Gentechnisch veränderte Pflanzen

Keimlinge im Reagenzglas. Bild: CanStockPhoto

Alte Ziele und neue Methoden

Das Ziel der heutigen Pflanzenzüchter unterscheidet sich im weiten Sinne nicht von jenem der ersten Ackerbauern vor 10'000 Jahren. Damals wie heute wünscht sich der Bauer widerstandsfähige und ertragreiche Kulturpflanzen. Die Zuchtmethoden hingegen wurden laufend erweitert.

Im Erbgut von allen Lebewesen - also auch bei Pflanzen - kommt es immer wieder zu natürlichen Veränderungen (Mutationen). Diese Mutationen führen dazu, dass Pflanzen im Laufe der Zeit neue Eigenschaften erwerben oder alte verlieren. Seit jeher nutzt der Mensch diese natürlich auftretenden Mutationen und züchtet neue Sorten, indem er Pflanzen mit gewünschten Eigenschaften aussucht, vermehrt und mit anderen Pflanzen kreuzt. So stammen zum Beispiel alle unsere Getreide aus wilden Gräsern. Oder die Zwetschge aus einer Kreuzung zwischen der Schlehe und der Kirschpflaume.

Die natürliche Veränderung des Erbguts ist ein sehr langsamer Prozess. Um ihn zu beschleunigen wird das Pflanzensaatgut zum Teil mit Chemikalien oder Radioaktivität behandelt. Dadurch steigt die Frequenz von Mutationen und damit die Wahrscheinlichkeit, dass die Pflanzen neue, wünschenswerte Eigenschaften erwerben.

Mit Hilfe der Gentechnik ist es heute möglich, gezielt Gene zu verändern und damit vorteilhafte Eigenschaften auf Pflanzen zu übertragen (um sie beispielsweise gegenüber einem bestimmten Insekt widerstandsfähig zu machen). Das übertragene Gen muss nicht unbedingt ein Gen aus einer anderen Pflanze sein, es kann auch aus einem Bakterium, Pilz, Virus oder Tier stammen. Dieses Einfügen artfremder Gene unterscheidet die grüne Gentechnik von herkömmlichen Zuchtmethoden.

1983 gelang die Züchtung der ersten gentechnisch veränderten (oder transgenen) Pflanze. Heute, fast dreissig Jahre später, gibt es von vielen wichtigen Kulturpflanzen auch transgene Sorten, die zum Teil grossflächig angebaut werden. Dazu gehören Mais, Kartoffeln, Raps, Soja und Baumwolle.

In der Schweiz dürfen allerdings vorerst keine gentechnisch veränderten Pflanzen angebaut werden. Das hat die Schweizer Bevölkerung in einer Abstimmung im Jahr 2005 beschlossen. Das Moratorium ist bis 2017 verlängert worden. Das Nationale Forschungsprogramm «Nutzen und Risiken der Freisetzung gentechnisch veränderter Pflanzen» (NFP 59) hat von 2007 bis 2011 die Vor- und Nachteile von gentechnisch veränderten Pflanzen untersucht. Es hat keine Umweltrisiken gefunden, die von der Grünen Gentechnik als solche ausgehen. Zudem hat eine Analyse der weltweit verfügbaren Fachliteratur gezeigt, dass den kommerziell genutzten gentechnisch veränderten Pflanzen keine negativen gesundheitlichen Folgen nachgewiesen werden können. Mehr dazu erfährst Du auf der Webseite des NFP59. Neben den Risiken gibt es auch ethische Bedenken gegenüber gentechnisch veränderten Pflanzen. Welche Argumente hier eine Rolle spielen erfährst Du im Kapitel Ethik.

Resistenz gegenüber schädlichen Organismen

Pflanzen können gentechnisch so verändert werden, dass Schädlinge ihnen weniger anhaben können. Ziel ist es, den Ertrag der Ernte zu steigern. Dabei ist klar: Wenn Pflanzen sich selbst gegen schädliche Organismen wehren können, muss der Bauer weniger Pflanzenschutzmittel spritzen.

Beispiel: Mais mit Insekten-Resistenz:
Das Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) produziert ein giftiges Eiweiss, das auf bestimmte Insektenlarven tödlich wirkt. Wenn die Larven das Bakterium fressen, bohrt das Gift Löcher in den Darm der Larven - dadurch verhungern sie. Gentechnikern ist es gelungen, das Bt-Gen auf Pflanzen zu übertragen und diesen dadurch einen Schutz gegenüber Insektenlarven zu verleihen. Damit können sich z.B. Maispflanzen vor dem Maiszünsler schützen. Kritiker geben zu Bedenken, dass das Toxin auch auf andere, für die Pflanze ungefährliche Tiere wirken könnte. Der sogenannte Bt-Mais wird grossflächig auf dem amerikanischen und afrikanischen Kontinent angebaut. In Europa gibt es insbesondere in Spanien grössere Anbauflächen.

Nach einem ähnlichen Prinzip wie beim hier vorgestellten Bt-Mais wurden zum Beispiel Kartoffeln mit Pilz-Resistenzen oder Zuckerrüben mit Virus-Resistenzen durch gentechnische Methoden entwickelt und insbesondere in Amerika auch angebaut.

Resistenz gegenüber Herbiziden

Nicht nur Infektionen oder Schädlinge machen den Pflanzen zu schaffen. Auf dem Acker kämpfen die Kulturpflanzen mit Unkräutern um Platz, Licht, Wasser und Nährstoffe. In diesem Wettstreit sind die Kulturpflanzen meistens die Verlierer: sie werden von Unkräutern überwuchert. Darum setzt der Bauer Herbizide (=Unkrautvertilgungsmittel) ein, welche zu einem Absterben der behandelten Pflanzen führen. Damit können Bauern Unkräuter effizient beseitigen, ohne sie mühsam per Hand jäten zu müssen. Herbizide wirken jedoch auf alle Pflanzen, das heisst auch auf Kulturpflanzen. Diese können gentechnisch verändert werden, so dass ihnen die gespritzten Herbizide nichts mehr ausmachen. Dadurch sinkt der Arbeitsaufwand und steigt der Ertrag.

Beispiel: Sojabohne mit Herbizid-Resistenz:
Gentechniker haben ein Bakterien-Gen auf Sojapflanzen übertragen und diesen dadurch eine Resistenz gegenüber einem Herbizid verliehen. Im Gegensatz zu den Unkräutern, die durch das Herbizid abgetötet werden, kommt diese transgene Soja ohne Schaden davon und kann gedeihen. Im Vergleich zum herkömmlichen Sojaanbau, bei dem 3 bis 5 verschiedene Herbizide zur Unkrautbekämpfung eingesetzt werden müssen, braucht der Bauer beim Anbau der transgenen Soja nur noch dieses eine Herbizid zu spritzen. Diese GV Sojasorte wird vor allem in Nord- und Südamerika grossflächig angebaut.

Resistenz gegenüber Wind und Wetter?

Auch ungünstige Klima- und Bodenverhältnisse wie Kälte, wenig Regen, hohe Luftfeuchtigkeit, nährstoffarme oder stark salzhaltige Erde sind Gründe, warum Pflanzen mancherorts gar nicht oder nur schlecht gedeihen. Gentechniker versuchen, Pflanzen an derart ungünstige Bedingungen anzupassen. Besonders in einer Zeit globaler Klimaveränderungen wären solche Pflanzen von Vorteil, um eine Ernährung der Menschen auch unter widrigen Bedingungen zu ermöglichen.

Beispiel: Mais mit Trockentoleranz
Gentechnikern ist es gelungen eine Maissorte zu züchten, die Dürreperioden toleriert. Dazu wurde der Pflanze ein Gen übertragen, das den Pflanzenzellen in Stresssituationen wie Wassermangel hilft, die wichtigsten Zellfunktionen aufrecht zu erhalten. Freilandversuche zeigten, dass die neue Maissorte auch bei Trockenheit und ohne zusätzliche Bewässerung keine Ertragseinbussen aufweist. Der kommerzielle Anbau der trockentoleranten Maissorte ist in den USA ab 2012 möglich.

Entfernung unerwünschter Eigenschaften

Du hast gesehen, wie man einer Pflanze durch Gen-Übertragung eine neue, gewünschte Eigenschaft verleihen kann. Das Gegenteil funktioniert auch: Es ist möglich, unerwünschte Eigenschaften einer Pflanze, wie z.B. die Produktion eines Giftstoffes, auszuschalten. Dazu wird das entsprechende Gen entfernt oder inaktiviert.

Beispiele: Reis ohne Allergen
Reis enthält ein Eiweiss, dass bei manchen Menschen eine Allergie auslöst. Gentechnikern ist es gelungen, das entsprechende Reis-Gen zu inaktivieren. Folglich wird das Allergie auslösende Eiweiss nicht mehr produziert - der Reis ist nun auch für Allergiker geniessbar. Er wird in ersten Freilandversuchen getestet. Dieser Ansatz liesse sich auch in Nüssen, Äpfeln, Soja, Sellerie und Karotten ins Auge fassen. Sie alle enthalten Eiweisse, auf die viele Menschen allergisch reagieren. Doch all diese GV Pflanzen sind aber erst in Entwicklung.

Erhöhung des Nährwertes

Der Bevölkerung in den Entwicklungsländern stehen meist nur Hülsenfrüchte, Reis, Mais oder eine andere Getreidesorte als Nahrung zu Verfügung. Mit dieser einseitigen Ernährung können nicht alle lebensnotwendigen Nahrungsbestandteile abgedeckt werden, was zu schweren Mangelkrankheiten führt. Gentechniker versuchen deshalb, den Nährwert wichtiger Grundnahrungspflanzen zu erhöhen.

Beispiel: Mais mit mehr lebensnotwendigen Aminosäuren
Aminosäuren sind die Bausteine der Eiweisse. Es gibt 20 verschiedene. Der Mensch kann nur 10 der 20 Aminosäuren selbst herstellen. Die übrigen 10 muss er mit seiner Nahrung zu sich nehmen. Darum werden sie als lebensnotwendig bezeichnet. Im Gegensatz zum Menschen können höhere Pflanzen alle 20 Aminosäuren selbst herstellen. Leider ist der Anteil mancher lebensnotwendiger Aminosäuren in Grundnahrungspflanzen nur sehr gering. Mais z.B. enthält nur einen kleinen Anteil der beiden Aminosäuren Lysin und Methionin. Mittels Gentechnik versucht man, deren Gehalt im Mais zu erhöhen. Diese GV Maissorte wird in einigen Regionen der Welt bereits angebaut, darf jedoch weder als Futter- noch Lebensmittel nach Europa importiert werden.

Video zum Text

Für weitere Informationen lies auch den Artikel "Gentechnik als Instrument in der Pflanzenzucht".

Dieser Inhalt stammt von der ehemaligen Website gene-abc.ch, die im Jahr 2016 in die Website SimplyScience.ch integriert wurde. Das Gene ABC war eine Initiative des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) und wird seit 2016 von der SimplyScience Stiftung weitergeführt.