Züchtungsmethoden der Gentechnik

Inhalt

Züchtungsmethoden der Gentechnik

Transgene Pflanzen – Fluch oder Segen?

1. Einleitung

2. Gentechnik 4
2.1 Definition
2.2 Ziele der Gentechnik
2.3 Grundlagen der Gentechnik
2.3.1 Werkzeuge der Gentechnik
2.3.2 Ablauf der Klonierung eines Gens

3. Transgene Pflanzen
3.1 Beispiele für transgene Pflanzen
3.1.1 Amflora
3.1.2 Golden-Rice
3.1.3 Mais MON 810
3.1.4 Gen-Soja
3.2 Agro-Industrie

4. Resümee

5. Quellenverzeichnis

Züchtungsmethoden der Gentechnik

Transgene Pflanzen – Fluch oder Segen?

1. Einleitung

Schon immer waren hohe Erträge, guter Geschmack und die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Schädlinge die wichtigsten Eigenschaften von Nutzpflanzen.^[1]

Mit dem Beginn des Anbaus von Pflanzen vor ungefähr 12.000 Jahren in Anatolien und Vorderasien begann auch die Pflanzenzüchtung.^[2] Mit ihr wollte der Mensch die oben genannten Eigenschaften seit jeher verbessern. Hierzu wählte er gezielt „gute“ Pflanzen einer Art aus und baute sie unter kontrollierten Bedingungen an. Damals zählten hierzu Emmer, Einkorn (Urformen des Weizens), Gerste und Roggen. 5.500 vor Christus wurde der Getreideanbau auch in Mitteleuropa bekannt. Durch Auslese (Selektion) der ertragreichsten Individuen und Kreuzung mit anderen Wildgrasarten entstanden unsere heutigen Getreidesorten. Zur weiteren Ertragssteigerung wurden verschiedene „Anbaumaßnahmen wie Düngung [mit Gülle], Bewässerung und Beseitigung von Unkraut eingesetzt“.^[3] Doch durch Dürreperioden, Schädlingsbefall oder kranke Pflanzen kam es weiterhin zu Ernteausfällen, weshalb viele Menschen an Hunger sterben mussten. Daher gründete man während des 18. Jahrhunderts naturwissenschaftliche Institute für Pflanzenanbauwissenschaften. So konnten die Erträge der Nutzpflanzen zwar gesichert und teilweise sehr verbessert werden, dafür gingen jedoch einige Pflanzenarten verloren, da sie ausselektiert wurden.

In den 50er Jahren kam es dann zur Grünen Revolution. Durch moderne Pflanzenzüchtungsmethoden gelang es ohne großen Düngereinsatz erste Hochertragssorten, wozu unter anderem Mais, Raps, Hirse, Soja und Raps zählten, zu erzeugen (Pflanzenproduktion). Durch deren Anbau in Entwicklungsländern konnte die Kindersterblichkeit verringert, die Er-nährungssituation stark verbessert und zudem die Anbaufläche verkleinert werden.^[4]

Doch mit den Hochertragssorten gehen auch Nachteile einher. Kritiker weisen darauf hin, dass es zu einer vermehrten Auslaugung und Versalzung des Bodens komme und der Grundwasserspiegel aufgrund der erhöhten Bewässerung absinke.^[5]

Die modernste, schnellste, aber auch umstrittenste Art, Eigenschaften von Pflanzen zu verändern, ist die Grüne Gentechnik, welche sich Anfang der 80er Jahre als ein Teilgebiet der grünen Biotechnologie (Produktion Wirkstoffen und Enzymen über Pflanzen) entwickelte. Mithilfe gentechnischer Verfahren und Werkzeuge (Enzymen) kann man in das Erbmaterial von Pflanzen eingreifen und Eigenschaften verbessern, welche auf herkömmlichen Weg oftmals nicht oder nur sehr schwer zu erreichen sind.^[6]

In einigen Ländern, wie z.B. in den USA oder Argentinien ersetzt die Gentechnik bereits fast den konventionellen Anbau, wohingegen in Deutschland oder Frankreich der Einsatz gentechnisch veränderter Pflanzen rechtlich eingeschränkt ist, da das Wissen über mögliche Auswirkungen noch nicht ausgereift ist.^[7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2. Gentechnik

2.1 Definition

Unter der Gentechnik oder Gentechnologie versteht man die gezielte Veränderung der Erbinformation einer Zelle oder eines Organismus durch molekularbiologische Verfahren zum Erreichen bestimmter Eigenschaften. Dies kann durch Übertragung und Einbau fremder Gene in das Genom einer Zelle bzw. eines Organismus oder durch das Ausschalten bestimmter Gene passieren (Gentransfer).^[8] Die so entstandene DNA (Desoxyribonukleinsäure) heißt rekombinante DNA und der durch sie veränderte Organismus transgen. Die rekombinante DNA kann sowohl in Organismen derselben Art, als auch in andere Arten eingeschleust werden, da man herausfand, dass der genetische Code universell ist (d.h. in allen Organismen werden die Aminosäuren durch die gleichen Basentripletts codiert) und somit für alle Lebewesen gilt.^[9]

Wie oft verwechselt, hat ein gentechnischer Eingriff nichts mit Züchtung zu tun. Denn bei herkömmlichen Züchtungsmethoden werden Tiere und Pflan-zen nur mit der gleichen oder einer eng verwandten Art auf natürlichem Ver-erbungsweg gekreuzt. In der Gentechnik hingegen wird das Erbmaterial von Bakterien, Pflanzen, Viren, Menschen und Tieren isoliert und nach dem Aus-tausch einzelner DNA-Sequenzen in artfremde Lebewesen eingeschleust.^[10]

2.2 Ziele der Gentechnik

Da die Gentechnik nicht nur in der Pflanzenforschung Anwendung findet, sondern auch in anderen Bereichen eingesetzt wird, sind die Ziele der Gentechnik weit gefächert:

1. Die Ziele der „grünen Gentechnik“ mithilfe der gentechnischen Veränderung von Pflanzeneigenschaften sind vor allem die Erleichterung der Feldarbeit, die Bekämpfung des Welthungers und die Schonung der Umwelt aufgrund geringeren Pestizideinsatzes.^[11]
2. Mithilfe der „roten Gentechnik“ können Arzneimittel und andere pharmazeutische Produkte gentechnisch hergestellt werden. Diese können z.B. bei Kindern mit Wachstumsstörungen, Herzinfarkten, Blutarmut, verschiedenen Krebskrankheiten, der Bluterkrankheit oder Diagnosen von Immunkrankheiten eingesetzt werden.^[12] Ein weiteres Ziel der „roten Gentechnik“ ist es, Tiere resistent gegenüber Krankheitserregern zu machen und ihre Produktivität (z.B. die der Milchkuh) zu erhöhen.^[13]
3. Unter der „weißen Gentechnik“ versteht man den industriellen Einsatz von Gentechnik zur Gewinnung von Enzymen, Mikroorganismen und Zellkulturen. Mit ihr können Substanzen, wie z.B. Glutaminsäure (Ausgangsstoff zur Herstellung von Natrium-glutamat, welches in der Lebensmittelindustrie als Geschmacks-verstärker dient^[14] ) kostengünstiger, in größeren Mengen und mit höherer Reinheit als auf synthetisch-chemischen Weg herstellt werden. Andere Substanzen ermöglichen die Herstellung von „viele[n] Lebensmittel[n] und Getränke[n], Vitamine[n] und Aromastoffe[n], Medikament[…]- und Pestizidwirkstoffe[n], Enzyme[n], Chemikalien, Werkstoffe[n] sowie [von] Bioenergieträger[n] (etwa Bio-Ethanol oder Biogas)“.^[15]
4. Als Teilgebiet der weißen Gentechnik beschäftigt sich die „graue Gentechnik“ mit der Wasseraufbereitung und -reinigung, dem Recyceln von Müll oder der Sanierung kontaminierter Böden mithilfe biotechnologischer Verfahren. Somit ist der Schutz der Umwelt das Ziel der grauen Gentechnik.^[16]

2.3 Grundlagen der Gentechnik

Durch gentechnische Verfahren ist es für Forscher möglich, Gene zu isolieren, sie zu analysieren und letztendlich in einen anderen Organismus einzuschleusen. Den neuentstandenen Organismus bezeichnet man dann als transgen. Zur Vervielfältigung eines DNA-Abschnitts (oder Gens) muss dieser zunächst in einen passenden Vektor eingefügt werden, welcher dann in eine Wirtszelle übertragen wird. Dies bezeichnet man als Klonierung eines Gens, wozu es einige Methoden und Werkzeuge bedarf, welche im Folgenden erläutert werden sollen.^[17]

2.3.1 Werkzeuge der Gentechnik

Restriktions-Endonucleasen können DNA-Doppelstränge entweder glatt oder versetzt spalten.^[18] Dabei schneiden sie nur an Stellen (Erkennungssequenzen), welche sowohl vorwärts als auch rückwärts gelesen dieselbe Basenabfolge haben. Wird der DNA-Strang versetzt geschnitten, entstehen sogenannte „sticky ends“ (klebrige Enden). Diese überstehenden Enden neigen dazu, sich mit komplementären Enden (z.B.: GGCC und CCGG) zusammen zu lagern. Dabei verbinden sie sich über schwache Wasserstoffbrücken.

Das Enzym Ligase dient der stabilen Verknüpfung von DNA-Fragmenten.^[19]

Mithilfe dieser Werkzeuge kann z.B. aus einer eukaryotischen und bakteriellen DNA eine rekombinante DNA entstehen, indem beide mit dem gleichen für sie geeignetem Restriktionsenzym behandelt werden, sich über ihr „sticky ends“ verbinden und durch die Ligase fest verknüpft werden.

2.3.2 Ablauf der Klonierung eines Gens

a) Isolation der Spender-DNA und der Vektoren

Zunächst müssen Substanzen ausgewählt werden, mit deren Hilfe sowohl die Spender-DNA, als auch der Vektor aus ihren Zellen freigelegt werden können.^[20]

Vektoren sind Systeme, die dem Transport der zu übertragenden DNA-Stücke in Zellen dienen. Oft werden hierzu Plasmide (ringförmiger DNA-Abschnitt aus Bakterien) oder Bakteriophagen (Viren, die Bakterien infizieren^[21] ) verwendet.^[22]

b) Behandlung mit Restriktionsenzym

Nun werden sowohl die Spender-DNA als auch der Vektor mit dem demselben Restriktionsenzym aufgeschnitten. Da Restriktionsenzyme nur an ganz bestimmten Stellen schneiden, entstehen danach „genau definierte Teilstücke“ (eines davon ist das zu übertragende Gen),^[23] deren Enden komplementär zueinander sind. Im idealen Fall sind die Enden durch schräges Schneiden des Restriktionsenzyms einzelsträngig, sodass „sticky ends“ (klebrige Enden) vorhanden sind.^[24]

[...]

^[1] Nutzpflanzen sind Kulturpflanzen, die der Ernährung, der Rohstoffgewinnung oder der Gesundheit dienen. Man unterscheidet hierbei zwischen wildwachsenden und kultivierten Nutzpflanzen, http://www.nutzpflanzenvielfalt.de/nutzpflanzen/was_ist_das am 27.05.2013

^[2] http://www.nutzpflanzenvielfalt.de/nutzpflanzen/was_ist_das am 27.05.2013

^[3] http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=8234 am 27.05.2013

^[4] http://www.nutzpflanzenvielfalt.de/nutzpflanzen/was_ist_das am 27.05.2013, http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=8234 am 27.05.2013,

^[5] http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=8234 am 27.05.2013

^[6] http://l.hh.de/tSmvrham 02.06.2013, http://www.pflanzenforschung.de/de/themen/lexikon/gentechnik-455 am 04.06.2013,

^[7] http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=8234 am 27.05.2013, Andrioli, I. et al., Agro-Gentechnik: Die Saat des Bösen, Die schleichende Vergiftung von Böden und Nahrung, 2. Auflage, Lahnstein 2006, S. 58

^[8] Bayrhuber, H. et al., Linder, Biologie, Baden-Württemberg, 23. Auflage, Braunschweig 2010, S. 121, Autorengruppe Deutscher Taschenbuchverlag, dtv Lexikon, 6, Fli-Gev, 3. Ausgabe, Mannheim 1997, S. 274

^[9] Hillesheim, M. et al., Abitur, clever vorbereitet, Biologie, Potsdam o. J., S. 62

^[10] Informationsdienst Gentechnik, Gute Gründe gegen Gentechnik, in der Landwirtschaft, Berlin Januar 2013http://www.genzukunft.de/Gentechnik/Gentechnik-.html am 26.05.2013, S. 3, http://www.schule-und-gentechnik.de/fuer-schueler/wer-wie-was/einfuehrung.html am 30.05.2013

^[11] http://www.schule-und-gentechnik.de/fuer-schueler/wer-wie-was/pro-und-contra.html# a, 02.06.2013, http://www.lfl.bayern.de/publikationen/daten/informationen_url_1_49.pdf

am 26.05.2013

^[12] http://www.gensuisse.ch/service/praes/d/Text_03_Gentechnische_Herstellung_von_ Insulin. pdf am 28.05.2013, http://www.buerger-fuer technik.de/body_bedeutung_der_ gentechnik .html am 28.05.2013, Bayrhuber, H. et al., Linder, Biologie, Baden-Württemberg, 23. Auflage, Braunschweig 2010, S. 124

^[13] Hillesheim, M. et al., Abitur, clever vorbereitet, Biologie, Potsdam o. J., S. 81

^[14] Bayrhuber, H. et al., S. 124, http://www.buerger-fuer-technik.de/body_bedeutung_der_gentechnik.html am 28.05.2013

^[15] http://www.bpb.de/gesellschaft/umwelt/bioethik/33741/weisse-gentechnik?p=all am 28.05.2013

^[16] http://www.umwelt.nrw.de/umwelt/bio_gentechnik/index.php am 28.05.2013

^[17] Kilian, I. et al., Großes Buch der Biologie, mit allen Wissengebieten und Fachbegriffen der Biologie, o.O. 2006, S. 112, f., Bayrhuber, H. et al., S. 121, f.

^[18] Restriktionsenzyme werden aus Bakterien gewonnen (Entdeckung 1972 durch Herbert W. Boyer), vgl. Bayrhuber, H. et al., S. 121, Hillesheim, M. et al., S. 75

^[19] Hillesheim, M. et al., S. 75

^[20] Kilian, I. et al., Großes Buch der Biologie, mit allen Wissengebieten und Fachbegriffen der Biologie, o.O. 2006, S. 112, f.

^[21] Hillesheim, M. et al., S. 309

^[22] Bayrhuber, H. S. 130

^[23] Kilian, I. et al., Großes Buch der Biologie, mit allen Wissengebieten und Fachbegriffen der Biologie, o.O. 2006, S. 114, Hillesheim, M. et al., S. 76

^[24] Kilian, I. et al., S. 115