Gentechnik in der Rohstoffverwertung, Tier- und Pflanzenzucht

Gliederung

1. Begriffsdefinitionen

2. 1. Gentechnik in der Rohstoffverwertung
2.1.1. Rohstoffverwertung
2.1.2. Prozess der Stärkeverzuckerung
2.1.3. Zusatzinformation
2.1.4. Gentechnik bei Stärke und Enzymen
2.1.5. Rohstoff Mais
2.2. Gentechnik in der Tierzucht
2.2.1. Nutzen der Gentechnik in der Tierzucht
2.2.2. Probleme bei der Tierzucht
2.3. Gentechnik in der Pflanzenzucht
2.3.1. Gefahren
2.3.2. Ziele
2.3.3. Beispiele

3. persönliche Meinung

4. Quellenverzeichnis

1. Begriffsdefinitionen:

Gentechnik:

Anwendung experimenteller Methoden zur Verknüpfung von DNA unterschiedlicher Herkunft

Tierzucht:

Aufzucht von Nutztieren, wobei man versucht, die Tiere der jeweils

nächsten Generation besser an die Bedürfnisse der Menschen anzupassen

genetische Tierzucht:

das Einbauen von Genen verschiedener Herkunft in tierische Keimzellen

Pflanzenzucht:

durch züchterische Bearbeitung des vorhandenen Pflanzenmaterials entweder neue,

qualitativ dem Ausgangsmaterial überlegene Sorten zu schaffen (Neuzüchtung) oder die Qualität bewährter Sorten über längere Zeit zu erhalten (Erhaltungszüchtung)

genetische Pflanzenzucht:

das Einbauen von Genen verschiedener Herkunft in pflanzliche Keimzellen

Rohstoffe:

völlig unbearbeitete Stoffe, wie sie in der Natur vorkommen

weitere Begriffe:

Transgener Organismus:

Lebewesen, dessen Genom durch experimentelles Einschleusen von Fremd- DNA verändert ist und das dieses Genom in der veränderten Form an die Nachkommen weitergibt

2.1. Gentechnik in derRohstoffverwertung

2.1.1. Rohstoffverwertung

Die Umwandlung von Stärke in verschiedene Zucker ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Anwendungsfelder der Gentechnik bei Lebensmitteln.

Alle Pflanzen haben einen bestimmten Anteil an Stärke. Um die in der Stärke enthaltene Energie nutzen zu können, muss jene zunächst in Traubenzucker umgewandelt werden. Dadurch können süße Zucker nicht nur aus Zuckerrohr und Zuckerrüben, sondern auch aus pflanzlicher Stärke gewonnen werden. Dies geschieht im Prozess der Stärkeverzuckerung.

Die wichtigsten Stärkelieferanten sind Mais, Kartoffeln und Weizen.

Früher: Um die Stärke in einzelne Zucker aufzutrennen, mussten starke Säuren eingesetzt werden.

Heute: Da sie eine Reihe von Vorteilen bieten, nutzt man heute fast nur noch Enzyme.

Enzyme brechen an ganz bestimmten Stellen die verzweigten

Stärkemoleküle auf, dadurch lässt sich der Verzuckerungsprozess gezielt steuern. So erhält man verschiedene Stärkesirupe, die sich sowohl in ihrer Süßkraft, als auch in ihren technologischen Eigenschaften unterscheiden.

Diese Sirupe werden dann als „maßgeschneiderte“ Süßungsmittel in unzähligen Lebensmitteln und Getränken verwendet, aber auch zu Traubenzucker, Zuckeraustauschstoffen oder Fettersatzstoffen weiterverarbeitet.

Nachdem die zur Stärkespaltung benötigten Enzyme billig, in unbegrenzten Mengen und in ausreichender Qualität hergestellt werden konnten, wurde die Stärkeverzuckerung wirtschaftlich interessant. Die zur Stärkeverzuckerung eingesetzten Enzyme werden heute fast ausschließlich mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen.

2.1.2. Der Prozess der Stärkeverzuckerung

Der Prozess der Stärkeverzuckerung verläuft in drei Phasen. In jeder spielen bestimmte Enzyme die entscheidende Rolle.

1) STÄRKEVERFLÜSSIGUNG

Die Stärke wird in verschiedene Zuckereinheiten aufgespalten. Es entsteht ein Gemisch aus Maltosen (Malzzucker) und Dextrinen (Zwischenform zwischen Stärke und Dextrose). Es werden überwiegend gentechnisch hergestellte stärkespaltende Enzyme (verschiedene Amylasen) eingesetzt.

2) STÄRKEVERZUCKERUNG

Die entstandenen Abbauprodukte werden nun weiter zu Einfachzuckern (Monosacchariden) abgebaut. Es entsteht Glucosesirup, ein Gemisch aus Glukose (Traubenzucker) und Fruktose (Fruchtzucker), der den traditionellen Zucker fast vollständig in vielen Süß- und Backwaren ersetzt. Bei diesem Vorgang wird wiederum die gezielt stärkeabbauende Wirkung bestimmter Enzyme (Glucoamylase und Pullulanase) genutzt.

3) ISOMERIERUNG

Durch ein besonderes, gentechnisch hergestelltes Enzym (Glucose- Isomerase) wird ein Teil der Glucose in Fructose umgewandelt. Nach mehrmaliger Durchführung dieses Prozesses steigt der Fructosegehalt und somit auch die Süßkraft immer weiter an, bis der gewonnene Fructosesirup fast die des traditionellen Zuckers erreicht.

2.1.3. Zusatzinformation

In den USA hat dieser High Fructose Corn Sirup, das wichtigste Produkt der Maisstärkeindustrie, den Zucker bereits weitgehend verdrängt.

Der Pro-Kopf-Verbrauch an Stärkesirup ist dort höher als der von Rohr- und Rübenzucker.

Cola und Limonade sind ausschließlich sirupgesüßt.

In der Europäischen Union wird der Zuckerrübenanbau durch die Agrarpolitik gestützt. Daher ist die Verdrängung des Zuckers durch Stärkesirup noch nicht so weit fortgeschritten.

2.1.4. Gentechnik bei Stärke und Enzymen

Bei Stärkeverzuckerungsprodukten sind Anwendungen der Gentechnik sowohl beim Rohstoff Stärke wie bei den „Werkzeugen“ Enzyme möglich.

Pflanzliche Stärke:

Mais ist eine wichtige Stärkequelle. In den USA kann ein gewisser Anteil des Maises bereits aus transgenen Pflanzen stammen, da dort bereits gentechnisch veränderter Mais angebaut wird.

Auch bei Kartoffeln, einer weiteren wichtigen Rohstoffquelle, rückt der kommerzielle Anbau neuer Sorten näher, deren Stärkezusammensetzung für industrielle Verarbeitung gentechnisch optimiert wurde.

Enzyme:

Die meisten in der Stärkeverzuckerung eingesetzten Enzyme stammen von gentechnisch veränderten Microorganismen. Einige dieser Enzyme wirken als an eine Trägersubstanz gebundener Katalysator und sind in den abgebauten Produkten selbst nicht enthalten. Gentechnisch gewonnene Enzyme sind in der Stärkeverzuckerung so verbreitet, dass „gentechnik- freie“ Zutaten meist nicht mehr zu finden sind.

2.1.5.Beispiel: Rohstoff Mais

Mais liefert den Rohstoff für eine Vielzahl von Lebensmittelzutaten:

€- Maiskeimöl
€- Maismehl für Backwaren, Teige
- Cornflakes
€- Stärke und modifizierte Stärke sowie unzählige Produkte der Stärkeverzuckerung
€- auch: als Gemüse

2.2. Gentechnik in der Tierzucht

1984 wurde an der Uni Cambridge eine „Schiege“ gezüchtet; ein Tier, das halb Schaf und halb Ziege ist. Dabei wurden Embryonalzellen von Ziege und Schaf zusammengeführt und der Kombi-Embryo dann einem Schaf implantiert. Das entstandene Tier war aus genetischer Sicht eine Aggregations-Chimäre (Chimäre = Ungeheuer aus der gr. Mythologie).

Aggregations-Chimären sind Zufälle, da nicht zu steuern ist, welche Gene aus verschiedenen Arten oder Rassen zusammenkommen.

Ziel der Genetiker ist die Implantation von gewünschten Genen an genau der richtigen Stelle im fremden Genom.

2.2.1. Nutzen der Genetik in der Tierzucht

a) Zur Steigerung der Produktion durch Hormone und Förderung der Krankheitsresistenz Zur Steigerung der Produktion durch Hormone ist das Verpflanzen des menschlichen Wachstumshormongens in das Genom von Schweinen. Das bewirkt eine schnellere Gewichtszunahme, die aber auch zu einer Überlastung der Gelenke führt.

Der Vorteil des Gentransfers ist die Erhöhung der Resistenz gegen klassische Krankheiten, somit werden widerstandsfähigere Rassen erhalten.

Nachteilig ist jedoch das Überschreiten der Grenzen der Gentechnik, d.h. ein artfremdes Gen, vom Menschen, wird in ein tierisches Lebewesen eingeschleust. Außerdem ist der Gentransfer nicht immer ein voller Erfolg.

Das Rinderwachstumshormon BST (Bovines Somatotropin) ist ein Schlüsselhormon, d.h. es steuert vielfältige Funktionen wie Wachstum und

Milchbildung. Das entsprechende Gen ist aus Kernen von Rinderzellen isolierbar und in das erbgut von E.-Coli-Bakterien einbaubar. Diese produzieren dann BST, wodurch das Hormon in großen Mengen gewonnen werden kann.

Wenn man Rinder regelmäßig BST spritzt, so erhöht sich die Milchproduktion um 15%. Ein weiteres Beispiel zur Steigerung der Produktion durch Hormone ist das Verpflanzen des menschlichen Wachstumshormongens in das Genom von Schweinen. Das bewirkt eine schnellere Gewichtszunahme, die aber auch zu einer Überlastung der Gelenke führt.

Der Vorteil des Gentransfers ist die Erhöhung der Resistenz gegen klassische Krankheiten, somit werden widerstandsfähigere Rassen erhalten.

Nachteilig ist jedoch das Überschreiten der Grenzen der Gentechnik, d.h. ein artfremdes Gen, vom Menschen, wird in ein tierisches Lebewesen eingeschleust. Außerdem ist der Gentransfer nicht immer ein voller Erfolg.

b) Tiere als genetische Produktionsstätten

c) Optimierung von Zuchtergebnissen durch Klonung

2.2.3. Probleme bei der Tierzucht

Genübertragungs- Experimente gelingen nur sehr selten, da die fremden Gene mehr oder weniger zufällig in die Wirtszelle eingebaut werden müssen. Deshalb kann es passieren, dass sie an Stellen landen, an denen sie nicht funktionsfähig werden können. Auch wenn die Gene an der richtigen Stelle im Gen gelandet sind, und dort funktionieren, heißt das noch lange nicht, dass die Genprodukte dort auch in der richtigen Menge hergestellt werden und sich die gewünschte Eigenschaft nicht zu schwach oder zu stark ausbildet. Durch dieses Problem sind bisher erst wenige transgeneTiere mit nützlichen Eigenschaften gezüchtet wurden.

2.3. Gentechnik in der Pflanzenzucht

Die Pflanzengentechnik ist das größte und wirtschaftlich vielversprechendste Teilgebiet der Gentechnik.

Pflanzen eignen sich besonders gut mit Hilfe fremder Gene neue Eigenschaften zu erzeugen. Ein Grund dafür ist beispielsweise, dass man in eine einzige Pflanzenzelle, in die man ein neues Gen eingeführt hat durch Zellteilung wieder eine vollständige Pflanze hervorbringen kann, die nun in allen ihrer Zellen das neue Gen trägt.

2.3.1. Gefahren in der Pflanzenzucht

Gentechnisch veränderte und optimal an die Bedürfnisse des Menschen angepasste Pflanzensorten verdrängen die natürlichen Arten.

Die Gene der natürlichen Arten könnten aus dem Ökosystem verschwinden und weiteren Kombinationsversuchen der natürlichen Evolution nicht mehr zur Verfügung stehen. Dieser Effekt entsteht zwar auch durch die herkömmliche Pflanzenzucht mit Kreuzung und Selektion, er wird aber durch die Gentechnik erheblich beschleunigt.

2.3.2. Ziele der Gentechnik in der Pflanzenzucht

a)Ertragssicherung B Ertragssteigerung

- Virusresistent z.B. Tomaten, Zucchini, Gurke, Zuckerrübe, Banane, Kartoffel
- Bakterienresistent z.B. Reis
- (Schad-)Pilzresistent z.B. Wein, Weizen, Raps
- Insektenresistent z.B. Kartoffel, Mais (Maiszünsler), Baumwolle, Reis
- Herbizidtoleranz z.B. Mais, Raps, Soja, Zuckerrübe

b) Qualitätssicherung

- Haltbarkeit z.B. „Anti- Matsch- Tomate“
- Vitamin- A Zusatz z.B. Reis
- Ethylenreifung z.B. Himbeere, Tomate, Melone
- Einheitliche Stärke z.B. Weizen, Kartoffel
- Männliche Sterilität z.B. Raps
- Lysinzusatz z.B. Soja

Ein weiteres Ziel bei der Anwendung von Gentechnik in der Pflanzenzucht ist die Anpassungsfähigkeit an die Temperatur, den Salzgehalt des Bodens, Trockenheit und Nässe und an Frost.

2.3.3. Beispiele

Gentechnik an Maispflanzen:

⇨ Ertragssicherung (Resistenz gegen Schadinsekten)

In den USA vernichten die Raupen des Schmetterlings, des Maiszünslers, einen Teil der Maisernte und verursachen damit große Schäden. Die Larven bohren sich in die Maisstengel und höhlen diese aus. Die Stengel knicken um und die Kolben können nicht mehr geerntet werden. Gegen Insektizide von außen sind die Larven im Inneren des Stengels geschützt. Mittlerweile gibt es Maispflanzen mit einem bakteriellen Toxingen. Das macht den Mais für die Raupen ungenießbar. Es ist gelungen ein bestimmtes DNA- Stück zu isolieren und das Toxingen mit der Genpistole in Maiszellen hineinzuschießen. Die transgene Maispflanze bildet so ihr eigenes Insektizid. Der Giftstoff ist für Insekten tödlich, für Säuger und für Menschen jedoch harmlos.

Gentechnik an Tomaten:

⇨ Qualitätssicherung (Haltbarkeit)

Vor einigen Jahren wurde die „ Anti- Matsch- Tomate “ entwickelt. Dieser Tomatensorte wurde ein Gen eingeschleust, dass das Faulen und weich Werden der Tomate verhindern soll. Diese Tomaten können reif gepflückt werden da sie in diesem Zustand noch lange schadlos transportiert werden können. Sie sind durch den geschützten Handelsnamen Flavr- Savr gekennzeichnet. Durch das Ausreifen an der Pflanze schmecken diese Tomaten viel aromatischer als die grün geernteten, auf dem Transport nachreifenden Tomaten. In der EU ist diese Tomstensorte allerdings noch nicht erlaubt, in Großbritannien jedoch wird sie bereits zu Tomatenmark verarbeitet und verkauft.

Weitere Beispiele:

Weitere gentechnische Eingriffe finden an Blumensorten aus Holland, deren Farbe gentechnisch verändert werden soll, statt.

Außerdem wird umstritten an einer Sojabohnensorte, die herbizidresistent gemacht wurde, geforscht.

3. persönliche Meinung

Ich denke die Anwendung von Gentechnik hat ihre Vor- und Nachteile. Ein wichtiger Punkt, der für die Anwendung von Gentechnik spricht, ist die Heilung von bestimmten Krankheiten, wie zum Beispiel die Zuckerkrankheit, zu deren Heilung Insulin hergestellt werden kann.

Außerdem ist es von Vorteil Gentechnik in der Pflanzenzucht anzuwenden, denn man kann höhere Erträge erzielen und so in den Entwicklungsländern helfen. In der Medizin ist es außerdem gelungen Organe zu züchten, denn so kann man Leben retten. Vorteilig ist auch die Qualitätssicherung von Nahrungsmitteln, zum Beispiel die „Anti- Matsch- Tomate“.

Nachteilig hingegen ist, dass die Einmaligkeit der Natur zerstört wird, d.h. das sich die Frage stellt, ob der Mensch das Recht dazu hat in die Natur einzugreifen. Außerdem ist die Anwendung der Gentechnik an Embryonen ethisch nicht vertretbar. Ein weiterer Nachteil ist, dass Missbrauch betrieben werden könnte und dem Leben keine Beschränkungen gesetzt sind, dass also Körper ohne Folgen zerstört werden könnten.

Es gibt keine Hemmschwelle mehr, man könnte den „perfekten Mensch“ herstellen, sich sein Kind also aussuchen.

Das Anwenden der Gentechnik in der Pflanzenzucht, zum Beispiel beim Einsetzen von Herbiziden kann unabschätzbare Folgen haben.

Es ist zwar möglich Kosten zu sparen, durch den Einsatz von menschlichen Wachstumshormonen beim Schwein, jedoch ist das ein Nachteil für das Schwein, dessen Gelenke darunter leiden.

In bestimmten Anwendungsbereichen ist die Gentechnik sehr vorteilhaft, aber ich denke die Nachteile überwiegen. Der Mensch nimmt sich unerlaubt das Recht heraus in die Natur einzugreifen und sie für sich zu optimieren. Alles in der Natur hat einen Sinn, doch das ist den Menschen scheinbar egal.

4.Quellenverzeichnis

Natura 2

Erscheinungsort: Stuttgart Ernst Klett Schulbuchverlag Erscheinungsjahr: 1991

Bertelsmann Jugend Lexikon Erscheinungsort: Gütersloh Bertelsmann Lexikon Verlag Erscheinungsjahr: 1997

Lehrmittel LK Biologie 11

Lexikon Gentechnik

Autor: Sebastian Vogel

Erscheinungsort: Hamburg Rowohlt Taschenbuch Verlag Erscheinungsjahr: 1992

Brockhaus ABC Biologie

Erscheinungsort: Leipzig

VEB F.A. Brockhaus Verlag Erscheinungsjahr: 1967

Internet:

www.transgen.de

www.krref.krefeld.schulen.net