BIOTECH VERSTEHEN
Die Biologie ist DIE am längsten entwickelte Produktions-Technologie auf diesem Planeten, die eigentliche Biorevolution steht uns erst bevor. Mehr im Biotech-Kolleg.
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KLEINES 1 MAL 1 DER GENTECHNIK

Gentechnik umfasst alle Methoden und Verfahren zur Identifikation, Isolation, Charakterisierung, Synthese, Veränderung und Übertragung von Erbmaterial bzw. der biochemischen Strukturen DNA und RNA. Gentechnik ermöglicht seit 50 Jahren viele Innovationen und Vorteile in der Medizin und Pharmazie, in der Produktion von (Fein-) Chemikalien und in der Umwelttechnik sowie in der Landwirtschaft. Risiken werden permanent erforscht, von den Gegnern aber leider oft einseitig dargestellt und mit Argumenten aus nicht-naturwissenschaftlichen Bereichen vermischt. Der Nutzen in den ersten beiden Bereichen (Rote und Weiße Gentechnik) wird heutzutage zumeist akzeptiert. Die Anwendung in der Pflanzenzüchtung, die sogenannte Grüne Gentechnik ist dagegen in Deutschland und auch in Europa sehr umstritten. Hörenswert ist dazu der Vortrag der Nobelpreisträgerin Prof. Dr. Christiane Nüsslein-Volhard auf Einladung der Frankfurter Polytechnischen Gesellschaft.

Gentechnik und Molekularbiologie in der Pflanzenzüchtung

 

Jede klassische Pflanzenzüchtung basiert auf der Veränderung von Erbgut. Sie beruht auf natürlichen Mutationen, die sich bei jeder Zellteilung ergeben. Denn Mutationen sind evolutionäre Triebfedern und sie lösen äußere Unterschiede zwischen einzelnen Organsimen aus. Die klassische Pflanzenzüchtung selektiert Pflanzen mit gewünschten Eigenschaften, kreuzt und vermehrt diese, was langwierig und aufwändig ist. Zum Teil müssen nämlich unerwünschte Eigenschaften wieder ausgekreuzt werden. Je nach Pflanzenart kann es 10 bis 30 Jahre dauern.

 

Um dies zu verkürzen, ergänzen molekuklarbiologische Methoden heute die traditionelle Kreuzungszüchtung: bereits bei kleinen Pflänzchen oder einzelnen Zellen kann überprüft werden, ob die gewünschte neue Gen-Kombination (Genotyp) vorhanden ist und es muss nicht auf die äußeren Merkmale (Phänotyp) der ausgewachsenen Pflanze gewartet werden. Dies hat nichts mit Gentechnik zu tun, sondern nennt sich smart breeding.

Seit fast 100 Jahren werden Pflanzensamen Röntgen- oder Neutronen-Strahlen ausgesetzt, die Mutationen provozieren - häufiger und extremer als beim natürlichen Vorgang. Gemeinsam betreiben seit den 1960er Jahren die Welternährungsorganisation (Food and Agriculture Organization, FAO) und die Internationale Atomenergiebehörde (International Atomic Energy Agency, IAEA) Mutationszüchtung von Nutzpflanzen.

So sind weltweit mehr als 3.000 neue Sorten entstanden, darunter ein Großteil der Hartweizen-Sorten, die für die Herstellung von Nudeln verwendet werden. Dazu kommen viele andere Getreide-Sorten, Obst (z.B kernloses Obst), Gemüse und Hülsenfrüchte. 

 

Eine Mutationszüchtung ist immer ein ungezieltes "Schrotschuss-Experiment". Derartige künstlich verursachte Veränderungen sind ungerichtet und zufällig und damit oft im einzelnen unbekannt. Das gilt auch für Nachkommen dieser Pflanzen. Es gibt keine besonderen Vorschriften für so erhaltene Saaten. Auch in der Bio-Landwirtschaft sind sie heute selbstverständlich.

Die Cisgenetik ermöglicht ein wesentlich gezielteres Vorgehen: ein Agrobakterium überträgt eine gewünschte Eigenschaft (z.B. Resistenz) bzw. das entsprechende Gen einer artverwandten und damit kreuzbaren Pflanze direkt in das Erbgut der Pflanze. Der Ort, an dem das neue Gen eingebaut wird, ist allerdings nicht steuerbar (gleiches gilt für die klassische Kreuzungszüchtung). Gentechnische Verfahren werden genutzt, um das Gen aus der Geber-Pflanze zu isolieren und in das Bakterium einzubringen.
Das Ergebnis ist am Ende das gleiche wie bei der klassischen Pflanzenzüchtung, allerdings
schneller und präziser. Auch, weil Rückkreuzungen wegen unerwünschter oder entfallener Eigenschaften nicht nötig sind.

 

Auf diese Weise entstandene Pflanzen werden als "gentechnisch verändert" wahrgenommen, was die Anwendungen derzeit einschränkt. Letztendlich ist sie aber lediglich genauso genetisch verändert wie eine klassisch oder mithilfe von Mutagenese gezüchtete Pflanze.

Im Gegensatz zur Cisgenetik übertragen bei der klassischen Pflanzen-Gentechnik Agrobakterien oder andere Mechanismen Gene von jeglicher Spezies. So zum Beispiel auch von artfremden Pflanzen. Das ist möglich aufgrund des universellen Codes des Lebens, das heißt die genetische Programmierung über DNA ist allen Organismen gleich und damit in gewisser Weise austauschbar. Manchmal ist es notwendig, artspezifische "Funktions-Schalter" (Promotoren) mit dazu zu geben. An diesem Überschreiten von Artgrenzen (und damit natürlichen Vorgängen) stören sich die Gentechnik-Gegner.

 

Gentechnisch veränderte Pflanzen unterliegen allerdings strengen Zulassungs-Verfahren, die ihre Sicherheit überprüfen. Die Erbgut-Veränderungen sind letztlich gezielter als diejenigen über klassische oder Mutations-Züchtung. Ein Vergleich, der zum Nachdenken anregen soll, ist folgender:  das Nutzen eines Autos (Anwendung von Technik) überschreitet auch natürliche Grenzen, nämlich die des Laufens. Das Auto benötigt eine TÜV-Zulassung, um am Straßenverkehr teilnehmen zu dürfen. Ein Auto ist grundsätzlich etwas Nützliches, kann aber auch Schäden verursachen. Dies ist in Deutschland möglich, der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen ist verboten. Felder, die dem Erforschen und damit Beherrschen von Risiken dienen, werden zerstört.

Das Genome Editing repariert oder verändert Gene in Pflanzen ohne dass zwangsläufig fremdes Genmaterial eingebracht werden muss. Gentechnische Werkzeuge dazu sind Suchtrupps (molekulare Sonden, die bestimmte zu ändernde Gensequenzen erkennen) sowie Scheren (zielgenau arbeitende Enzyme). Diese entfernen zum Beispiel Gene, die für unerwünschte Eigenschaften kodieren. Sowieso vorhandene zelleigene Reparatur-Systeme fügen auf diese Weise entstandene Brüche wieder zusammen.

 

Auch bei natürlichen Mutationen (klassische Pflanzenzüchtung) kann es zu derartig verlaufenden Veränderungen (Brüche und Neuverbindung) kommen, beim genome editing sind allerdings Ort und betroffene DNA-Bausteine genau bekannt. Zufällige und im einzeln nicht bekannte Nebeneffekte wie bei den klassischen Verfahren gibt es nicht. 

 

Im Juli 2018 hat der EuGH entschieden, dass mit genome editing erzeugte Pflanzen in der EU unter die geltenden Gentechnik-Gesetze fallen. Fast alle Agrarländer außerhalb der EU - etwa USA, Kanada, Brasilien oder Argentinien - differenzieren folgendermaßen: entfernen genome editing Verfahren einzelen DNA-Bausteine oder korrigieren diese (umschreiben) dann werden sie mit herkömmlichen Pflanzen gleichgestellt. Beim Einfügen von neuen Genen an den Bruchstellen (was technisch auch möglich ist) greifen die Bestimmungen für gentechnisch veränderte Organismen (GVO). Die USA haben in 2020 bereits 60 Pflanzen und Organismen zugelassen, die mit den neuen Verfahren des genome editing bearbeitet wurden. Auch kleine Unternehmen und Startups beantragen entsprechende Anfragen bei der Landwirtschaftsbehörde.