spain.
8. ↑ Benoît Desplanque, Nina Hautekèete, Henk Van Dijk (2002): „Transgenic weed beets: possible, probable, avoidable?“ Journal of Applied Ecology 39 (4), 561–571. doi:10.1046/j.1365-2664.2002.00736.x
9. ↑ greenpeace.de: Starlink-Genmais in Japan gefunden
10. ↑ ^{a b} greenpeace.de: Gen-Brot kommt nicht in die Tüte – Versuchsfelder mit Gen-Weizen
11. ↑ Guadagnuolo. R., Savova-Bianchi. D., & Felber. F. (2001): „Gene flow from wheat (Triticum aestivum L.) to jointed goatgrass (Aegilops cylindrica Host.), as revealed by RAPD and microsatellite markers“. Theor Appl Genet 103:1-8 doi:10.1007/s001220100636
12. ↑ O. Riera-Lizarazu, M. I. Vales, L.A. Morrison, R.Z. Zemetra, D. Morishita, J. Hansen und C. Mallory-Smith:„ Gene Flow and Hybridization Between Wheat (Triticum aestivum L.) and Its Wild Weedy Relative Jointed Goatgrass (Aegilops cylindrica Host)“. PDF
13. ↑ Andy Coghlan, New Scientist, 15. August 2002: Weeds get boost from GM crops.
14. ↑ Prescott, Vanessa E., Campbell, P.M., Moore, A., Mattes, J., Rothenberg, M.E., Foster, P.S., Higgins, T.J.V. & Hogan, S.P. (2005): „Transgenic expression of bean α-amylase inhibitor in peas results in altered structure and immunogenicity“. J. Agric. Food Chem. 53, 9023-9030 doi:10.1021/jf050594v

Siehe auch

• Genetisch modifizierte Nahrungsmittel, transgener Raps, Bt-Baumwolle, knockout-Maus
• Biotechnologie, Transfektion
• Verbraucherschutz
• Präzisionszucht
• Keimbahnmutation

Weblinks

• http://www.bvl-berlin.de/cgi/lasso/abr/standorte.lasso
• Gentechnisches Kompendium des Monsanto-Konzerns
• Informationsdienst Gentechnik Kritische Berichte und Studien zur Anwendung der Gentechnik in der Landwirtschaft