Gentechnisch-veränderte Organismen (GVO) können heutzutage hergestellt werden und für verschiedene Zwecke dienen. Einige Beispiele sollen hier nun erläutert werden. Dieser Text soll nicht der Reklame von Gentechnik dienen, sondern sie soll zunächst über einige technische Möglichkeiten informieren, die heute möglich sind.
Das bt-Toxin ist ein Protein, das
natürlicherweise von Bacillus thuringiensis-Bodenbakterien
gebildet wird. Dieses Protein hat die Eigenschaft, die Darmwand von
Raupen und Käfern zu zerstören. Das bt-Gen kann nun
z.B. in das Erbgut der Maispflanze eingebaut werden (sog. bt-Mais). Sie
kann dadurch das bt-Protein bilden und ist somit vor den Insekten
geschützt.
Bt-Mais, bt-Baumwolle und bt-Kartoffeln werden bereits
großflächig in Nordamerika angebaut. Dies
ermöglicht bessere Erträge in der Landwirtschaft ohne
den Einsatz von Pestiziden. Für den Menschen ist das
bt-Protein ungefährlich.
Ein wichtiger Grundstoff für viele
industrielle Produkte ist Stärke. Sie wird vor allem aus Mais
und Kartoffeln gewonnen und besteht aus zwei Komponenten: Amylose und
Amylopektin. Die stärkeverarbeitende Industrie
benötigt reines Amylopektin für spezielle technische
Zwecke als Kleb- und Bindemittel. Um den umweltbelastenden Vorgang der
Trennung der beiden Stoffe zu umgehen, hat man die Bildung von Amylose
verhindert, indem man das dafür zuständige Gen
(GBSS-Gen) blockiert hat. Diese Pflanzen, die sich im Freilandtest
befinden, produzieren jetzt in den Knollen fast
ausschließlich Amylopektin.
Das Bakterium Alcaligenes eutrophus reichert in seinem Inneren einen
plastikartigen Reservestoff an. Dies ist das Polyhydroxybutyrat (PHB),
ein biologisch abbaubarer Kunststoff. Das hierfür
zuständige Gen wird nun z.B. in Baumwoll- oder
Kartoffelpflanzen eingesetzt und exprimiert. Das gewonnene PHB kann zur
Herstellung von Folien oder anderen Kunststofferzeugnissen verwendet
werden und wird anschließend durch Kompostierung biologisch
abgebaut.
Dieses Verfahren stellt eine Alternative zur Erdölindustrie
dar, die bisher für die Kunststoffherstellung
zuständig war.
Ein Beispiel für Pflanzen, die pharmazeutische Produkte produzieren können ist die Karotte. Deutsche Wissenschafter haben genetisch manipulierte Karotten entwickelt, die einen Impfstoff gegen Hepatitis B produzieren. Zu diesem Zweck pflanzten sie Karotten ein Gen zur Produktion des im Hepatitis-Impfstoff enthaltenen Anti-Gens ein und vermehrten dann die gentechnisch veränderten Karotten. Sie sind nun in der Lage, innerhalb von zwei Wochen etwa 100.000 Setzlinge zu produzieren, welche über drei Monate zu essfertigen Karotten heranwachsen. Karotten eignen sich im Vergleich zu anderen transgenen Pflanzen wie Kartoffeln oder Tomaten besonders gut zur Produktion von Medikamenten, da sie unter vielen verschiedenen Klima- und Bodenbedingungen angebaut werden können. Die Gen-Karotten könnten also dort angebaut werden, wo der Impfstoff benötigt wird. Außerdem können sie roh verzehrt werden, so dass der Impfstoff nicht durch Kochen zerstört wird.
Von der Landoberfläche der Erde ist nur etwa ein Zehntel für den Anbau unserer heutigen Kulturpflanzen auf Feldern geeignet. In den übrigen Gebieten ist es entweder zu trocken, zu kalt oder der Boden ist versalzen, oder die Bodenschicht zu dünn. Durch die Gentechnologie könnte man Nahrungspflanzen besser an ungünstige Standorte anpassen und Ackerbauflächen vergrößern, indem die Pflanzen gegen Salz, Trockenheit oder Frost resistent gemacht werden.
Die traditionellen Verfahren zur Sanierung von Altlasten bieten nur wenige Möglichkeiten: Schadstoffbelastetes Erdreich wird ausgehoben und in einer Deponie gelagert oder in speziellen Anlagen verbrannt. In beiden Fällen sind die Transportkosten hoch, und der für die Bodenfruchtbarkeit wichtige Humus geht verloren.
Aluminiumtolerante Pflanzen
Weltweit sind viele Böden mit Aluminium
belastet. In der Folge sinken die Erträge oft drastisch.
Chinesische und mexikanische Forschergruppen haben ein an der Bildung
von Zitronensäure beteiligtes Gen in verschiedene Pflanzen wie
beispielsweise Zuckerrüben, Papaya und Tabak
übertragen.
Die so optimierten Pflanzen wuchsen im Vergleich zu den
herkömmlichen Pflanzen beträchtlich besser auf sauren
und aluminiumbelasteten Böden und zeigten eine deutlich
geringere Hemmung des Wurzelwachstums.
Quecksilberaufnehmende Pflanzen
Amerikanische Wissenschaftler der Universität Georgia konnten mit gentechnischen Methoden Senfpflanzen herstellen, die die Fähigkeit haben, Quecksilber aufzunehmen und in eine für die Umwelt wesentlich weniger schädliche chemische Verbindung umzuwandeln. Gelingt es, die Ergebnisse der Laborarbeiten auf die Praxis zu übertragen, könnten quecksilberverseuchte Böden in Zukunft durch den Anbau derartiger Pflanzen gereinigt statt deponiert werden.
Pflanzen, die Sprengstoff entschärfen
Sprengstoffverseuchte Böden stellen in vielen Gebieten, zum Beispiel ehemaligen Militärgeländen oder Rüstungsbetrieben, eine erhebliche Gefahr dar. Es gibt Mikroben, die das Nitrat aus Sprengstoffen (TNT) in unschädliche Substanzen umwandeln können. Diese Eigenschaft konnte auf Tabakpflanzen übertragen werden. Durch den Anbau dieser Pflanzen hofft man, den Sprengstoffgehalt belasteter Böden verringern zu können.
Das Hauptnahrungsmittel der Welt ist der Reis.
Forscher der ETH Zürich haben z. B. eine genetisch
veränderte Reispflanze entwickelt, die zur Bekämpfung
des Mangels an Vitamin A beitragen könnte. Damit
könnte das Erblinden von Millionen von Kindern in der Dritten
Welt verhindert werden.
Am Institut für Pflanzenwissenschaften der ETH Zürich
ist es gelungen, einer Reissorte drei zusätzliche Gene
einzupflanzen. Weil dadurch in den Reiskörnern
verstärkt Beta-Karotin entsteht, wird beim Menschen die
Produktion von Vitamin A unterstützt.
Die Forscher schlagen nun vor, den genetisch veränderten Reis,
der eine goldene Farbe hat, gratis an die Kleinbauern in den
bevölkerungsreichsten Entwicklungsländern in Asien,
Afrika und Südamerika abzugeben.
Zunächst wird das genetisch veränderte Material zehn
Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt zur Verfügung
gestellt. Dort soll es in die ertragreichsten Reissorten eingekreuzt
werden. Umfangreiche Feldversuche sollen genauere Erkenntnisse
über den Gen-Reis liefern, insbesondere über die
Essbarkeit. Schließlich sollen die Reiszüchter und
Reisbauern beliefert werden.
Die GVO beziehen sich allerdings nicht nur auf
Pflanzen, auch Tiere können genetisch verändert
werden.
Erkenntnisse über Gene in der Maus sind
häufig auf den Menschen übertragbar. Die Frage nach
der Funktion eines Gens lässt sich durch die Untersuchung von
Mäusen beantworten, bei denen das zu untersuchende Gen durch
homologe Rekombination zerstört wurde. Die Auswirkungen des
defekten Gens bei der Maus geben dann Aufschluss darüber,
welche Aufgaben das Gen hatte. Bis vor etwa zehn Jahren war man aber
auf spontan auftretende Mutationen bei den Versuchstieren angewiesen,
die aufgrund eines erkennbaren Defektes zufällig entdeckt
wurden.
Seit Mitte der achtziger Jahre hatten mehrere Forschergruppen daran
gearbeitet, Gene in Versuchstiere nicht zufällig einzubauen,
stillzulegen oder zu entfernen, sondern diese Eingriffe gezielt
durchzuführen.
Das bekannteste Beispiel dafür ist die vor über zehn
Jahren erzeugte Krebsmaus von Philip Leder, das erste patentierte
Säugetier. Leder hatte der Maus ein menschliches Krebsgen
eingepflanzt, welches Zellen zu unkontrollierter Teilung anregt.
Inzwischen sind ein paar Dutzend anderer transgener
Mäusestämme geschaffen worden.
Auch für das Studium der erwähnten Alzheimerschen
Krankheit existiert eine transgene Maus. In ihr wurden bestimmte
Abschnitte des mauseigenen Amyloid-Gens gegen die entsprechenden
Abschnitte des menschlichen Armyloid-Gens ausgetauscht. Mäuse,
die auf diese Weise verändert sind, bilden das
krankheitsauslösende Amyloid-Protein und reichern es in ihrem
Gehirn an. An diesen Mäusen lassen sich nun Wirkstoffe auf
ihre Fähigkeit überprüfen, die
Amyloidbildung in den Tieren zu verhindern.
8.1.
Seidenproduktion
Die kanadische Firma Nexia will mit geklonten transgenen Ziegen in
deren Milch die Proteine bioindustriell herstellen, die Spinnen
für die Fäden ihrer Netze verwenden.
Um die Seide von Spinnen zu gewinnen, müssen also nur noch
Ziegen gemolken werden.
Die BioStee-lTM-Fäden werden von der Firma für
industrielle und für medizinische Anwendungen entwickelt, z.B.
für die Verschließung von Wunden, für
Prothesen oder für die Herstellung von Gewebe. Das Protein,
das noch nicht zu Fäden gesponnen ist, wird unter der
Handelsmarke BioSilx direkt für die Kosmetik vermarktet,
beispielsweise um die Haut zu stützen und elastischer zu
machen. BioSteel hingegen dient als Material auch zur Herstellung von
Schutzkleidung und wird zusammen mit der kanadischen Luftwaffe
entwickelt. Ansonsten wäre das Biomaterial noch für
Flugzeuge oder Rennautos interessant.
8.2. Herstellung von Medikamenten
Es wurden auch transgene Ziegen hergestellt, die pharmazeutische Proteine in ihrer Milch produzieren können. Bei der US-Firma Genzyme leben derweil transgene Ziegen, die einen Antithrombose- Wirkstoff produzieren. Das Medikament wird bereits am Menschen getestet. Ein weiteres Medikament könnte z.B. ein Malariaimpfstoff sein. Mit dem Impfstoff dreier transgener Ziegen könnte man bis zu 20 Mio. Menschen impfen.
Auch im Bereich der Xenotransplatationen (chirurgische Organverpflanzungen von Tieren zum Menschen) spielt die Gentechnik eine wichtige Rolle. Forscher versuchen fremde Organzellen genetisch so zu verändern, dass die menschliche lmmunabwehr getäuscht wird und nicht auf die fremden Zellen reagiert. Die Herstellung so genannter Knock-out-Schweine verhindert eine Abstoßung des transplantierten Organs. Ein Gen, das für die Bildung bestimmter Kohlenhydratketten auf der Zelloberfläche zuständig ist, eine Komponente der so genannten Glykokalix, wird hierbei ausgeschaltet. Anhand verschiedener Teile der Glykokalix stellt das Immunsystem fest, ob ein Organ fremdartig ist. Fehlen diese Teile der Glykokalix, so fällt die primäre Immunreaktion wesentlich schwächer aus und das Organ wird nicht sofort abgestoßen.
Kritiker der Gentechnik weisen darauf hin, dass die
Folgen der GVO nicht absehbar sind.
Die Inhalte wurden zu einem Teil nach der Sendung von Arte zur
Gentechnik zusammen gestellt.