Was ist Grüne Gentechnik?

Unter dem Begriff Grüne Gentechnik versteht man Verfahren, mit denen man gezielt Gene in das Erbgut von Pflanzen übertragen kann. Mit gentechnischen Verfahren war erstmals ein Transfer von Genen einer Art auf eine andere Art machbar. Wie das möglich ist, erläutern wir hier:

In der Pflanzenzüchtung versucht man auf verschiedenen Wegen, Nutzpflanzen mit neuen und nützlichen Eigenschaften auszustatten. Die Entschlüsselung der genetischen Grundlagen – man spricht vom Genotyp einer Pflanze – und die Aufklärung der Funktion der einzelnen Gene eröffnete neue Perspektiven: Eine Pflanze kann durch gezielte Übertragung eines oder mehrerer Gene aus einem anderen Organismus mit neuen Eigenschaften ausgestattet werden. Durch gentechnische Verfahren war dies Ende des 20. Jahrhunderts erstmals möglich.

Nutzt man gentechnische Verfahren bei Pflanzen bzw. in der Landwirtschaft, so wird dies als Grüne Gentechnik bezeichnet. Entsprechend spricht man von Roter Gentechnik im medizinisch-pharmazeutischen Bereich oder von Weißer Gentechnik bei industriellen Anwendungen (z. B. zur Herstellung von Feinchemikalien).

Wie überträgt man Gene in ein Genom?

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Damit der Gentransfer stattfinden kann, muss das gewünschte Gen zunächst im Labor isoliert werden. Das Gen wird hier auch noch mit anderen Elementen zu einem Genkonstrukt (Genkassette) ergänzt, damit es in der Pflanze später aktiv werden kann. So enthält die Genkassette einen in Pflanzen wirksamen Promotor, der die Genexpression startet und kontrolliert sowie ein „Stoppsignal“ (Terminator) für die Beendigung der Transkription. Zusätzlich ist häufig noch ein Markergen zur Erfolgskontrolle der Genübertragung mit enthalten. Das Genkonstrukt kann mit unterschiedlichen Methoden, beispielsweise mithilfe eines biologischen Transportvehikels (Vektor) oder durch eine Genkanone, in die Empfängerzelle eingeschleust werden:

• Als Vektor, auch „Genfähre“ genannt, dient häufig das phytopathogene Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens. Es ist von Natur aus in der Lage, genetisches Material in andere Organismen zu übertragen. Diese Fähigkeit nutzt man in der Gentechnik, um Zellen gezielt gentechnisch zu verändern. Das Genkonstrukt gelangt dabei mithilfe von in den Bakterien vorkommenden kleinen ringförmigen DNA-Molekülen in die Pflanzenzelle: den sogenannten Ti-Plasmiden. „Ti“ steht für dabei für „Tumor induzierend“. Denn im natürlichen Ti-Plasmid sind normalerweise genetische Informationen abgespeichert, die in der Pflanze zu krebsartigen Wucherungen führen. Diese Abschnitte sind aber bei den Ti-Plasmiden, die zur Genübertragung im Labor genutzt werden, nicht mehr enthalten.
• Alternativ kann ein Genkonstrukt auch mithilfe einer Partikelkanone (auch Genkanone genannt) in Pflanzenzellen „geschossen“ werden. Dafür muss die DNA an winzige Gold- oder Wolframpartikel gekoppelt und anschließend mit hohem Druck in die pflanzlichen Zellen katapultiert werden. Die Mikrogeschosse durchdringen die Zellwände und die DNA wird von der Pflanze nach dem Zufallsprinzip in ihr Erbgut integriert.

Aber nur bei einem geringen Teil der Zellen gelingt ein erfolgreicher Gentransfer bzw. eine stabile Integration der neuen Gene in das Erbgut. Daher müssen in einem anschließenden Schritt diejenigen Zellen selektiert werden, wo dies der Fall ist. Dazu nutzt man gleichzeitig übertragene Markergene, beispielsweise Antibiotikaresistenz-Gene. Werden nach der Genübertragung die Zellen mit Antibiotika behandelt, können nur diejenigen überleben, die das Antibiotikaresistenzgen enthalten. Aus diesen erfolgreich transformierten Zellen können im Labor wieder vollständige Pflanzen herangezogen werden (Regeneration). Diese Pflanzen enthalten die neu übertragenen Gene in allen Zellen.

Gentechnisch veränderte Pflanzen

Das durch diese Züchtungsmethode entstandene Produkt ist ein gentechnisch veränderter Organismus (GVO). Nach dem Gentechnikgesetz ist dies ein Organismus, der „unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt“ (§ 3, GenTG).

Werden arteigene Gene mittels gentechnischer Verfahren übertragen, spricht man von cisgenen Pflanzen. Werden artfremde Gene eingeschleust hingegen von transgenen Pflanzen. Rein rechtlich unterliegen beide dem Gentechnikgesetz und müssen spezielle Zulassungsprozesse durchlaufen.

Das wohl bekannteste Beispiel einer gentechnisch veränderten Nutzpflanze ist der „Golden Rice“, der mit β (Beta)-Carotin angereichert wurde. Wissenschaftler haben den goldenen Reis mit dem Ziel entwickelt, Vitamin A-Mangel zu lindern. Denn β-Carotin ist die Vorstufe von Vitamin A und wird daher auch Provitamin A genannt. Durch den Inhaltsstoff haben die Reiskörner eine charakteristisch orange-gelbe Farbe, was dem Reis seinen Namen einbrachte.

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Vorteile und Nachteile der Methode

Durch Übertragung artfremder Gene können Pflanzen mit neuen Eigenschaften ausgestattet werden, wie es auf klassische Weise nicht möglich wäre. Ein Beispiel hierfür ist die Übertragung eines Insektenabwehrstoffes in Mais (Bt-Mais), der seinen Ursprung in einem Bodenbakterium hat.

Aber auch bei der gezielten Übertragung arteigener Gene gibt es Vorteile: die veränderte Pflanze enthält zusätzlich nur das gentechnisch übertragene Gen. Bei einer Kreuzungszüchtung hingegen kommt es regelmäßig zu einer Kombination vieler Eigenschaften der beiden Elternpflanzen, von denen die meisten nicht gewünscht sind. Viele weitere Kreuzungsschritte sind dann noch notwendig, um die unerwünschten Eigenschaften wieder aufzukreuzen.

Doch die gentechnischen Verfahren der „ersten Generation“ (Vgl. hierzu: „Gentechnisch veränderte Pflanzen der zweiten Generation“) sind nicht unumstritten. Die übertragenen Gene werden an beliebigen Stelle im Erbgut eingebaut. Dadurch besteht z. B. die Möglichkeit, dass sie andere Gene beschädigen und es zu ungewollten Veränderungen im pflanzlichen Stoffwechsel kommt.

Auch wird diskutiert, ob solche Pflanzen nach einer Freisetzung ökologischen Risiken für die Umwelt darstellen. Zwar müssen solche Pflanzen vor dem Anbau ein umfangreiches Zulassungsverfahren mit Sicherheitsüberprüfung absolvieren, aber bisher fehlt eine breite Akzeptanz für diese Technologie in der Bevölkerung. Aus diesem Grund werden seit 2009 in Deutschland keine gentechnisch veränderten Pflanzen mehr kommerziell angebaut. Weltweit werden hingegen auf 190 Millionen Hektar gentechnisch veränderte Nutzpflanzen kultiviert (zum Vergleich: das entspricht der 16-fachen Ackerfläche Deutschlands).