ArchivDeutsches Ärzteblatt28-29/2000Pflanzenbiotechnologie: Neuartige Lebensmittel (Novel Food) und Pharmazeutika

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Pflanzenbiotechnologie: Neuartige Lebensmittel (Novel Food) und Pharmazeutika

Dtsch Arztebl 2000; 97(28-29): A-1971 / B-1661 / C-1555

Schell-Frederick, Elizabeth; Schell, Jozef Stefaan

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LNSLNS Zusammenfassung
Zurzeit werden Entwicklung und Einsatzbereiche von genetisch modifizierten Pflanzen kontrovers diskutiert. Von ganz entscheidender Bedeutung in diesem Zusammenhang ist eine rationale und wissenschaftlich begründete Bewertung der Pflanzenbiotechnologie. Zu diesem Zweck vermittelt der Artikel Hintergrundinformationen über die genetische Modifizierung von Pflanzen. Mögliche Vorteile und Risiken der Pflanzenbiotechnologie werden insbesondere im Hinblick auf die menschliche Gesundheit und den Schutz der Umwelt diskutiert.

Schlüsselwörter: gentechnisch veränderte Pflanzen, pflanzliche Impfstoffe, Nahrungsmittelallergie, Umweltschutz

Summary
Plant Biotechnology – Novel Food and New Pharmaceuticals
The development and application of genetically modified plants is currently a controversial subject. It is crucially important that plant biotechnology will be evaluated in a rational and scientific manner. For that purpose the article provides background information on genetic modification of plants. Possible advantages and risks of plant biotechnology, particularly in the fields of human health and environmental protection, are discussed.

Key words: genetically modified plants, plant vaccines, food allergy, environmental protection


Die Hauptziele bei der Entwicklung und Heranzucht von genetisch modifizierten Nutzpflanzen sind – global betrachtet – die Sicherstellung der Nahrungsmittelversorgung im Hinblick auf die zunehmende Weltbevölkerung und gleichzeitig die Minimierung von schädigenden Umwelteinflüssen. Die Entwicklung von Nahrungsmitteln mit verbessertem Nährwert und die Nutzung der transgenen Pflanzen als Quelle für die Herstellung von Pharmazeutika und anderen chemischen Grundstoffen sowie für erneuerbare Energie haben ebenfalls oberste Priorität. Ismail Serageldin, Vizepräsident der Weltbank für den Bereich „Sonderprogramme“ und Vorsitzender der Consultative Group on International Agricultural Research (CGIAR) hat dazu sinngemäß festgestellt: „Die Biotechnologie wird entscheidenden Anteil an der Expansion der landwirtschaftlichen Produktivität im 21. Jahrhundert haben. Wenn sie wohlüberlegt und unter Berücksichtigung aller Sicherheitsvorkehrungen eingesetzt wird, kann sie eine enorme Hilfe dabei sein, der Herausforderung zu begegnen, bei gleich bleibender Land- und Wassermasse drei Milliarden Menschen mehr ernähren zu müssen, von denen 95 Prozent in den armen Entwicklungsländern leben werden.“
Mit der Entwicklung der rekombinanten DNA-Technologie und der Entdeckung der natürlichen Genübertragung durch das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens wurde der Grundstein für die pflanzliche Gentechnik in den 70er-Jahren gelegt (Grafik 1). Die Technik der Genübertragung hat sich seither derartig verfeinert, dass Pflanzenwissenschaftler nun Gene aus Pflanzen und anderen Organismen in fast alle Nutzpflanzen transferieren können und eine stabile Expression von kodierten Eigenschaften über Generationen hinweg erhalten. Darüber hinaus können die neu eingeführten Gene so ausgestattet werden, dass sie nur in bestimmten Pflanzengeweben oder in einer bestimmten Wachstumsphase aktiv werden. Ein entscheidender Vorteil der Gentechnik gegenüber der klassischen Pflanzenzüchtung liegt darin, dass ein bestimmtes Gen oder eine definierte Genkombination in das ansonsten unveränderte Genom einer Pflanze eingeschleust wird. Bei der klassischen Pflanzenzüchtung werden die Genome zweier Partner vermischt, und die unerwünschten Eigenschaften müssen durch oft langjährige Rückkreuzungen mühsam wieder herausgekreuzt werden.
Vorteile für den Pflanzenschutz
Die kommerzielle Anwendung von Techniken der Pflanzenmolekularbiologie konzentrierte sich zunächst auf den Pflanzenschutz. Dieser ist ein ganz entscheidender Faktor für die landwirtschaftliche Produktivität, wenn auch deren Bedeutung für die wohlgenährten Konsumenten in Westeuropa nicht unmittelbar einsehbar ist. Herbizidresistenz war das erste eingebaute Merkmal, denn diese beruht in der Regel auf der Aktivität eines einzelnen Gens und durch Verwendung des Herbizids können modifizierte Zellen einfach ausgelesen werden (Grafik 2).
Insektenresistenz kann durch Übertragung einzelner Gene ebenfalls relativ einfach erreicht werden. Das Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) wird als biologisches Insektizid seit mehr als 20 Jahren auf Felder versprüht. Es besiedelt Pflanzen und erzeugt ein natürliches Toxin, das nur die Larven von bestimmten pflanzenfressenden Insekten tötet. Inzwischen kennt man über 300 Stämme, die unterschiedliche, gegen ganz bestimmte Insektenlarven gerichtete Toxine produzieren. Werden die entsprechenden Gene in Pflanzen übertragen, so zeigen sie eine stark erhöhte Widerstandskraft gegen Insektenfraß (Abbildung). Da Pflanzen sesshafte Organismen sind, müssen sie wirkungsvolle biochemische Mechanismen zu ihrem eigenen Schutz entwickeln, mit deren Hilfe sie sich gegen biotische (Schädlinge und Krankheiten) und abiotische (Klima und Bodenbeschaffenheit) Stressfaktoren verteidigen. Diese umfassende, den Pflanzen eigene Biosynthesekapazität lässt sich für biotechnologische Anwendungen nutzen, vorausgesetzt dass:
- detaillierte Kenntnisse über die biochemischen Stoffwechselwege vorhanden sind,
- die relevanten Gene isoliert werden können oder zumindest die genetischen Grundlagen der Steuerung eines gegebenen Stoffwechselwegs bekannt sind,
- die isolierten Gene übertragen und exprimiert werden können.
Pflanzen besitzen wahrscheinlich viele potenziell wertvolle Schutzfaktoren, die auf landwirtschaftlich wichtige Nutzpflanzen übertragen werden können.
Die Fähigkeit von Insekten, Pathogenen und Wildkräutern, sich relativ schnell – oft innerhalb weniger Jahre – an resistente Nutzpflanzen und Pestizide zu adaptieren, ist eine ständige Herausforderung für die konventionelle Züchtung, die kontinuierlich neue Quellen für Resi-
stenzgene erschließen muss. Die Gentechnologie erlaubt den gleichzeitigen Transfer von mehreren Resistenzgenen, die über verschiedene Mechanismen Krankheitserreger oder Schädlinge angreifen und auf diese Weise deren Adaptation erschweren. Eine Kombination verschiedener – eventuell sowohl gentechnologischer als auch klassischer – Strategien ist für eine dauerhafte Resistenz unbedingt erforderlich. Dies kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und der Selektion von Insekten, die sich als resistent gegenüber diesen insektenabwehrenden Strategien erweisen, drastisch reduzieren und zu einem besseren Schutz durch synergistische Effekte führen.
Gesteigerter Nährwert durch Geneinschleusung
Pflanzen versorgen uns mit essenziellen Vitaminen und Mineralstoffen und anderen gesundheitsdienlichen Phytochemikalien wie zum Beispiel den antioxidativ wirkenden Carotinoiden, die in Tomaten, Möhren und Paprika vorkommen. Doch Mikronährstoffe sind oft nur in geringen Konzentrationen in den Pflanzen, die wir verzehren, vorhanden. Um mithilfe der Biotechnologie gesündere Nahrungs- und Futtermittel zu produzieren, sind vermehrte Forschungsarbeiten über die Zusammenhänge zwischen Gesundheit und Nahrung notwendig. Die Genomsequenzierung ist dabei ganz besonders wichtig, denn mit ihrer Hilfe können wir Gene identifizieren, die entscheidend die Biochemie der menschlichen Ernährung steuern. Hier können sich auch Problemlösungen für die Entwicklungsländer ergeben, in denen sich sehr viele Menschen mit einfachen Kostformen auf der Basis weniger Hauptnahrungspflanzen (Cassava, Weizen, Reis oder Mais) ernähren, die ernährungsphysiologisch oft unzureichend sind.
In diesem Zusammenhang darf ein kürzlich in Science erschienener Artikel von weitreichender Bedeutung nicht unerwähnt bleiben (15), der – wie im begleitenden Kommentar angemerkt wird – ein Schlaglicht darauf wirft, was die landwirtschaftliche Biotechnologie für eine Welt leisten kann, deren Bevölkerung nach heutigen Berechnungen im Jahr 2013 sieben Milliarden Menschen umfassen wird (5). Forscher aus Zürich und Freiburg berichten hier über die erfolgreiche Konstruktion von Reiskörnern, die durch Einschleusung von drei Genen Provitamin A produzieren. Diese Gene kodieren für Enzyme aus dem Biosyntheseweg des Provitamins A, das dann selektiv im Endosperm exprimiert wird. Es bleibt auch beim Schälen des Reiskorns erhalten. Dieses Forschungsergebnis hat deshalb so große Bedeutung, da in Südwestasien 70 Prozent der Kinder unter fünf Jahren an Vitamin-A-Mangel leiden, der Ursache für beeinträchtigtes Sehvermögen und Krankheitsanfälligkeit. Die Entdeckung wurde allen Wissenschaftlern und Pflanzenzüchtern überall auf der Welt zur freien Verfügung gestellt.
Pflanzen als Bioreaktoren für Pharmazeutika
Eine der vielversprechendsten Anwendungen in der Pflanzenbiotechnologie ist die genetische Modifizierung von Pflanzen für die Produktion von Antigenen und Antikörpern zum Impfstoffeinsatz.
Antigen-Proteinexpression in Pflanzen
Die Agrobacterium-vermittelte Transformation wurde bis heute bei der Erzeugung aller transgenen Pflanzen eingesetzt, die ein Antigen oder ein antigenes Epitop kodieren. Diese Methode schließt die Konstruktion einer Expressionskassette (Grafik 2) mit Regulationssequenzen für die Transkription ein, die die Expression des gewünschten Gens in den Pflanzen steuern und unter anderem auch die gewebespezifische Expression dieses Gens ermöglichen (12).
Theoretisch gibt es keine Begrenzungen für die Nutzung von Pflanzenzellen zur Expression von Antigen-kodierenden DNA-Sequenzen für Humanpathogene. Das Ausmaß der Proteinanhäufung muss jedoch möglicherweise gesteuert werden, falls dieses direkt als essbare Vakzine genutzt werden soll. Bei allen bisherigen In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen in Mäusen behielten die exprimierten Proteine ihre Immunogenitätseigenschaften bei. Anfängliche Untersuchungen konzentrierten sich auf enterale Pathogene, eine besonders in den Entwicklungsländern wichtige Ursache der Säuglingssterblichkeit. Das Kapsidprotein des Norwalk-Virus, die bindende Untereinheit des hitzelabilen Toxins vom enterotoxischen E. coli (LT-B) sowie die bindende Untereinheit des Cholera-Toxins (CT-B) wurden alle in Pflanzen exprimiert. In vorklinischen Studien wurden sowohl Serum- als auch sekretorische Antikörper bei Tieren nachgewiesen, die mit transgenen Pflanzen gefüttert wurden. Die ersten Untersuchungen bei Menschen führten ebenfalls zu viel versprechenden Ergebnissen (14): In diesem Fall wurde eine synthetische DNA-Sequenz konstruiert, die für ein Protein kodiert mit der gleichen Aminosäuresequenz wie das authentische bakterielle LT-B. Diese Sequenz wurde hinsichtlich der Kodon-Präferenzen der Pflanzen optimiert und in Kartoffeln exprimiert. Nach der Nahrungsaufnahme wurden im peripheren Blut Zellen entdeckt, die IgA- und IgG-Anti-LT-Antikörper sezernieren. IgG- and IgA-Anti- LT-Antikörper waren im Serum messbar und die LT-Neutralisations-Titer waren größer als 1:100 bei acht von elf freiwilligen Probanden. Inzwischen wurden Bananen, die in vielen Teilen der Welt wachsen und traditionell roh gegessen werden, erfolgreich mit Agrobacterium transformiert. Sie sind exzellente Kandidaten für eine zukünftige Produktion einer essbaren Vakzine. Wichtige Punkte, die die Verwendung von Pflanzenmaterial als Lieferanten für Antigene betreffen, müssen jedoch noch geklärt werden. Unter anderem muss ermittelt werden, ob ein essbares, oral verabreichtes Antigen immunogen oder tolerogen sein wird. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Impfstoffentwicklung und für die Entwicklung von Behandlungsstrategien für Autoimmunerkrankungen. Das Glycosylierungsmuster der Proteine, die durch Pflanzen produziert werden, ist der Struktur der in Säugetieren gebildeten Glykoproteine ähnlich, aber nicht völlig mit ihr identisch. Bisher ist noch unklar, inwieweit solche Unterschiede die Immunisierungsstärke der betreffenden Antigene beeinflussen.
Produktion von Antikörpern in Pflanzen („Plantibodies“)
Örtlich angewendete Antikörper können, wie experimentell und in klinischen Studien nachgewiesen wurde, Infektionen der gastrointestinalen, respiratorischen, vaginalen und rektalen Schleimhaut verhüten. Von den pflanzlichen Produktionssystemen wird erwartet, dass sie unbegrenzte Mengen von monoklonalen Antikörpern zu einem Preis herstellen können, der 25- bis 100-fach unter dem bei der Zellfermentation liegt. Während sekretorische Antikörper fast gar nicht in Fermentern mit Säugetierzellkulturen produziert werden können, erwiesen sich Pflanzen als effiziente Bioreaktoren für die Konstruktion komplexer sekretorischer Antikörper. Die ersten dieser „Plantibodies“ wurden in der Modellpflanze Tabak synthetisiert, seither hat sich die Aufmerksamkeit jedoch anderen Nutzpflanzen zugewandt, wie zum Beispiel Mais. In Mais werden die Antikörper natürlicherweise in den Samen gespeichert, die einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen und reich an schützenden Proteaseinhibitoren sind. Die Antikörper können je nach Bedarf mit Standardmethoden gereinigt werden, wobei ihr hohes Molekulargewicht die Trennung von den Maisproteinen mit ihren niedrigen Molekulargewichten wesentlich erleichtert.
Die Produktion monoklonaler Antikörper (mAb) in Pflanzen eröffnet die Möglichkeit zur Entwicklung einer kostengünstigen Methode zum Immunschutz der Schleimhaut gegen sexuell übertragbare Krankheiten. Ein durch Menschen erzeugter Antikörper, der in Pflanzen – in diesem Fall Sojabohnen – produziert werden kann, nämlich das Anti-Herpes-Simplex-Virus-(Anti-HSV-)-
Glykoprotein-B, wurde mit dem gleichen, in Säugetierzellkultur (Sp2/0 Zellen) exprimierten monoklonalen Antikörper (mAb) verglichen. Beide verhielten sich ähnlich hinsichtlich der Stabilität im menschlichen Serum und im Zervikalschleim über 24 Stunden, mit der Fähigkeit, im Zervikalschleim zu diffundieren, und bezüglich der Prävention einer vaginalen HSV2-Infektion bei Mäusen (16). Ein Problem könnte in der Produktion von menschlichen Anti-Pflanzen-Antikörpern bestehen. Bedenkt man jedoch die kontinuierliche Exposition der menschlichen Schleimhaut durch Nahrungsmittel und Körperpflegeprodukte, dann ist es mindestens unwahrscheinlich, dass die pflanzlichen Antigene als neuartig vom menschlichen Immunsystem in der Schleimhaut erkannt werden. In einer klinischen Studie mit von Pflanzen produzierten Antikörpern zur Prävention einer oralen Kolonisierung durch Streptococcus mutans wurden keine Sicherheitsprobleme offenbar und menschliche Anti-Pflanzenantikörper wurden nicht entdeckt (8). Ein auf Pflanzen basierendes Expressionssystem wurde auch schon benutzt, um ein individuelles Behandlungsprogramm für Non-Hodgkin-Lymphome (NHL) in einem Mausmodellsystem zu entwickeln. Damit wird der Einsatzbereich der in Pflanzen produzierten Vakzine von den Infektionskrankheiten auf Krebserkrankungen ausgeweitet (9).
Mögliche Risiken der Pflanzenbiotechnologie
Menschliche Gesundheit
Die Berichte in den Medien vermitteln überwiegend den Eindruck, dass den möglichen Gefahren für die menschliche Gesundheit, die von genetisch modifizierten Lebensmitteln ausgehen könnten, wenig oder gar keine Beachtung geschenkt wird. Dies entspricht nicht den Tatsachen (4). Für Ärzte stellt die potenzielle Einschleusung von Lebensmittelallergenen ein besonderes Problem dar. Neue Gene von Wildtyppflanzen, die zu einer zusätzlichen Proteinvielfalt in der Nahrungsmittelversorgung führen, werden von Pflanzenzüchtern routinemäßig bewertet. Die klassische Züchtung führt viele, in der Regel sogar eine unbekannte Anzahl neuer Proteine aus diesen Pflanzen in Lebensmittel ein, die auch allergenes Potenzial haben können. Die Methoden für die Isolierung und den Transfer von Genen sind dagegen hoch spezifisch und präzise im Vergleich zur zufälligen Neuordnung, die mit der traditionellen Kulturpflanzenzüchtung einhergeht.
Das International Food Biotechnology Council (IFBC) hat in Zusammenarbeit mit dem Allergy and Immunology Institute des International Life Sciences Institute (ILSI) in Washington, D.C., auf wissenschaftlichen Ergebnissen begründete Richtlinien zur Evaluierung des Allergiepotenzials von eingeführten Genprodukten im Jahr 1996 veröffentlicht (10). Diese sind seither in den Evaluierungsprozess, der der Lizensierung der genetisch modifizierten Nutzpflanzen vorausgeht, implementiert.
Die Gentechnologie eröffnet die einzigartige Möglichkeit, die Anzahl spezifischer Allergene in den Nahrungsmitteln zu senken. Durch die Einführung von Genen in „Anti-sense“-Orientierung kann die Menge des Proteinprodukts in „Sense“-Orientierung dramatisch reduziert werden. Bei Reis wurde diese Methode getestet und konnte das primäre Allergen signifikant reduzieren, wenn auch nicht völlig entfernen (11).
Umwelt
Im Mai 1999 wurden die vorläufigen Ergebnisse einer Laboruntersuchung an der Cornell Universität in Nature publiziert, in der die Auswirkungen von Fütterungsversuchen mit Pollen aus transgenem Bt-Toxin-produzierenden Mais untersucht wurden. Diese Pollen wurden auf Blättern von einer Seidenblumenart (Asclepias curassanica) appliziert und an Larven des Monarchfalters verfüttert (7). Monarchfalter (Dandus plexippus) sind Tagfalter, die in Mexiko überwintern und im Frühjahr in die Südstaaten der USA wandern. Sie sind mit dem Europäischen Maiszünsler verwandt, einem wichtigen Schädling von Mais. Das bedeutsamste Ergebnis war, dass die Überlebensrate nach vier Tagen Fütterung bei den mit „Bt-Pollen“ gefütterten Larven signifikant geringer war im Vergleich zu den Larven, die mit Blättern mit nicht transformiertem Pollen oder ohne Pollen gefüttert wurden. Zu diesem Artikel wurde kein Kommentar der Herausgeber publiziert, obwohl von Anfang an klar sein musste, dass Technologiegegner sich darauf stürzen würden, um eine ökologische Katastrophe anzukündigen.
Im Nachhinein hat Nature im Jahr 1999 zwei Kommentare in der Juli-Ausgabe von Nature Biotechnology (2, 6) veröffentlicht. Eine objektive und differenzierte Evaluierung der Ergebnisse wurde jedoch bisher kaum zur Kenntnis genommen. Von den Schwachpunkten dieser Laboruntersuchung, von denen einige auch in den Kommentaren diskutiert werden, müssen einige herausgehoben werden. Es war bereits vor diesen Experimenten bekannt, dass das Bt-Toxin für den Monarchfalter toxisch ist. Die Falter sind mit dem Europäischen Maiszünsler verwandt, gegen den die Pflanzen gerade geschützt werden sollen. Wichtiger ist jedoch, dass Feldbedingungen ganz anders sind und unendlich mannigfaltiger und komplexer als im Labor. Wichtige Variablen schließen die relative Position von Mais und Seidenblumen (die Hauptnahrung der Monarchfalterlarven), die Maispollendichte und das Ausmaß der zeitlichen Überschneidung zwischen Pollenflug und Fütterung der Larven ein. Gentechnisch modifizierter Mais stellt jedoch keine entscheidende Bedrohung für den Bestand an Monarchfaltern dar; diese Bedrohung geht in erster Linie vom Verlust wichtiger Winterstandorte in Südkalifornien und Zentralmexiko aus, wie Umweltschutzorganisationen in den Vereinigten Staaten beobachtet haben. Dieses Beispiel führt die Schwierigkeiten für die Durchführung von aussagekräftigen Forschungsarbeiten hoher Qualität zum ökologischen Einfluss genetisch modifizierter Nutzpflanzen vor Augen. Ein kürzlich erschienener Bericht über die Auswirkungen von transgenen Bt-Toxin-produzierenden Pflanzen auf Insekten enthält interessante Vorschläge für eine differenziertere Forschung im Labormaßstab (13). Auf jeden Fall müssen letztendlich auch zahlreiche Experimente im Feld durchgeführt werden. Die Komplexität und Vielzahl von Variablen und zusätzlich dazu der mögliche Anteil lokaler Faktoren (das gleiche Experiment könnte in verschiedenen geographischen Regionen zu unterschiedlichen Resultaten führen) erschweren dabei die Interpretation außerordentlich. Doch diese Experimente sind notwendig: Sie müssen durchgeführt werden und dies muss entsprechend den höchsten wissenschaftlichen Anforderungen geschehen. Wenn Probleme auftauchen, sollte man bedenken, dass Lösungen bereits vorhanden sein oder gefunden werden können, in einigen Fällen auch mithilfe unseres Wissens aus der Pflanzenmolekularbiologie. Ein einfaches Beispiel ist der Pollenflug von genetisch modifizierten Pflanzen, zum Beispiel Mais: Dieser kann in beträchtlichem Maß durch Anpflanzung von Pufferreihen mit konventionellen Maissorten aufgefangen werden.
Beurteilung im Kontext
Die möglichen Risiken, die von genetisch modifizierten Nutzpflanzen ausgehen könnten, dürfen nicht isoliert betrachtet werden, sondern bedürfen der Beurteilung im Kontext mit anderen Interventionsformen. Dies lässt sich mit zwei Beispielen verdeutlichen.
Antibiotikaresistenz
Resistenzen gegen Antibiotika werden bei einigen biotechnologischen Produkten als Markergene eingesetzt, um damit für das Vorhandensein einer erwünschten Eigenschaft zu selektieren. Kritiker, unter anderen auch Greenpeace, behaupten, dass die kommerziell erhältliche, genetisch modifizierte Kulturform von Mais eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt, da das Gen für die Antibiotikaresistenz von Mais auf andere Organismen, insbesondere auch auf Bakterien im menschlichen Verdauungstrakt, überwechseln könnte. Mikrobiologen und Expertenkommissionen aus den Mitgliedstaaten der Europäischen Union, aus den USA und Kanada kommen jedoch zu dem Schluss, dass es bisher keine Belege für diese Ereignisabfolge gibt und dass sie extrem unwahrscheinlich ist. Eher besteht Konsens darüber, dass die gesteigerte Häufigkeit von bakterieller Resistenz gegen Antibiotika in erster Linie der weitverbreiteten Verwendung und dem Missbrauch von Antibiotika im Human- und Veterinärbereich und nicht auf genetisch modifizierte Nutzpflanzen zurückzuführen ist. Trotzdem sollten, wie derzeit bereits erfolgt, alternative Marker entwickelt werden.
Bt-Toxin
Im ökologischen Landbau wurde viele Jahre das Bakterium Bacillus thuringiensis in Form einer Suspension eingesetzt. Lange bevor man das Bt-Toxin-produzierende Gen aus Bakterien in Pflanzen einschleusen konnte, wurden bereits Bedenken wegen einer möglichen Resistenz von Insekten gegen das Bt-Spray geäußert. Die Bt-Verbindung, die aufgrund übertragener Gene nun in den entsprechenden Pflanzen produziert wird, ist in der Pflanze vorhanden, wenn die jeweiligen Schadinsekten zur Gefahr für sie werden und tötet selektiv diejenigen, die die Pflanze befallen. Im Gegensatz dazu wird das Bt-Spray auf alle auf dem jeweiligen Feld vorkommenden Insekten gesprüht und tötet alle gleichermassen, ob sie die Pflanze fressen oder nicht. Die Gefahr der Ausbreitung von resistenten Insekten ist bei beiden Einsatzformen – ob als Spray oder als Bt-Toxin-produzierendes Gen in der Pflanze selbst – mindestens gleich groß. In beiden Fällen gibt es glücklicherweise Maßnahmen, um dieses Risiko zu reduzieren.
Schlussfolgerungen
Es ist ganz besonders wichtig, dass alle Wissenschaftler einschließlich der Mediziner in der laufenden Diskussion sicherstellen, dass die Pflanzenbiotechnologie in einer rationalen und wissenschaftlich fundierten Art und Weise beurteilt wird. Eigentlich sollte man davon ausgehen, dass dies auch so geschieht, doch ist es leider nicht immer so. Ein krasses Beispiel dafür ist ein Leitartikel in der Mai-Ausgabe des Lancet von 1999 (3), gespickt mit wissenschaftlichen Fehlern, der glücklicherweise lebhaften Widerspruch hervorrief (1).
Was steht gegenwärtig auf dem Spiel? Sicherlich weit mehr als die momentanen Wünsche von gutsituierten Konsumenten. In letzter Konsequenz geht es – insbesondere in Europa – um den Er-
halt eines Wissenschaftsgebiets, das ein großes Potenzial für die Verbesserung der menschlichen Gesundheit und für die Werterhaltung der Umwelt in sich birgt. Pflanzenwissenschaftler erwarten nicht die kritiklose Akzeptanz ihrer Technologie. Was sie jedoch erwarten, ist, dass diese Technologie im Vergleich mit anderen Methoden in rationaler Weise beurteilt wird, wobei alle Konsequenzen – die gegenwärtigen und die zukünftigen – in Betracht gezogen werden, und zwar für den Verbraucher, für die Landwirte, für die Industrie und vor allen Dingen für eine Welt mit mehr als sieben Milliarden Menschen im Jahr 2020.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 2000; 97: A 1971–1976 [Heft 28–29]

Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis, das über den Sonderdruck beim Verfasser und über das Internet (www.aerzteblatt.de) erhältlich ist.

Anschrift für die Verfasser
Prof. Dr. rer. nat. Jozef St. Schell
Abteilung Genetische Grundlagen der Pflanzenzüchtung
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung
Carl-von Linné-Weg 10, 50829 Köln
E-Mail: schell@mpiz-koeln.mpg.de

Abteilung Genetische Grundlagen der Pflanzenzüchtung (Direktor: Prof. Dr. rer. nat. Jozef St. Schell) des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung, Köln

Prinzip der genetischen Kolonisation von Pflanzen durch Agrobacterium (Bildnachweis: M. Kalda, MPIfZ)

Gentransfer mit Hilfe des Bakteriums Agrobacterium tumefaciens führt zu herbizidresistenten Pflanzen: Das Diagramm stellt dar, wie Agrobacterium eingesetzt werden kann, um Pflanzen zu produzieren, die gegen Glyphosat, dem aktiven Bestandteil eines kommerziellen Herbizids, resistent sind. EPSP-Synthase ist ein Enzym, das durch Glyphosat inhibiert wird. Durch die Überproduktion dieses Enzyms werden die Pflanzen tolerant. Das Inlay erläutert den grundsätzlichen Aufbau einer „Expressionskassette“ sowie die wesentlichen Schritte der Genexpression: Umschreiben der DNA-Information in ein RNA-Molekül (Transkription), das dann die Proteinsynthese steuert (Translation). Die Promotoreigenschaften bestimmen Ort (Zellen und Gewebe), Zeitpunkt, Induzierbarkeit und Stärke der Expression eines mit ihm verbundenen Gens. (Promotoren sind DNA-Sequenzen zur Steuerung der Transkription). (Bildnachweis: G. Jach, MPIfZ)

Abbildung: Schädlingsresistenz durch Genübertragung. Auf jungen Baumwollpflanzen wurden drei Wochen lang etwa 100 Larven von Heliothus zea ausgesetzt. Circa 90 Prozent der Fruchtkapseln von Kontrollpflanzen wurden durch starken Fraß zerstört (linke Seite). Unwesentliche Schäden gab es dagegen bei den Pflanzen, die aufgrund der Übertragung eines Gens aus B. thuringiensis ein Toxin gegen die Larven bilden (rechte Seite). (Bildnachweis: aus MPIfZ: Pflanzenproduktion und Biotechnologie, Köln 1992).
1. Correspondance: Health risks of genetically modified foods. The Lancet 1999; 354: 69–71.
 2. Editorial: The prince and the butterfly. Nature Biotechnology 1999; 17: 615.
 3. Editorial: Health risks of genetically modified foods. The Lancet 1999; 353: 1811.
 4. Franck-Oberaspach SL, Keller B: Consequences of classical and biotechnological resistance breeding for food toxicology and allergenicity. Plant Breeding 1997; 116: 1–17.
 5. Guerinot ML: The Green Revolution strikes gold. Science 2000; 287: 241–243.
 6. Hodgson J: Monarch Bt-corn paper questioned. Nature Biotechnology 1999; 17: 627.
 7. Losey JE, Rayor LS, Carter ME: Transgenic pollen harms monarch larvae. Nature 1999; 399: 214.
 8. Ma, JKC, Hikmat BY, Wycoff, K et al.: Characterization of a recombinant plant monoclonal secretory antibody and preventive immunotherapy in humans. Nature Medicine 1998; 4: 601–606.
 9. McCormick AA, Kumagai MH, Hanley K et al.: Rapid production of specific vaccines for lymphoma by expression of the tumor-derived single-chain Fv epitopes in tobacco plants. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 703–708.
10. Metcalfe DD, Astwood JD, Townsend R, Sampson HA, Taylor SL, Fuchs RL: Assessment of the allergenic potential of foods derived from genetically engineered crop plants. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 1996; 36(S): 165–186.
11. Nakamura R, Matsuda T: Rice allergenic protein and molecular-genetic approach for hypoallergenic rice. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 1996; 60: 1215–1221.
12. Palmer KE, Arntzen, CJ, Lomonossoff GP: Antigen delivery systems: Transgenic plants and recombinant plant viruses. In: Mucosal Immunology, Academic Press, 1999; 793–807.
13. Schuler TH, Potting RPJ, Denholm I, Poppy GM: Parasitoid behaviour and Bt plants. Nature 1999; 400: 825.
14. Tacket, CO, Mason HS, Losonsky, G., Clements JD, Levine MM, Arntzen CJ: Immunogenicity in humans of a recombinant bacterial antigen delivered in a transgenic potato. Nature Medicine 1998; 4: 607–609.
15. Ye X, Al-Babili S, Klöti A et al.: Engineering the provitamin A (ß-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science 2000; 287: 303–305.
16. Zeitlin L, Olmsted SS, Moench TR et al.: A humanized monoclonal antibody produced in transgenic plants for immunoprotection of the vagina against genital herpes. Nature Biotechnology 1998; 16: 1361–1364.

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