Gentechnische Methoden – früher und heute

Die Gentechnik hat in den letzten drei Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Das bedeutet, dass sich moderne gentechnisch veränderte Organismen oft nicht mehr von natürlich vorkommenden unterscheiden lassen – und wir unsere Vorstellung von gentechnischen Veränderungen überdenken müssen.

Apfelbaum mit Feuerbrand

Dieser Apfelbaum ist mit Feuerbrand infiziert. Mittels Gentechnik kann man die Resistenzgene von Wildäpfeln auf Kulturäpfel übertragen; solche cisgenen Apfelsorten müssten dann nicht gegen die verheerende Pflanzenkrankheit gespritzt werden. Bild: Sebastian Stabinger/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Am 25. Juli 2018 traf der Europäische Gerichtshof den folgenden Entscheid: Pflanzen und andere Organismen, die mit Hilfe von neuen biotechnologischen Verfahren wie dem „Genome Editing“ entwickelt wurden, werden vom Gesetz als „gentechnisch verändert“ betrachtet. Das ist von Bedeutung, weil die Vorschriften für „gentechnisch veränderte“ Lebens- und Futtermittel in der EU (und auch in der Schweiz) sehr streng sind. Sie dürfen nur produziert und verkauft werden, wenn sie eingehend untersucht und geprüft wurden, und sie müssen speziell gekennzeichnet sein.

Transgen und cisgen

Transgen nennt man einen gentechnisch veränderten Organismus, dem Erbmaterial von einem artfremden Lebewesen eingesetzt wurde.
Cisgen wird ein Organismus genannt, in dessen Erbgut Gene von einem Organismus derselben Art eingebracht wurden.

Pflanzenkultur auf Petrischale

Aus einzelnen, gentechnisch veränderten Zellen können im Labor wieder kleine Pflänzchen herangezogen werden. Bild: Ca.garcia.s/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Der Begriff „gentechnisch verändert“ umfasst aber nicht nur eine einzige Methode; die Biotechnologie hat in den letzten Jahrzehnten so grosse Fortschritte gemacht, dass sich die neusten Verfahren kaum noch vergleichen lassen mit den ersten Experimenten, die zu transgenen Organismen führten.

Die erste transgene Pflanze wurde 1983 gezüchtet; dafür wurde das gewünschte Gen zuerst in ein Bodenbakterium mit dem Namen Agrobacterium tumefaciens eingeschleust. Dieses Bakterium hat die Eigenschaft, dass es Pflanzen infiziert und einen Teil seiner DNA auf sie überträgt. So kann es auch künstlich eingeschleuste Gene an Pflanzenzellen weitergeben. Mit dabei ist jeweils auch ein sogenanntes Markergen, zum Beispiel ein Gen, dass es der Pflanzenzelle erlaubt, sich von einer speziellen Zuckerart zu ernähren. Die Forscherinnen und Forscher geben dann die Pflanzenzellen in einer Nährlösung mit diesem speziellen Zucker und sehen: Alle Zellen, die unter diesen Bedingungen wachsen können, wurden offensichtlich vom Bakterium infiziert und haben die gewünschten Gene (darunter das Markergen) erhalten. Mit diesen Zellen wird dann weitergearbeitet; man lässt sie zu vollständigen Pflanzen heranwachsen, die nun zusätzliche Gene im Erbgut tragen.

Von der Genkanone …

Sogenannte Gen-Kanone

Eine sogenannte Genkanone, mit der DNA-Stücke in Zellen geschossen werden. Bild: Wikimedia Commons

Eine weitere Methode zur Übertragung ganzer Gene in Pflanzenzellen ist ein „biolistischer Transfer“ – oder, plastisch ausgedrückt, das Beschiessen der Zellen mit einer Genkanone. Dabei werden winzige Gold- oder Wolframkügelchen mit DNA beschichtet und unter Druck in die Zelle geschossen. Gemeinsam ist beiden Methoden, dass man nicht genau voraussagen kann, wo im Genom die Veränderung stattfinden wird. Den Forschenden in den 1970er Jahren war bewusst, dass sie die Folgen solcher gentechnischer Veränderungen noch nicht abschätzen konnten, insbesondere wenn die Organismen in die Umwelt gelangen sollten. Die Gesetzgeber erliessen deshalb strenge Bestimmungen zur Regulierung der Gentechnik, die nun zum Teil unverändert seit einem Vierteljahrhundert gültig sind.

… zur präzisen Mikro-Schere

Was sich jedoch gewandelt hat, sind die Techniken in der Molekularbiologie. Ein grosser Schritt für die Gentechnik war die Entwicklung der CRISPR/Cas-Methode seit 2012. Man bezeichnet dieses System auch als „Gen-Schere“, mit der sich DNA gezielt an bestimmten Stellen schneiden lässt. Bei diesem sogenannten Genome Editing können also Teile eines Gens entfernt werden (Deletion), oder es kann in die entstehende „Lücke“ im Erbgut ein gewünschtes Gen eingesetzt werden (Insertion). Diese Technik funktioniert viel genauer und effizienter als die früheren Methoden und wird zurzeit intensiv erforscht. Einerseits hofft man natürlich auf viele neue Anwendungen (mehrere Nutzpflanzen wurden schon auf diese Weise genetisch verändert, sind jedoch noch nicht auf dem Markt), andrerseits müssen auch mögliche Fehlerquellen und Nebeneffekte der CRISPR/Cas-Methode genau abgeklärt werden.

Technisch verändert, aber ohne fremdes Gen

Diese neuen Entwicklungen führen dazu, dass der Ausdruck „gentechnisch verändert“ heute nicht mehr dasselbe bedeutet wie vor 30 Jahren. Wenn eine gentechnisch veränderte Pflanze fremde Gene enthält, lässt sich dies anhand einer DNA-Analyse leicht nachweisen. Doch wenn eines ihrer eigenen Gene entfernt wurde oder nur Veränderungen an einzelnen Basenpaaren (also den „Buchstaben“ eines Gens) durchgeführt wurden, ist keine „Gentechnik“ erkennbar. Solche Veränderungen entsprechen nämlich denjenigen, die auch in der Natur durch spontane Mutationen entstehen (oder bei Mutationen, die von Pflanzenzüchtern durch Chemikalien oder Bestrahlung ausgelöst werden, was nicht als gentechnische Methode gilt).

Hartweizen und Pasta

Der grösste Teil des Hartweizens, der für Pasta verwendet wird, stammt aus Mutationszüchtungen. Dabei wird Saatgut radioaktiv bestrahlt; diese Methode zählt nicht zur Gentechnik. Bild: CanStockPhoto

Die Unterscheidung von traditionellen Züchtungen, natürlichen Mutanten, mit Genome Editing veränderten Organismen und cisgenen Pflanzen, bei denen Gene von einer anderen Sorte derselben Art eingefügt wurden, wird also zunehmend schwierig. Dies ist eine Herausforderung für die Gesetzgeber. Denn natürlich dürfen keine Nutzpflanzen zugelassen werden, bei denen irgendein Risiko für die Umwelt oder die Konsumenten erwartet wird. Für gentechnisch veränderte Kulturpflanzen werden deshalb ausführliche Dossiers mit einer Menge Daten und Informationen verlangt – man sagt, dass sie zu den am besten untersuchten Lebensmitteln der Welt gehören. Hingegen ist es nicht üblich, ausführliche Studien mit herkömmlichen Kulturpflanzen durchzuführen. Erst mit der Zeit hat sich beispielsweise herausgestellt, dass eine klassisch gezüchtete Kartoffel unerwartet viel giftiges Solanin produzierte und deshalb nicht mehr angebaut werden durfte, und dass die Kiwi zu den zehn häufigsten Allergie-auslösenden Lebensmitteln gehört (eine gentechnisch veränderte Frucht mit den Eigenschaften der Kiwi wäre wohl nie auf den Markt gekommen).

Neue Techniken verlangen neue Gesetze

Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler rund um die Welt plädieren deshalb dafür, nicht eine Technologie als solches gesetzlich zu verbieten oder einzuschränken, sondern fallweise zu entscheiden. Dafür sollte das Ergebnis betrachtet werden, also zum Beispiel eine konkrete Pflanzensorte, unabhängig von der Züchtungs- oder molekularbiologischen Methode, mit der sie entwickelt wurde.

Die Sendung "Superpflanzen: Gen-Revolution in der Landwirtschaft" des Schweizer Fernsehens SRF vom 27. September 2018 zeigt noch mehr Infos zu diesem Thema.

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