Grüne Gentechnik – visionär und kontrovers

Kein anderer Zweig der Biotechnologie berührt so viele unterschiedliche Lebensbereiche und betrifft so viele Menschen wie die Grüne Gentechnik. Artfremde Gene künstlich in das Erbgut einer Pflanze einschleusen – die gefühlte Unnatürlichkeit dieses Vorgehens begründete eine grundlegende Skepsis gegenüber der Gentechnologie. Risiken und Chancen, ethische und politische Bedenken bestimmen die öffentliche Diskussion. Neue Methoden funktionieren ganz anders und stellen die Debatte auf den Kopf. Sind die neuen Sorten überhaupt noch GVO? Sind die geltenden Vorschriften noch passend für nicht-transgene und doch gentechnisch modifizierte Pflanzen?

 

1. Geschichte der Grünen Gentechnik

In den 1980er Jahren gelang es erstmalig, fremde DNA in eine Pflanze zu übertragen. Dieser technologische Meilenstein eröffnete neue Wege für die Pflanzenzüchtung. Mit konventioneller Züchtung vergehen Jahrzehnte bis zur Marktreife einer neuen, verbesserten Sorte. Erwünschte Merkmale müssen über Jahrzehnte selektiert werden, ohne, dass bestehende positive Eigenschaften verloren gehen. Die Grüne Gentechnik sollte das Einfügen neuer Zuchtmerkmale zielgerichteter machen und beschleunigen. Natürliche Artgrenzen, die durch Kreuzung nicht oder nur schwer überwunden werden können, sollten kein Hindernis mehr darstellen und die Möglichkeiten der Nutzpflanzenentwicklung erweitern.

2012 waren über 150 Arten von Nutz- und Zierpflanzen erfolgreich genetisch verändert (GV) worden. Für den kommerziellen Anbau zugelassene Sorten dienen in erster Linie agrarökonomischen Interessen. Populäre Modifikationen sind Resistenzen gegen Schadorganismen (Viren, Bakterien, Pilze, Insekten) oder Herbizide, sie finden sich unter anderem bei Mais, Soja, Baumwolle, Raps. Eine geringe Anzahl von Sorten spielt direkt für die menschliche Ernährung eine Rolle. Bekanntes Beispiel ist die Anti-Matsch-Tomate „flavr-savr“, die von 1994 bis 1997 in Amerika vermarktet wurde. Ein viel diskutiertes Projekt ist der „Goldene Reis“, eine gelb gefärbte GV-Reissorte mit erhöhtem Beta-Carotingehalt, die Vitamin-A-Mangelerkrankungen in Entwicklungsländern lindern soll. Gentechnische Forschung wird aktuell an vielen weiteren Pflanzenarten betrieben, das Spektrum reicht von Ananas und Blaubeere über Kaffee, Nelken und Petunien bis hin zu Tabak, Wein und Zwiebel. Hier finden Sie ein gutes Video zum Thema Grüne Gentechnik:

 

 

2. Anwendungsbereiche der Grünen Gentechnik

Die Kartoffel ist ein gutes Beispiel dafür, welche gentechnischen Eingriffe möglich sind. Kartoffeln werden in vielen Ländern angebaut und genutzt, entweder als Nahrungsmittel selbst sowie als Stärkelieferant für die Herstellung von Lebensmittelzutaten oder industriellen Bindemitteln. Vor allem in Afrika und Asien gewinnt die nahrhafte, ertragreiche Feldfrucht zunehmend an Bedeutung. Weltweit sind über 1000 Freisetzungen von GV-Kartoffeln zu Forschungszwecken genehmigt, etwa 30 genetische Modifikationen sind zugelassen (Stand 2017; Quelle: http://www.transgen.de/datenbank/pflanzen/1962.kartoffel.html).

Typische gentechnisch erzeugte Merkmale sind:

  • Pilzresistenz: Der Pilz Phytophthora infestans verursacht die Kraut- und Knollenfäule, die zu Ernteverlusten führt und mit großen Mengen an Pflanzenschutzmitteln bekämpft wird. Durch das Einbringen von Genen aus Wildkartoffeln (cisgen-Verfahren) konnten resistente Sorten erzeugt werden. Solche Zuchtlinien werden seit 2015 in den USA angebaut, Ende 2016 beantragte Bangladesch die Zulassung.
  • Schädlingsresistenz: Wird das Toxin des Bodenbakteriums Bacillus thuringiensis in das Genom einer Pflanze eingebracht, produziert die Pflanze ein für Fraßschädlinge tödliches Gift. Bekannt ist vor allem Bt-Mais, der auf diese Weise den Larven des Maiszünslers, eines Falters, standhalten soll. Kritikpunkte dieses Eingriffs sind, dass das Toxin anderen Insekten und Nützlingen schaden und sich eine Schädlingsresistenz ausbilden könnte.
  • Herbizidresistenz: Ein Klassiker der Grünen Gentechnik sind Sorten, die resistent gegen ein zugehöriges Herbizid (z. B. Glyphosat) sind. Zahlreiche GV-Arten besitzen diese Modifikation, durch die der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln verringert und der Ertrag gesteigert werden soll. Erreicht wird die Resistenz üblicherweise durch Übertragung eines Bakterien-Gens, das die GV-Pflanze für das Herbizid unempfindlich macht. Alle anderen, nicht-modifizierten Pflanzen sterben ab. Probleme ergeben sich, wenn Wildpflanzen ihrerseits Resistenzen gegen das Herbizid entwickeln („Superunkräuter“).
  • Virenresistenz: Viralen Erkrankungen kann durch die Übertragung von Resistenzgenen aus anderen Organismen oder eine Art Impfung der Pflanzen durch Einschleusung von Virus-Bestandteilen begegnet werden.
  • Verbesserung von Produkteigenschaften: Beim Erhitzen von Kartoffelprodukten entstehen durch Umwandlung bestimmter Inhaltsstoffe potenziell schädliche Acrylamide. Werden die Gene für die Produktion der Ausgangsstoffe ausgeschaltet (RNAi-Verfahren), reduziert sich die Acrylamid-Bildung. Auf die gleiche Weise ist es möglich, die Anfälligkeit der Früchte für Druckstellen und Braunfleckigkeit zu senken.
  • Veränderung der Nährstoffproduktion: Für die gezielte Produktion einer Stärkeart werden unerwünschte Komponenten des Stoffwechsels blockiert (Antisense-Verfahren). Die Stärkekartoffel Amflora war eine der gentechnisch veränderten Pflanzensorten, die in Deutschland angebaut wurden. Sie geriet in die Kritik, weil die GV-Pflanzen neben dem Transgen auch Antibiotika-Marker aus dem Herstellungsprozess trugen und die Sorge vor der Bildung antibiotikaresistenter Bakterienstämme bestand.

 

Grüne Gentechnik

Grüne Gentechnik

 

3. Klassische und moderne Techniken : Grüne Gentechnik

Um eine transgene Pflanze zu erzeugen, muss das fremde Gen in eine Pflanzenzelle geschleust werden, die Zelle muss es aufnehmen und in ihr Erbgut integrieren.

  • Transformation: Das Einschleusen eines Transgens erfolgt zumeist durch das sogenannte Ti-Plasmid, ein ringförmiges DNA-Molekül aus Agrobacterium tumefaciens. In der Natur infiziert das Bakterium eine Pflanze und transportiert mit Hilfe seiner Plasmide eigene DNA in den Wirtsorganismus. Mit molekularbiologischen Methoden können zusätzliche DNA-Stücke in das Plasmid eingefügt werden. Aus derart transformierten Zellen entstehen anschließend durch Gewebekultur vollständige Pflanzen, die das gewünschte Genprodukt aufweisen. Dies ist in der Regel ein Protein, das eine bestimmte Aufgabe im Stoffwechsel der Pflanze erfüllt. Ein anderer Weg der Transformation ist der Einsatz von „Genkanonen“, die DNA-beschichtete Metallpartikel in die Zelle pressen.

Der Weg der transgenen Pflanzen vom Labor bis auf den Acker ist lang und viele Zuchtlinien gelangen nicht bis zur Zulassung. Ein Kritikpunkt der klassischen Gentechnik ist, dass nicht kontrollierbar ist, an welcher Stelle im Genom das Transgen eingebaut wird. Selektionsexperimente sind notwendig, um die wenigen, erfolgreich transformierten Individuen zu identifizieren. Die gesetzlichen Vorgaben sehen umfangreiche Tests, Studien und Freilandversuche vor, die potenzielle Risiken für Mensch und Umwelt weitgehend ausschließen sollen.
Moderne Techniken punkten vor allem mit der Präzision des molekularbiologischen Eingriffs. Verbesserte Eigenschaften werden durch Veränderung der pflanzeneigenen DNA und weniger durch die Einführung von artfremden Transgenen erreicht.

Wichtige neue Verfahren der Pflanzenforschung sind:

  • Cisgene Pflanzen: Diese Methode bewegt sich innerhalb der natürlichen Artgrenzen und es gilt als strittig, ob es sich hierbei um gentechnische Veränderungen im Sinn der gültigen Definition handelt. Es werden zwar Gene von einer Pflanze auf eine andere übertragen, jedoch gehören die Pflanzen zur gleichen Art. Damit ähnelt das Resultat der Modifikation denen einer herkömmlichen Kreuzung. Die Durchmischung der Gene bei einer Kreuzung erfolgt zufällig, die cisgene Technik transferiert ausgewählte Gene gezielt in ein anderes Genom.
  • RNAi: Mit dieser Vorgehensweise werden Gene blockiert. RNA entsteht als einzelsträngiges Gegenstück zur DNA und ist in der Zelle als bewegliches Botenmolekül unterwegs. Doppelsträngige RNA wird von zelleigenen Reparaturmechanismen in Bruchstücke zerlegt. Die Fragmente fangen passende RNA-Moleküle, beispielsweise aus Krankheitserregern, ab und veranlassen deren Zerstörung. Gentechniker machen sich diesen Regulationsweg der Zelle durch Zugabe von definierter RNA zunutze, um unerwünschte Genprodukte zu drosseln oder Schädlinge abzuwehren. Ähnlich funktioniert der Antisense-Mechanismus.
  • Genome Editing: Das auch als Genchirurgie bezeichnete Verfahren basiert auf dem Einsatz spezieller Enzyme, sogenannter Nukleasen. Hierzu gehören Zinkfingernukleasen, TALENs und das CRISPR/Cas9-System. Die Enzyme zerschneiden DNA an festgelegten Positionen, die durch das künstliche Einfügen verschiedener Erkennungssequenzen modifizierbar sind. Nach dem Öffnen des DNA-Strangs können dem Genom fremde oder mutierte Nukleotidsequenzen zum Einbau angeboten werden. Die Zelle integriert die neuen Informationen daraufhin in ihr Erbgut, sie wird „umgeschrieben“. So können auch Punktmutationen erzeugt werden, die dem natürlichen Mutationsgeschehen ähneln.

 

4. Grüne Gentechnik – Ausblick

Der weltweite Anteil der Flächen, die mit GV-Pflanzen bewirtschaftet wurden, lag 2015 bei rund 180 Millionen Hektar, das entspricht einer Verdopplung der Anbauflächen innerhalb von zehn Jahren. Vor allem Entwicklungs- und Schwellenländer zeigen großes Interesse an genetisch modifizierten Nutzpflanzen. Die Grüne Gentechnik schreitet unaufhaltsam weiter voran, sie erhält neuen Schub durch die Weiterentwicklung technischer Möglichkeiten.

Die Forscher haben konkrete Problemfelder einzelner Nutzpflanzen ins Visier genommen. Zukünftige Sorten sollen auf trockenen, salzhaltigen oder belasteten Böden gedeihen. Höhere Ernteerträge könnten durch Optimierung der Photosyntheseleistung erreicht werden. Weitere Projekte betreffen die Reduktion von giftigen und allergieauslösenden Stoffen sowie die Steigerung der Vitamin- und Mineralstoffproduktion in Pflanzen. Das „Biopharming“ strebt die Produktion von Impfstoffen durch Pflanzen an, beispielsweise gegen verschiedene Krebssorten oder Hepatitis. Geforscht wird außerdem an der pflanzenbasierten Herstellung von Kunststoffen oder Energieträgern.

Aber: Gentechnik kann nicht alles. Die Regulation des Stoffwechsels ist außerordentlich komplex und erfordert das Zusammenspiel verschiedener Gene. Die Trockentoleranz von Mais ist so ein Beispiel. Hier wurden mit neuartigen Züchtungsmethoden („Smart Breeding“) bislang bessere Ergebnisse erzielt als mit GV-Sorten. In der Zukunft ist daher eine engere Verzahnung von Biotechnologie und konventioneller Pflanzenzucht wahrscheinlich.

Die neuen Techniken haben das Potenzial, die Grüne Gentechnik und die Pflanzenzüchtung zu revolutionieren, und die Grenzen zwischen GVO und herkömmlicher Züchtung beginnen zu verschwimmen. Einfach, effektiv, schonend und kostengünstig sollen die modernen Verfahren sein. Vieles scheint möglich, lange angemahnte Risiken scheinen gebannt, neue Bedenken tauchen auf. Gesellschaftliche Diskussion und gesetzliche Regelungen müssen sich nun ihrerseits den veränderten Vorzeichen der Gentechnologie der Zukunft anpassen.

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