29.08.2002

Forschung Projekte

Horizontaler Gentransfer – Experimentelle Untersuchungen zum Gentransfer von Pflanzen auf Bodenmikroorganismen

(1989 – 1993) Freie Universität Berlin, Institut für Angewandte Genetik

Thema

Die Übertragung von genetischer Information zwischen verschiedenen Arten wird als Horizontaler Gentransfer bezeichnet. Bislang ist der Austausch von Genen zwischen Bakterien verschiedener Arten bekannt.

Im Zusammenhang mit der Freisetzung transgener Pflanzen wird nun befürchtet, dass es auch einen Gentransfer von Pflanzen auf Mikroorganismen geben könnte und sich damit die Transgene unkontrolliert verbreiten. Diese Möglichkeit wird allerdings als äußerst unwahrscheinlich eingestuft. Denn das setzt voraus, dass die Fremd-DNA aus den Pflanzen stabil in das Genom der Mikroorganismen integriert und auch an die Nachkommen weitergegeben wird.

Ziel des Vorhabens war es, Informationen zu einer Verbreitung der Transgene von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen auf Bakterien und Pilze des Bodens zu erhalten.

Zusammenfassung

Das experimentelle Modellsystem lieferte Hinweise für einen möglichen horizontalen Gentransfer von Pflanze auf Pilz, konnte diesen jedoch in weiteren Testungen nicht eindeutig nachweisen.

Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass Kolonien des Bodenpilzes Aspergillus niger nach einer gemeinsamen Kultivierung mit Antibiotika-resistenten Pflanzen der Gattung Brassica Resistenzen gegenüber Antibiotika aufwiesen. In der Regel war jedoch nach der Vermehrung der resistenten Pilzkolonien ein Verlust der Antibiotika-Resistenz festzustellen.

Versuchsbeschreibung

Zur Ermittlung eines möglichen horizontalen Gentransfers von Pflanze auf Mikroorganismen wurden als Modellpflanzen transgene Rapsarten wie Brassica napus und Brassica nigra ausgewählt, die zuvor mittels eines Antibiotikaresistenz-Gens gentechnisch verändert wurden.

Für das Modellsystem wurde eine Resistenz gegenüber dem Antibiotikum Hygromycin B gewählt. Anschließend erfolgte eine gemeinsame Kultivierung mit verschiedenen Bakterien- und Pilz-Isolaten, die zuvor aus Bodenproben eines Rapsstandortes gewonnen wurden. Nach der gemeinsamen Kultivierung erfolgte eine Untersuchung der mikrobiellen DNA auf Anwesenheit des Antibiotikaresistenz-Gens.

Sollten resistente Populationen aufgefunden werden, so würde dies auf einen Gentransfer hinweisen. Um sicherzustellen, dass die verwendeten Mikroorganismen nicht schon natürlicherweise ein Antibiotikaresistenz-Gen tragen, wurden diese vorher diesbezüglich getestet.

Ergebnisse

Vorkommen natürlicher Antibiotika-Resistenzen bei Bakterien und Pilzen

Die Untersuchungsergebnisse bekräftigen die Kenntnis, dass eine Vielzahl von Bodenmikroorganismen – zumindest die, die sich kultivieren ließen - über natürliche Antibiotika-Resistenzen verfügen. Von zehn untersuchten Arten waren drei Bakterien- und fünf Pilzarten gegenüber dem Antibiotikum Hygromycin B resistent.

Horizontaler Gentransfer

Die Ergebnisse sind nicht eindeutig. So konnten nach gemeinsamer Kultivierung transgener Rapspflanzen mit verschiedenen Arten von Mikroorganismen nur im Fall des Bodenpilzes Aspergillus niger resistente Kolonien selektiert werden. In der Regel war jedoch nach Vermehrung der resistenten Pilzkolonien ein Verlust der Antobiotika-Resistenz festzustellen. Als Ursache wird die Instabilität der aufgenommenen Fremd-DNA angenommen, so dass eine Weitergabe an Nachkommen nicht gewährleistet war.

Der Vorgang der Aufnahme von Fremd-DNA durch den Pilz ist ungeklärt, auch wird vermutet, dass keine Integration ins Genom stattfand, sondern die Fremd-DNA außerhalb des Genoms (extrachromosonal) vorlag.

Die Autoren merken an, dass für weitere Untersuchungen zur Ermittlung eines horizontalen Gentransfer-Ereignisses geeignetere experimentelle Voraussetzungen zu schaffen sind.