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Grüne Gentechnik

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Die Grüne Gentechnik oder Agrogentechnik ist die Anwendung gentechnischer Verfahren im Bereich der Züchtung von Pflanzen, deren Ergebnisse auch Biotechpflanzen, Gen-Pflanzen und transgene Pflanzen genannt werden. Insbesondere bezeichnet der Begriff Verfahren zur Herstellung von pflanzlichen gentechnisch veränderten Organismen (GVO), in deren Erbgut gezielt einzelne Gene eingeschleust werden. Die Grüne Gentechnik ist somit Bestandteil der Grünen Biotechnologie. Die Grüne Gentechnik unterscheidet sich von der herkömmlichen Züchtung, indem sie einzelne Gene gezielt transferieren und dabei Artgrenzen sowie andere Hindernisse (wie etwa Unfruchtbarkeit) leichter überschreiten kann und aufgrund der speziellen mikrobiologischen Technik nur in Labors möglich ist. Derzeit sind insbesondere Pflanzen auf dem Markt, die beim Anbau weniger Pflanzenschutzmittel benötigen.[1]

Forschung und Techniken

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Zu den bedeutenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Gentechnik im Agrar-Bereich gehört in Deutschland das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und das Molekularbiologische Zentrum der Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel in Karlsruhe.

Moderne Pflanzenphysiologie beschäftigt sich auch mit den molekularen Vorgängen innerhalb der Pflanzen. War es vor 100 Jahren gerade möglich, die Sauerstoffproduktion von Pflanzen und einige andere globale Parameter zu untersuchen, so kann man heute mit verschiedenen Techniken in das molekulare Geschehen einzelner Zellen hineinsehen. Eine sehr wichtige Rolle wird dabei der Gentechnik beigemessen, da sie es ermöglicht, das Verhalten von Genen in der Pflanze zu beeinflussen. Jede Pflanzenzelle enthält zwischen 20.000 und 60.000 Gene, von denen erst bei einem Bruchteil die Funktion bekannt ist. Selbst bei der bestuntersuchten Pflanze (Arabidopsis thaliana) ist noch mehr als die Hälfte der Gene ohne bekannte Funktion. Um die Funktion zu erkennen, ist es nötig, die Steuerung des Gens zu modifizieren.

So werden Effekte von Genen normalerweise durch einen Vergleich dreier Pflanzenpopulationen aufzuklären versucht. Die erste, unveränderte Population wird als Wildtyp bezeichnet. Eine Population, die als Überexpressoren bezeichnet werden, produziert vermehrt das Genprodukt (meist ein Protein). Dies geschieht meist, in dem das Gen hinter einen viralen Promotor kloniert und in die Pflanze übertragen wird. Virale Promotoren sind auf maximale Effizienz optimiert und werden deshalb für besonders geeignet gehalten, große Mengen RNA zu produzieren. Eine dritte, die so genannte „Knock out”-Population, produziert das Genprodukt in geringerem Maße oder gar nicht mehr. Hierfür gibt es verschiedene Techniken, wie etwa RNAi. Allen Techniken ist gemeinsam, dass sie doppelsträngige RNA produzieren, die der Pflanze den „Befehl“ gibt, dass „normale” Ribonukleinsäure des zu untersuchenden Gens abgebaut wird.

Auch komplizierte Regulationsmechanismen sollen so aufgeklärt werden, indem nicht nur das Genprodukt, sondern auch die gesamten Änderungen innerhalb der Zelle bzw. Pflanze betrachtet werden.

Diese Methoden sollen das klassische Durchmustern von Mutanten um eine viel gezieltere Technik erweitern, mit der es möglich ist, den Effekt von gefundenen „Kandidatengenen” direkt zu untersuchen.

Zusätzlich zu den oben genannten Techniken gehören auch deskriptive Techniken zur Standardausrüstung der gentechnischen Pflanzenforschung. So werden über Polymerase-Kettenreaktionen (PCR) Gene kloniert, es werden Häufigkeiten von Transkripten (Bauanleitungen für Proteine) mittels quantitativer PCR bestimmt oder mittels so genannter DNA-Chips gleich die meisten Gene einer Pflanze in ihrer Ablesehäufigkeit bestimmt.

In der modernen Grünen Gentechnik ist der Agrobakterium-vermittelte Gentransfer eine wichtige Technik. Bei dieser gentechnischen Methode werden einzelne Erbfaktoren von Zellen eines Organismus in Zellen eines anderen Lebewesens übertragen. Sie wurde unter anderem von Jozef Schell am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung entwickelt.

Die somatische Hybridisierung, eine weitere wichtige Methode, erlaubt es, gewünschte Merkmale verschiedener Elternpflanzen zu kombinieren. Im Vergleich zum Agrobakterium-vermittelten Gentransfer müssen hierbei keine spezifischen Gene identifiziert und isoliert werden. Außerdem wird damit die Einschränkung der Transformation (Gentransfer) überwunden, nur wenige Gene in einen vorgegebenes Erbgut einzuführen zu können. Auch kann bei der Zellfusion die Chromosomenzahl der Zellen multipliziert werden, also die Anzahl der Chromosomensätze (Ploidiegrad) erhöht werden. Dies kann die Ertragsfähigkeit von Pflanzen steigern (Heterosiseffekt). Molekulare Marker oder biochemische Analysen werden genutzt, um aus der somatischen Hybridisierung hervorgegangene Pflanzen zu charakterisieren und zu selektiern.

Forscher, die praktische Gentechnik betreiben, sind zur Einhaltung zahlreicher Sicherheitsvorschriften verpflichtet. Die Gentechnik-Sicherheitsverordnung[2] regelt in Deutschland die Arbeit mit gentechnisch veränderten Organismen.

Methoden des Gentransfers

Zur Einschleusung von Genen (Horizontaler Gentransfer) in Pflanzenerbgut, der sogenannten „Transformation“, existieren verschiedene Methoden, nur drei von ihnen allerdings sind von Bedeutung.

Transformation durch Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens ist ein bodenbürtiges Bakterium, das ein spezielles Plasmid in das pflanzliche Genom integriert. Auf diesem Weg werden bei Pflanzen Gallen am Wurzelhals als Lebensraum und zugleich die Produktion bestimmter Nährstoffe, so genannter Opine, ausgelöst. Dies macht man sich in der Gentechnik zunutze, indem man das Plasmid, das Tumorbildung und Opinproduktion auslöst, stilllegt und um ein kleineres Plasmid mit Fremdgenen ergänzt, das zuvor in Escherichia coli zusammengesetzt wurde (binäres Vektorsystem).[3] Anschließend werden Pflanzenstücke mit diesen Bakterienstämmen infiziert, transgene Gewebe selektiert und mittels In vitro-Kultur wieder zu vollständigen Pflanzen herangezogen. [4][5][6]

Damit Agrobacterium tumefaciens Pflanzenzellen transformieren kann, müssen diese als Folge einer Verletzung phenolische Substanzen ausschütten, die als "Lockstoff" für das Bakterium dienen. Da nur sehr wenige einkeimblättrige Pflanzen dies tun, ist der Einsatz weitgehend auf zweikeimblättrige Pflanzen begrenzt, allerdings konnte durch Zugaben entsprechender Stoffe (z.B. Acetosyringon)[7] das Anwendungsgebiet auf einige Einkeimblättrige und sogar Pilze vergrößert werden. Eine weitere Einschränkung ist, dass Agrobacterium tumefaciens sich ausschließlich zur Transformation der Chromosomen des Zellkerns eignet [4].

Biolistische Transformation

Die biolistische Transformation ist im Gegensatz dazu eine rein mechanische Methode des Gentransfers. Hier wird DNA auf Gold- oder Wolframpartikel aufgebracht, die anschließend mit Geschwindigkeiten von mehr als 1.300m/s in die Zellen geschossen werden.[4] Dies wird mit Hilfe einer Genkanone durchgeführt.

Da die Partikel sehr klein sind, bleiben Zelle und Zellwand dabei weitgehend unbeschädigt. Weitere Vorteile sind, dass das Verfahren für Zellen jedweder Lebewesen geeignet ist, auch auf die DNA von Mitochondrien und Plastiden angewandt werden kann und dass die mögliche Anzahl der transferierten Gene relativ hoch ist. Problematisch ist allerdings, dass der Gentransfer relativ instabil ist, häufig kommt es nur zu einer sogenannten „transienten Expression“, die eingefügte DNA ist also nur vorübergehend aktiv und verliert sich später wieder, auch kommt es manchmal dazu, dass nur Teile des erzielten Gewebes aus transformierten Zellen bestehen.[4] [8][9]

Protoplastentransformation

Ein dritter möglicher Weg ist die Protoplastentransformation. Hierbei werden die Zellen des zu transformierenden Gewebes zuerst durch Pektinasen vereinzelt (siehe Protoplastenkultur) und anschließend durch Zellulasen die Zellwände aufgelöst (Protoplastenisolation). So erhält man nur noch durch die Zellmembran zusammengehaltene Protoplasten. [4]

Für den eigentlichen Gentransfer wird diesen Protoplasten entweder Polyethylenglykol hinzugefügt oder es erfolgt ein kurzer Stromstoss (Elektroporation), wodurch die Membran durchlässig für die DNA wird. Die Methode ist zwar bei allen Pflanzen anwendbar, allerdings ist es äußerst schwierig, anschließend aus den Protoplasten wieder Pflanzen zu regenerieren.[4]

Merkmale, Anwendungen

Züchtungsziele durch Gentechnik (Stand: 1998)

Im Mittelpunkt der bisherigen Anwendung der Grünen Gentechnik stehen weltweit vier Agrarpflanzen (Anteil GVO 2008 in %): Soja (72%), Baumwolle (47%), Mais (23%) und Raps (21%). In Nordamerika kamen 2008 noch Zuckerrüben hinzu (dort 59%).[10] Jeder Gentransfer wird mit dem Ziel ausgeführt, den Pflanzen ein gewünschtes Merkmal (engl. trait) zu übertragen. Man unterscheidet Input Traits, das sind Eigenschaften, die für den Anbau interessant sind, und Output Traits, welche den Konsumenten als Zielgruppe haben. Gelingt eine Transformation, so spricht man von einem Event (engl. für Ereignis). Verschiedene Events können zu demselben Merkmal führen.

Input Traits

Herbizidresistenz

Die meisten Herbizide wirken selektiv gegen einzelne unerwünschte Pflanzenarten. Daneben gibt es Breitbandherbizide, welche den Stoffwechsel fast aller Pflanzen hemmen. Durch Übertragung von Genen des Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens werden Nutzflanzen erzeugt, die gegen Glyphosat (Markenname Roundup von Monsanto) resistent sind. Das PAT-Gen (Phosphinotricin Acetyl-Transferase) aus Streptomyces viridochromogenes erzeugt ein Protein, das eine Toleranz von Glufosinat-Ammonium (Markenname Liberty von Bayer) bewirkt. Seit 1999 gibt es Pflanzen (z.B. Markenname Clearfield von BASF) mit Resistenz gegen Imidazolinon (aus der Gruppe der ALS-Hemmer), die durch konventionelle Züchtung entstanden sind. Transgene Soja mit dieser Eigenschaft wird für 2011 erwartet. Herbizidresistenz ist 2009 die zweithäufigste Anwendung mit etwa 15 Events.[11]

Insektenresistenz

Von dem Bakterium Bacillus thuringiensis übertragene Gene bewirken, dass die Pflanzen eigenständig Gifte gegen bestimmte Schädlinge erzeugen. Dieses sogenannte Bt-Konzept wird bislang vor allem bei Mais und Baumwolle eingesetzt. Bt-Toxine werden als Präparate seit Jahrzehnten im biologischen Pflanzenschutz eingesetzt. Mit über 30 Events ist dieses Merkmal 2009 das häufigste.[11]

Virusresistenz

Als erste Anwendung wurde in den 1990er Jahren wurde an Universitäten in den USA virusresistente Papaya erzeugt.

Pilzresistenz

Schnitt durch eine von der Knollenfäule befallene Kartoffel

Algenähnliche Pilze wie die Gattung Phytophthora infestans gehören zu den Pflanzenschädlingen, die die höchsten Ernteschäden verursachen, etwa bei Tomaten und Kartoffeln. Mit konventionellen Züchtungsmethoden erreicht man zwar hier durch Einkreuzung mexikanischer Wildrassen eine gewisse Resistenz, jedoch werden auch unerwünschte Eigenschaften übertragen, die dann in langwierigen Verfahren wieder herausgezüchtet werden müssen. Alternativ werden chemische Fungizide ausgebracht - pro Anbausaison bis zu sechzehn mal - oder etwa im Biolandbau Kupfersulfate, die aber zu einer starken Bodenbelastung führen.

Von BASF wurde mit gentechnischen Methoden einer Kartoffelsorte ("Fortuna") zwei Resistenzgene aus einer südamerikanischen Wildkartoffelsorte übertragen. Fortuna wurde in Gewächshausversuchen bereits erfolgreich getestet und wird seit 2006 in Schweden, den Niederlanden, Großbritannien, Deutschland und Irland im Freiland getestet. BASF schätzt, dass die Sorte 2014/15 auf den Markt kommen könnte.[12]

Trockentoleranz

Unzureichende Wasserversorgung durch klimatische Veränderungen oder singulär auftretende Trockenperioden führen zu erheblichen Ernteausfällen. Neben der Vermeidung dieser Ausfälle sind weitere Ziele die Ausweitung der Anbauflächen auf klimatisch ungünstige Regionen sowie allgemein eine Verringerung des Wasserverbrauchs in der Landwirtschaft. Als erstes Produkt wird 2012 Trockentoleranter Mais erwartet. Auch bei Baumwolle kennt man Biotechvarietäten mit verbesserter Trockentoleranz. Sie bilden eine Pyrophosphatase, welche aus der mit der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) verwandten Salzkresse (Thellungiella halophila) stammt und bei der Aufrechterhaltung des Ionengleichgewichts im Zellplasma eine Rolle spielt.[13]

Die bisherigen Feldversuche zur Trockenresistenz lieferten bei der Firma Monsanto für Mais eine Mehrproduktion von 6,7% bis 13,4% gegenüber herkömmlichen Maissorten.[14]

Salz- und Aluminiumtoleranz

Die landwirtschaftliche Produktivität ist auf versalzten Böden stark beeinträchtigt. Weltweit sind mehr als 60 Millionen ha Ackerland von der Bodenversalzung betroffen. Beim Raps konnte man zeigen, dass Individuen, welche ein aus der Ackerschmalwand stammendes Ionentransportprotein (AtNHX1) exprimieren, noch bei einer Natriumchloridkonzentration von 200 Millimol/l wachsen können. Das Wachstum von gewöhnlichem Raps ist bei dieser Konzentration schwer beeinträchtigt, und dies gilt auch für die meisten anderen Ackerpflanzen. Je stärker der Transporter in den Rapspflanzen exprimiert wird, desto höher ist ihre Salztoleranz. Phänotypisch unterscheiden sich bei hoher Salzkonzentration wachsende transgene Rapspflanzen vom Wildtyp kaum.[15] Diese salztoleranten transgenen Rapspflanzen sind insofern interessant, als sie zeigen, dass die gezielte Übertragung eines einzigen neuen Merkmals die Salztoleranz einer Kulturpflanze ohne erkennbare Beeinträchtigung anderer Eigenschaften signifikant verbessern kann. Da dies nur gentechnisch möglich ist, liefern salztolerante transgene Pflanzen auch überzeugende Beispiele für das Entwicklungspotential einer modernen, gentechnische Verfahren einschließenden Pflanzenzüchtung. Unter sauren Bedingungen werden im Boden aus Aluminiumsilikaten dreiwertige Aluminiumionen (Al3+) freigesetzt, die für viele Pflanzen stark toxisch wirken. Da saure Ackerböden 30 bis 40 Prozent der ackerbaulich nutzbaren Landfläche der Erde ausmachen, stellt dies eine schwerwiegende Beeinträchtigung des Anbaus vieler Kulturpflanzen dar. Bei Arabidopsis, Raps und manchen anderen Pflanzen kann die Aluminiumtoleranz durch Überexpression bestimmter Enzyme des Energiestoffwechsels verbessert werden. Allerdings sind diese Entwicklungen von der Anwendungsreife noch weit entfernt.[16]

Output Traits

Eines der ersten gv-Lebensmittel mit veränderter Produktqualität war in den 1990er Jahren die FlavrSavr-Tomate, bei der ein Gen für die Bildung des Reife-Enzyms Polygalacturonase blockiert war und die Früchte dadurch länger haltbar wurden. Auf Grund unzureichender Qualität im Anbau (geringe Erträge und Widerstandskraft) wurde die Vermarktung nach wenigen Jahren eingestellt.[17]

Ein weiteres Beispiel für veränderte Inhaltsstoffe ist die zur Stärkeproduktion vorgesehene Amflora-Kartoffel.

Die in der grünen Gentechnik am häufigsten verwendete Baumart ist die Pappel. Ziele der Forschung sind ein verminderter Ligningehalt, um in der Papier- und Zellstoffherstellung mit weniger Bleichmitteln auszukommen, schnelleres und stärkeres Wachstum zur Nutzung als Energiepflanzen sowie Aufnahme von Umweltgiften zur biologischen Reinigung belasteter Böden.

Bioverfügbarkeit von Phosphat und Eisen

Der an sich für die menschliche und tierische Ernährung ausreichende Phosphorgehalt von Getreide und Ölsaaten ist größtenteils in Phytinsäure gebunden. Phytinsäure (Inositolhexakisphosphat) ist der Hexaphosphorsäureester des Inositols (Cyclohexanhexols), eines sechswertigen zyklischen Alkohols. Rinder und andere Wiederkäuer können die Phytinsäure nutzen. Nicht wiederkäuende Nutztiere scheiden mit der Nahrung aufgenommene Phytinsäure unverdaut wieder aus. Dies ist der Grund dafür, dass Gülle vom Schwein und anderen Haustieren soviel Phosphat enthält. Die unverdaut ausgeschiedene Phytinsäure wird als Hauptquelle der Phosphatverschmutzung und Eutrophierung der Gewässer durch die Landwirtschaft angesehen.

Um die Nahrungsansprüche von Schweinen und Geflügel zu befriedigen, ergänzt man Tierfutter oft entweder mit Phosphat, das aus Gesteinsmehl stammt oder durch Zugabe von Phytase, eines Phytinsäure zerlegenden Enzyms aus Mikroorganismen. Da die Supplementierung kostspielig ist, wird versucht, das Problem an der Wurzel anzupacken, indem man Pflanzen züchtet, deren Samen einen möglichst niedrigen Phytinsäuregehalt haben. Dabei sind gegenwärtig vor allem zwei Ansätze erkennbar: die Expression rekombinierter Phytasegene in den Keimblättern des Embryos und die Stilllegung von Genen, welche zur Synthese oder Speicherung der Phytinsäure erforderliche Enzyme oder Transportproteine kodieren.

Transgene Sojapflanzen, deren Samen eine bakterielle Phytase exprimieren, können im Samen so viel Phytase bilden, dass die Phytinsäure nahezu vollständig in Phosphat und Inositol umgewandelt wird. Es gibt ferner transgene Maispflanzen, welche die Phytase eines Schimmelpilzes exprimieren, entweder ausschließlich oder in Kombination mit dem Eisen bindenden Protein Ferritin. In aus Körnern dieser Pflanzen hergestelltem Maismehl sind bis zu 95% der Phytinsäure abgebaut, wodurch der Phosphor bioverfügbar wird. Maispflanzen, welche zusätzlich das Eisen bindende Protein Ferritin im Korn bilden, haben zudem einen wesentlich höheren Eisengehalt. Die Expression rekombinierter Phytase- und Ferritingene in transgenem Mais könnte somit genutzt werden, um Phosphat- und Eisenmangel, wie er bei vegetarischer Ernährung leicht auftreten kann, vorzubeugen.[18]

Verbesserung der Proteinqualität von Samenproteinen

Wie die bereits vermarktete Sorte LY038 zeigt, kann der Lysinmangel des Maiskorns durch Eingriffe in die Regulation der Lysinsynthese verringert werden. Davon abgesehen werden noch weitere Möglichkeiten untersucht. Ein Gen einer in Bolivien beheimateten Wildkartoffel kodiert ein pollenspezifisches Protein mit besonders hohem Lysingehalt. Wird es in den Mais eingeführt, so erhält man ein Korn, in dem der Lysingehalt um 16 bis 55 Prozent erhöht ist. Im Gegensatz zu LY038 wird hier nicht der Gehalt an freiem Lysin erhöht, sondern der des proteingebundenen Lysins bei gleichzeitiger Steigerung des Proteinanteils im Korn.[19]

Entfernung von Allergenen bei Soja und Futtergräsern

Ein signifikanter Teil der Bevölkerung reagiert allergisch auf bestimmte Lebensmittel. Die Allergene der Sojabohne sind insofern besonders problemlatisch, als die Verwendung von Sojaprodukten wegen des hohen Ernährungswerts der Sojaproteine in der Lebensmittelproduktion zunehmende Verbreitung gefunden hat. Dies führt dazu, dass es für Sojaallergiker immer schwieriger wird, sojafreie Lebensmittelprodukte zu bekommen. Auch bei Schweinen und Kälbern findet man Sojaallergien. Lebensmittelallergene sind fast immer natürlich vorkommende Proteine. Eines der allergenen Samenproteine der Sojabohne trägt die Bezeichnung Gly-m-Bd-30-K. Es macht etwa ein Prozent des Gesamtproteins des Samens aus. Auf dieses Protein reagieren mehr als 65 Prozent der Sojaallergiker. Es ist möglich, das Gen dieses Proteins stillzulegen und Sojalinien zu entwickeln, die dieses Allergen nicht mehr enthalten.[20] Die Eliminierung von Allergenen ist auch bei anderen Pflanzen möglich. Die Expression des wichtigsten Proteinallergens des Weidelgrases (Lolium spec.), eines der verbreitetsten Weidegräser mit stark allergenem Pollen, kann unterdrückt werden, ohne Vitalität oder Nutzwert der Pflanze zu beeinträchtigen.[21] Andererseits ist kein Fall bekannt geworden, wo eine Biotechpflanze ein in ihrem konventionellen Vorläufer nicht vorhandenes Allergen gebildet hätte.

Qualitätsverbesserung des Sojaöls

Vitamin E (Tocopherol) ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe von acht fettlöslichen Substanzen, von denen α-Tocopherol die höchste biologische Aktivität besitzt. Wichtige Vitamin-E-Lieferanten für den Menschen sind Keimöle und kaltgepresste Speiseöle, ferner Milch, Eier, aber auch einige Gemüsesorten. Viele medizinische Studien weisen darauf hin, dass α-Tocopherol Herz-Kreislauferkrankungen, Entzündungsreaktionen und Krebs vorbeugen oder den Verlauf dieser Krankheiten günstig beeinflussen kann. Allerdings ist die tägliche Aufnahme therapeutisch wirksamer Vitamin-E-Mengen ohne den Verbrauch großer Mengen mit dem Vitamin angereicherter Lebensmittel schwierig. Seit einigen Jahren versucht man deshalb, die pflanzliche Tocopherolsynthese zu optimieren und Pflanzen mit hohem α-Tocopherolgehalt zu züchten. Vor allem Ölpflanzen wie Raps und Soja kommen dafür in Betracht, da diese die bedeutendsten Vitamin-E-Lieferanten sind.

Den Syntheseweg der Tocopherole kennt man seit über 30 Jahren. Da α-Tocopherol das Endprodukt der Tocopherolsynthese bildet und die übrigen Tocopherole Zwischenprodukte der α-Tocopherolsynthese sind, könnte die Überexpression von Enzymen, die Zwischenschritte der Tocopherolsynthese katalysieren, geeignet sein, die biologisch weniger wirksamen β-, γ- und δ-Tocopherole in α-Tocopherol umzuwandeln. Bisherige Versuche, die α-Tocopherolsynthese zu optimieren, beruhen auf diesem Prinzip.[22] Die Überexpression des γ-Tocopherol-Methyltransferase-Gens von Perilla frutescens, einer in Ostasien heimischen Ölpflanze, im Sojasamen liefert Pflanzen, deren Samen gegenüber dem Wildtyp den zehnfachen Gehalt an α-Tocopherol und den 15-fachen an β-Tocopherol haben, was einer ca. fünffachen Steigerung der Vitamin-E-Aktivität entspricht.[23]

Entgiftung des Baumwollsamens

Beim Abernten eines Baumwollfeldes fallen für jedes kg Fasern ca. 1,6 kg Samen an. Nach Tonnage gerechnet ist Baumwolle damit nach der Sojabohne die wichtigste Ölpflanze. Die Samen enthalten ca. 21% Öl und 23% relativ hochwertiges Protein, das aber wegen seines Gehalts an Gossypol und anderen Terpenoiden als Nahrungs- oder Futtermittel nur eingeschränkt verwertbar ist. Gossypol schädigt Herz und Leber. Theoretisch könnten 44 Megatonnen (Mt) Baumwollsaat, die weltweit jährlich geerntet werden und 9 Mt Protein enthalten, den Jahresproteinbedarf (50g/Tag) einer halben Milliarde Menschen decken. Im Baumwollsamen kann die Gossypolsynthese durch Stilllegung eines der ersten biochemischen Schritte des Gossylpolsynthesewegs unterbrochen werden, während sie in den übrigen Pflanzenorganen normal verläuft. In diesen Pflanzen ist der Gossypolgehalt um bis zu 99% reduziert. Er liegt weit unter dem Grenzwert von 600 ppm (parts per million), den die Weltgesundheitsorganisation (WHO) bei Baumwollsaaten, die zur Verwendung in Lebensmitteln betimmt sind, für unbedenklich hält.

Neben der Baumwolle kennt man mehrere andere Kulturpflanzen, deren Wert als Nahrungsmittel durch den Gehalt an giftigen Verbindungen stark gemindert wird. Die Samen der Saatplatterbse (Lathyrus sativus), einer tropisch/subtropischen Gemüsepflanze, enthalten ein natürliches Nervengift, das β-N-oxalylamino-L-alanin. Der dauerhafte Genuss ihres Mehls verursacht bei der armen Bevölkerung vieler Länder Asiens und von Teilen Afrikas eine als Lathyrismus bekannte chronische Erkrankung des Nervensystems. Cassava (Maniok) und Favabohnen enthalten cyanogene (Blausäure entwickelnde) Glycoside. Die gentechnische Entgiftung dieser Kulturpflanzen würde nicht nur die Lebensmittelsicherheit verbessern, sondern auch die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung, ohne dass Erträge oder Anbauflächen vergrößert werden müssten.[24]

Goldener Reis

In den 2000er Jahren wurde durch Austausch eines Gens beim Reis der sogenannte Golden Rice erzeugt, welcher deutlich mehr Beta-Karotin, eine Vorstufe zu Vitamin A, sowie einen erhöhten Eisengehalt enthält. In Ländern, in denen Reis das Hauptnahrungsmittel ist, soll hiermit den weit verbreiteten Mangelerkrankungen begegnet werden. Die an der Entwicklung beteiligten Firmen verzichten weitgehend auf ihre Patentansprüche, das Saatgut kann kostenlos bezogen werden.[25]

Antigene und Antikörper

Seit etwa 1999 sind zwei in biochemischen Laboratorien viel gebrauchte rekombinierte Proteine auf dem Markt, die in transgenem Mais produziert werden: Avidin, ein Protein aus Hühnereiweiß und β-Glucuronidase, ein bakterielles Enzym des Kohlenhydratstoffwechsels.[26] Auch das menschliche Proinsulin, die Vorstufe des Insulins, lässt sich nicht nur in transformierten Bakterien sondern auch im Endosperm transgener Maiskörner produzieren.[27] Anfangserfolge gibt es auch bei der Züchtung transgener Mais- und anderer Kulturpflanzen, welche Antigene produzieren, mit denen bei oraler Anwendung eine aktive, die Bildung körpereigener Antikörper auslösende, Schutzimpfung gegen gefährliche Infektionskrankheiten möglich ist. Die Produktion von Impfstoffen in Pflanzen hat gegenüber derjenigen in Tieren oder Mikroorganismen mehrere Vorteile: Die Gefahr einer Kontaminierung des Impfstoffs mit Allergenen oder Krankheitserregern ist weitaus geringer. Die Produktion ist billig, und der Impfstoff ist leicht anzuwenden und deshalb auch in Ländern ohne entwickelte hygienische und medizinische Infrastruktur leicht einsetzbar.[28][29] TGEV, das übertragbare Gastroenteritis-Virus (Transmissible Gastroenteritis Virus), erzeugt bei jungen Schweinen Durchfallerkrankungen. Wenn man Jungschweine mit TGEV-Mais füttert, welcher ein TGEV-Antigen exprimiert, sind die Tiere gegen das Virus geschützt.[30]

Ebenso wie die Herstellung von Antigenen ist auch die Produktion von Antikörpern in Pflanzen im Hinblick auf Kosten, Skalierbarkeit der Produktion und Anwendungssicherheit attraktiv. Antikörper werden für Vorbeugung, Behandlung und Diagnose vieler Krankheiten eingesetzt. In der biomedizinischen Grundlagenforschung braucht man sie für eine Vielzahl analytischer Nachweismethoden. Hergestellt wurden Antikörper pflanzlicher Herkunft bisher vor allem im Tabak, aber auch in Kartoffel, Soja, Alfalfa, Reis und Mais. Allerdings sind darunter nur wenige, die für die Therapie am Menschen in Frage kommen. Ein im Tabak gebildeter Antikörper gegen ein Oberflächenantigen von Streptococcus mutans, dem Hauptverursacher der Zahnkaries, hat sich bei lokaler Anwendung als wirksam erwiesen und kann die Rückbesiedelung der Zahnoberfläche durch die Bakterien wirksam verhindern.[31] Verschiedene andere von Pflanzen gebildete Immunglobuline befinden sich in der klinischen Testphase.[28][32]

Essentielle Fettsäuren

Essentielle Fettsäuren wie Arachidonsäure, Eicosapentaensäure, Docosapentaensäure und Docosahexaensäure können vom menschlichen Körper nicht synthetisiert und müssen deshalb mit der Nahrung aufgenommen werden. Die ausreichende Versorgung mit essentiellen Fettsäuren ist eine wichtige Voraussetzung zur Verhinderung permanenter prä- und neonataler Entwicklungsstörungen, da sich nur so die an molekularen Membranen reichen Gewebe des Gehirns, Nerven- und Gefäßsystems normal entwickeln können. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit mehr als 19 Kohlenstoff-Atomen findet man vor allem in tierischen Fetten. Die Produktion essentieller Fettsäuren in Pflanzen würde der Lebensmittelindustrie eine neue und kostengünstige Quelle dieser ernährungsphysiologisch wichtigen Nahrungsbestandteile erschließen.

Arachidonsäure (AA), Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) kommen im Rapsöl nicht vor. Die Samen des Braunen Senfs (Brassica juncea), einer mit dem Raps eng verwandten asiatischen Ölpflanze, enthalten aber Linolsäure und Linolensäure, welche in drei konsekutiven Schritten in AA und EPA umgewandelt werden können. Man kennt beim Braunen Senf transgene Linien, deren Samenöl im Mittel 4% AA, 8% EPA und 0,2% DHA enthält. Diese Pflanzen tragen drei bis neun an der Biosynthese langkettiger Fettsäuren beteiligte Enzymgene, die aus verschiedenen Organismen stammen. Sie sind blockweise in einem einzigen Transformationsschritt übertragen worden. Dies bedeutet eine wesentliche Verringerung des Transformationsaufwands. Wenn auch die Ausbeuten noch gering sind, so zeigen diese Experimente doch, dass es prinzipiell möglich sein muss, den pflanzlichen Lipidstoffwechsel so umzubauen, dass sich essentielle Fettsäuren in Ölpflanzen wirtschaftlich produzieren lassen.[33]

Stacked Events

Pflanzen mit einer Kombination aus mehreren Eigenschaften lassen sich oft sehr leicht durch konventionelle Kreuzung transgener Sorten erzeugen. Man spricht hier von Stacked Events (engl. für gestapelt). Auf Grund der Einfachheit dieser Methode werden in Zukunft eine Vielzahl neuer Sorten erwartet.

Saatguthersteller und Anbau

Für 2007 wird die Marktgröße transgener Pflanzen auf 6,9, für 2025 auf 50 Mrd. USD geschätzt.[34] Höhere Erträge und bessere Futtermittel sind neben Pflanzen, die beim Anbau weniger Pflanzenschutzmittel benötigen, die Hauptmärkte der Zukunft.[35][36]

Saatguthersteller

Der weltweite Markt für Saatgut (konventionell und gv) wird auf 36,5 Mrd $ geschätzt (2008; EUR/USD = 1,40).[37] und stellt sich als stark fragmentiert dar, wie eine Auflistung der bedeutendsten Hersteller zeigt:

Monsanto (USA) Pioneer Hi-Bred/DuPont (USA) Syngenta (CH) Groupe Limagrain (F) KWS SAAT (D) Bayer CropScience (D) (Rest)
Umsatz 2008 (109 $) 6,369 [38] 3,976 [39] 2,442 [40] 1,553 [41] 0,838 [42] 0,633 [43]
Marktanteil 17,4% 10,9% 6,7% 4,3% 2,3% 1,7% 56,7

Die Zahlen beziehen sich ausschließlich auf den jeweiligen Bereich Saatgut. Der Anteil an Gv-Saat wird in der Regel nicht gesondert angegeben und ist nur schwer zu schätzen. Monsanto ist bis auf die Gemüsesaat (2008: 744 Mio. $) nahezu vollständig im Bereich GVO tätig.

Der Weltmarkt für GVO-Saatgut wächst deutlich. 2008 ergab sich ein Anstieg von 8,7% auf 7,5 Mrd. $ und für 2009 wird das Potential auf 8,3 Mrd. $ prognostiziert (+10,7%).[1] Damit kommt der Marktführer Monsanto auf etwa 75%. Pioneer Hi-Bred bezeichnet sich auf seiner Webseite wiederum selbst als "der Welt führender Entwickler und Anbieter von fortschrittlicher Pflanzengenetik".

Anbau

Anbauflächen weltweit 2008

Seit 1996 werden gentechnisch veränderte Pflanzen kommerziell angebaut. Weltweit fand 2008 der Anbau in 25 Ländern auf mehr als 125 Millionen Hektar statt.[1] Das entspricht dem 6,6-fachen der gesamten deutschen Landwirtschaftsfläche (18,9 Millionen Hektar [2007])[44] bzw. knapp 9% des weltweit nutzbaren Ackerlandes (1.404 Millionen Hektar [2002]).[45]

Die bedeutendsten Anbauländer sind (Anteil der gesamten Landwirtschaftsfläche [1994, FAO]):

Rang Land Fläche (106 ha) Anteil Pflanzen
1 USA 62,5 33% Sojabohne, Mais, Baumwolle, Raps, Kürbis, Papaya, Luzerne, Zuckerrüben
2 Argentinien 21,0 77% Soja, Mais, Baumwolle
3 Brasilien 15,8 31% Soja, Mais, Baumwolle
4 Indien 7,6 4% Baumwolle
5 Kanada 7,6 17% Raps, Mais, Soja, Zuckerrüben
6 China 3,8 4% Baumwolle, Tomaten, Pappeln, Petunien, Papaya, Paprika
7 Paraguay 2,7 Soja
8 Südafrika 1,8 14% Soja, Mais, Baumwolle
9 Uruguay 0,7 54% Soja, Mais
10 Bolivien 0,6 25% Soja

Zulassung und Kennzeichnung

Es gibt kein weltweit einheitliches Verfahren für die Zulassung von GVO zum Anbau oder zur Verarbeitung. Jedes Land hat seine eigenen Gesetze dazu. Die meisten Länder, mit Ausnahme der USA, sehen transgene Pflanzen als neuartige Lebensmittel an, deren Zulassung häufig stark reguliert ist, um mögliche negative Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt auszuschließen (Vermeidung von Fehlern 1. Art).

Europa

Zwei Verfahren, die sich bei den Anforderungen für eine Genehmigung unterscheiden, sind in der EU maßgeblich:

  • Die Freisetzungsrichtlinie muss erfüllt werden, wenn es sich um einen vermehrungsfähigen GVO handelt (also zum Anbau).
  • Die Verordnung (1829/2003) regelt Produkte wie verarbeitete Lebens- und Futtermittel.

Die Umsetzung in Deutschland ist durch das Gentechnikgesetz geregelt.

GVO-Beimischungen

In Lebensmitteln: Um einen bewussten Einsatz der Gentechnik von einer zufälligen, technisch nicht mehr beeinflussbaren Beimischung rechtlich abzugrenzen, werden Schwellenwerte eingeführt. In der EU gibt es verbindlich erst einen Wert für Futter- und Lebensmittel und er liegt bei 0,9 %. Bei Überschreitung besteht eine Kennzeichnungspflicht.

In Bio-Lebensmittel: In biologisch produzierten Lebensmitteln darf kein GMO Produkt enthalten sein; bis auf eine Ausnahme: laut Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz darf in Lebensmitteln mit Bio-Label dann ein GMO Zusatzstoff sein, wenn eine klassische, nicht genetisch modifizierte Quelle, nicht mehr vorhanden ist. [46].

In Saatgut: Für Saatgut existiert ein Vorschlag der EU-Kommission. Der Wert soll so bemessen sein, dass die Ernteprodukte mit Sicherheit unter der Kennzeichnungspflicht liegen. Für Raps sollen 0,3 % nicht überschritten werden, für Zuckerrüben, Mais und Kartoffeln 0,5 %. Von Kritikern wird ein Wert von 0,1 % gefordert, ab der eine quantitative Bestimmung technisch möglich ist.[47] Auf Grund der noch herrschenden Rechtsunsicherheit kommt es immer wieder zu Berichten in den Medien, weil Behörden auf die geringfügige Beimischung von GVO-Saatgut in konventionellen Chargen uneinheitlich reagieren.[48]

Für in der EU nicht zugelassene Gv-Pflanzen gilt ein Toleranz von 0 %, auch wenn sie in anderen Ländern erlaubt sind oder wenn es sich um eine Kreuzung zugelassener Sorten handelt.

Kritik

Einige Wissenschaftler kritisieren die starken rechtlichen Einschränkungen der Entwicklung und des Einsatzes von transgenen Pflanzen. Durch eine solche Überregulierung entstünden insbesondere in Entwicklungsländern hohe Kosten durch den entgangenen Nutzen.[49]

Zulassung

Vor der Zulassung neuer transgener Sorten müssen oft jahrelange Versuchsreihen durchgeführt werden. Es wird geschätzt, dass die Kosten für die Zulassung einer transgenen Maissorte in einem Land zwischen 6 und 15 Millionen US$ betragen. Diese Summen werden vom Antragsteller bezahlt.[50] Die hohen Kosten reduzieren die Innovationsraten und behindern insbesondere die Verbreitung von weniger wichtigen transgenen Pflanzen in kleineren Ländern. Die hohen Kosten tragen auch zu einer Konzentration der Saatgutindustrie bei, da kleinere Firmen und öffentliche Forschungseinrichtungen die hohen Summen oft nicht leisten können.[49]

Zusätzlich entstehen Kosten, die sich durch den entgangenen Nutzen einer möglicherweise sicheren, aber noch nicht zugelassenen Sorte ergeben (Fehler 2. Art). Es wird geschätzt, dass ein zweijähriger Verzug der Zulassung einer Bt-Baumwollsorte in Indien Verluste für die Landwirte von mehr als 100 Millionen US$ bedeutet.[51]

Kennzeichnungspflicht

Da transgene Lebensmittel als gesundheitlich unbedenklich eingestuft sind, wenn sie zugelassen werden, sei eine Kennzeichnungspflicht unsinnig. Wenn Konsumenten für gentechnikfreie Nahrungsmittel mehr bezahlen wollen, würden die Lebensmittelhersteller freiwillig kennzeichnen. In der EU besteht hingegen eine Kennzeichnungspflicht, die erstens deutlich teurer ist und zweitens suggeriere, dass transgene Lebensmittel ein gesundheitliches Risiko bergen.[52] Diese Pflicht wird begründet mit dem Right-to-know-Prinzip, welches im Gegensatz zum Need-to-know-Prinzip zur Rechtfertigung der Vermittlungspflicht praktisch jeder Art von Information verwendet werden kann und daher kritisiert wird.[53]

Probleme im Agrarhandel

Die teils schnelle Einführung der Grünen Gentechnik in anderen Ländern der Welt und die restriktive Zulassungspraxis in Europa führen zu immer größeren Problemen im Agrarhandel. Die USA, Kanada und Argentinien hatten 2003 die EU vor der WTO verklagt und bekamen 2005 in den meisten Punkten Recht. Seither wird über eine Regelung verhandelt.[54] Nachdem die EU im März 2009 die Einfuhr von gentechnisch verändertem T45-Raps als Lebens- und Futtermittel erlaubt hatte,[55] legten im Juli 2009 Kanada und die EU ihren Streit nieder und vereinbarten, sich zweimal jährlich zu weiteren Konsultationen zu treffen.[56]

Ein Gutachten der "Gemeinsamen Forschungsstelle" der EU-Kommission befürchtet, dass die Preise für Agrarprodukte ohne Beimischungen der zahlreichen Gv-Pflanzen, die in anderen Ländern angebaut werden, deutlich steigen werden. Bis 2015 wird ein Anstieg der kommerziell genutzten Gv-Merkmale von 30 auf 120 im Jahr 2009 erwartet.[57] Eine "Arbeitsgemeinschaft Innovativer Landwirte" sieht sich gegenüber der Konkurrenz aus anderen Ländern zunehmend benachteiligt.[58]

Der europäischen Tierhaltung und Futtermittelbranche entstünde laut "Deutscher Verband Tiernahrung e. V." ein Schaden von 3,5 bis 5 Mrd. €, da immer wieder Lieferungen mit Spuren von GVO zurückgewiesen werden müssten. Im außereuropäischen Ausland könnten dieselben Futtermittel verwendet werden und damit erzeugte tierische Lebensmittel hätten im Prinzip ungehindert Marktzutritt in Europa.[59]

Diskussion um die Grüne Gentechnik

Von Beginn an wurde die Grüne Gentechnik kritisiert. Umweltschutzorganisationen wie Greenpeace oder Friends of the Earth haben sich zu grundsätzlichen Gegnern der Technik erklärt. Auch Verbände der ökologischen Landwirtschaft treten für eine gentechnikfreie Landwirtschaft ein. Diese Ansichten werden in der Politik aufgegriffen. So lehnen Bündnis 90/Die Grünen und die Linke den Anbau von transgenen Nahrungsmittelpflanzen ab. Der Protest gegen gentechnisch veränderte Pflanzen kommt unter anderem in sogenannten Feldbefreiungen zum Ausdruck, wobei entsprechende Anbaugebiete rechtswidrig von Umweltaktivisten besetzt oder beschädigt werden.

Seitens der Wissenschaft wird wiederum die Vorgehensweise der Kritiker selbst kritisiert. So kommt die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften zu dem Schluss, Kampagnen gegen die Grüne Gentechnik mangele es an wissenschaftlicher Grundlage.[60]

2009 gab es eine «Gemeinsame Erklärung der Wissenschaftsorganisationen zur Grünen Gentechnik»[61] und eine «Stellungnahme der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina»[62], in denen von der Politik gefordert wurde, für eine Versachlichung der Diskussion einzutreten und verlässliche Rahmenbedingungen für die Forschung zu schaffen.

Argumente für die Grüne Gentechnik

Die Ziele der Grünen Gentechnik unterscheiden sich prinzipiell nicht von denjenigen Jahrtausende alter traditioneller Pflanzenzucht. Es geht um eine Verbesserung der Eigenschaften von Pflanzen, die anhand folgender Einteilung unterschieden werden können[63]:

  • Gv-Pflanzen der ersten Generation, bei denen die Schädlingskontrolle und die Fitness der Pflanze in widrigen Bedingungen erhöht werden soll, z. B. Trocken-, Säure- und Salztoleranz sowie Widerstandsfähigkeit gegen extreme Temperaturen. Dadurch sollen Kosten gesenkt und/oder Erträge gesteigert und damit Deckungsbeiträge erhöht werden.
  • Gv-Pflanzen der zweiten Generation, die auf die Verbesserung des Nähstoffgehalts und eine höhere Verabeitungsqualität abzielen, z.B. Erhöhung des Gehalts von Omega-3-Fettsäuren, Erhöhung und Veränderung des Zuckergehalts, bessere Farbeigenschaften. Hierzu zählt der goldene Reis.
  • Gv-Pflanzen der dritten Generation, bei der die Pflanze Industrierohstoffe (Biokraftstoffe, biologisch abbaubares Plastik, Enzyme oder Schmieröle) oder pharmazeutische Produkte wie Hormone, Impfstoffe oder Antikörper herstellen soll.

Die konventionelle Züchtung beruht dabei auf dem Prinzip von Kreuzung und anschließender Selektion. Bei Kreuzungen wird jeweils das gesamte Erbgut der Elternorganismen gemischt. Das Erbgut in den Tochterorganismen lässt sich dabei nicht exakt vorhersagen. Deshalb müssen in den weiteren Generationen die Organismen mit den gewünschten Eigenschaften selektiert werden. Im Gegensatz dazu werden mit der Grünen Gentechnik gezielt aus anderen Arten oder Organismen Gene hinzugefügt, die für eine bestimmte Eigenschaft verantwortlich sind. Es wird darauf hingewiesen[64], dass

  • diese Methode gezielter sei und
  • sich Eigenschaften züchten lassen, die sich auf konventionellem Weg nicht erreichen lassen (s. Präzisionszucht)

Nahrungsmittel- und Rohstoffproduktion

Aufgrund der steigenden globalen Bevölkerung von ca. 6,7 Mrd. Menschen in 2008 auf ca. 8,3 Mrd. Menschen bis 2030[65] auf der einen Seite, und der global begrenzten landwirtschaftlichen Nutzfläche andererseits, wird es in unmittelbarer Zukunft zu steigender Nachfrage nach Lebensmitteln kommen.

Eine steigende Nachfrage nach Lebensmitteln bei immer langsamer steigender Produktivität der konventionellen Züchtung führte in 2008 zu steigenden Lebensmittelpreisen. Dies wiederum führte in den armen Regionen der Welt wie Afrika und Asien zu einem Anstieg in der Zahl hungernder Menschen.[66] [67]

Nach Aussage der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) haben bereits heute mehr als 1 Mrd. Menschen nicht genug zu essen.[68] Es wird erwartet, dass im Jahr 2030 ungefähr 50 % mehr Lebensmittel benötigt werden als heute.[69]

Angesichts von Ressourcenknappheit und wachsender Weltbevölkerung seien Produktivitätszuwächse somit unabdinglich für eine ausreichende Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und anderen Rohstoffen.[70] Ertragszuwächse bei Pflanzen der ersten Generation wurden beobachtet für transgene Baumwolle und transgenen Raps.

Umweltschutz

Transgene Pflanzen können den Umweltschutz verbessern, was bereits in Anbauländern nachgewiesen wurde. So führte die Adoption von herbizidtoleranten Pflanzen zu einer Reduktion der Toxizität der ausgebrachten Herbizide und einer Ausweitung der pfluglosen Bewirtschaftung, wodurch Bodenerosion, Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen zurückgingen.[71] Die Adoption von Bt-Pflanzen führte zu einem starken Rückgang des Insektizideinsatzes, insbesondere dem der giftigsten Substanzen. So wird geschätzt, dass zwischen 1996 und 2006 durch den Einsatz von transgener Baumwolle 128 Millionen kg an Pestiziden eingespart wurden, was einem Rückgang der Umweltbelastungen durch Pestizidanwendungen bei Baumwolle von 25% gleichkommt.[72] Auch kann die Grüne Gentechnik die Biodiversität fördern, da sich einzelne Eigenschaften relativ leicht in lokal angepasste Sorten einbauen lassen. Die konventionelle Züchtung benötigt für einen ähnlichen Prozess mehr Zeit und finanziellen Aufwand. Anstatt lokal angepasste Sorten zu erstzen, erhöhte sich in den Anbauländern die Zahl der Sorten mit transgenen Eigenschaften schnell.[73]

Gesundheit

Durch die verminderte Anwendung von Pflanzenschutzmitteln hat sich bei transgenen Pflanzen der ersten Generation die Zahl der Vergiftungsfälle durch direkten Kontakt mit Pestiziden reduziert. Dieser Effekt ist besonders stark in Ländern wie China, Südafrika und Indien, wo Pestizide häufig mit Gartenspritzen ausgebracht werden.[74][75]

Auch kann die Grüne Gentechnik die Lebensmittelqualität erhöhen. So wurden für Bt-Mais signifikant geringere Spuren von Mykotoxinen gefunden, was auf die verbesserte Schädlingskontrolle zurückzuführen ist.[76]

Mithilfe der Grünen Gentechnik kann der Gehalt von Allergenen in Nahrungsmitteln vermindert werden, was bereits für Tomaten und Erdnüsse ohne Ertragseinbußen möglich ist.[77]

Armutsbekämpfung

Die FAO erwartet, dass transgene Pflanzen, ebenso wie andere verbesserte Saatguttechnologien in der Vergangenheit, in Zukunft eine wichtige Rolle bei ländlicher Einkommenssteigerung und Armutsbekämpfung spielen werden.[78][79][80] Einkommenszuwächse konnten bei transgener Baumwolle, transgenem Mais, transgenem Raps und transgener Sojabohne nachgewiesen werden.

Mangelernährung

Ernährungsphysiologisch verbesserte Pflanzen können die Gesundheit von Konsumenten erhöhen.[81][82] So wird geschätzt, dass der goldene Reis die Kosten der Vitamin A-Versorgung in Indien um 60 % senken würde.[83] Übersetzt man eine gesteigerte Gesundheit in Arbeitsproduktitvität, wird ein globaler Wohlfahrtszuwachs von 15 Milliarden US$ pro Jahr geschätzt, das meiste davon in Asien. In China würde der goldene Reis einen Wachstumseffekt von schätzungsweise 2 % bedeuten.[84] Auch für transgene Pflanzen mit erhöhten Gehalt an Nährstoffen wie Eisen oder Zink, sowie erhöhtem Gehalt an essentiellen Aminosäuren, werden positive ökonomische und gesundheitliche Effekte erwartet.[85]

Kritik an der Grünen Gentechnik

Im Gegensatz zur Roten Biotechnlogie wird die Grüne Gentechnik in der Öffentlichkeit, insbesondere in Industriestaaten, häufig kritisiert. Die Wahrnehmung von Konsumenten beschränkt sich meist auf gesundheitliche, soziale und ethische Bedenken sowie Umweltfragen, die nach Einschätzung von Wissenschaftlern häufig nicht auf bester Information basieren, aber dennoch die Politik entscheidend beeinflussen. Ein Grund für die Ablehnung liegt auch darin, dass die erste Generation hauptsächlich Nutzen für Landwirte in Entwicklungsländern, nicht aber für Konsumenten in Industrieländern hat.[86][87]

Gesundheit

Die Angst, dass transgene Organismen ein Gesundheitsrisiko darstellen, ist eine der weitverbreitetsten Bedenken im Bezug auf die Grüne Gentechnik. Wissenschaftler sehen einen Grund für diese Angst in einem Mangel an Wissen über die Grüne Gentechnik. Umfragen Ende der 90er Jahre ergaben, dass 35 % der EU-Bürger und 65 % der US-Amerikaner glaubten, dass nicht-transgene Tomaten keine Gene enthielten. Eine andere Umfrage zeigte, dass ein Viertel der Europäer glaubte, dass der Verzehr einer transgenen Pflanze eine Veränderung der menschlichen Gene nach sich ziehen könne.[88][89][90]

Wissenschaftler weisen darauf hin, dass DNA in Mund und Magen von Enzymen in ihre Bestandteile zersetzt werden. Geringe Teile der aufgenommenen DNA werden nicht verdaut. Jedoch hat trotz einer viele Jahrtausende währenden DNA-reichen Ernährungsweise das menschliche Genom seine Identität behalten. Ähnliches betrifft die Bedenken, dass sich die in der Grünen Gentechnik als Marker verwendeten Antibiotika-Resistenzgene auf Krankheitserreger des Menschen übertragen könnten. Dies sei extrem unwahrscheinlich, da ein entsprechendes Resistenzgen erstens im Verdauungstrakt nicht zersetzt werden dürfe, zweitens in Kontakt mit einem körpereigenen Bakterium kommen müsse, ohne von dessen Restriktionsenzymen zerschnitten zu werden, und drittens sich mit dem Bakterienchromosom rekombinieren müsse, und zwar an einer ganz bestimmten Stelle und auf eine ganz bestimmte Weise. Viertens müsse das körpereigene Bakterium dann noch das Antiobiotika-Resistenzgen auf ein krankheitserregendes Bakterium übertragen. Jeder einzelne dieser Schritte sei für sich genommen schon sehr unwahrscheinlich, die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens aller Schritte extrem gering.[88] Um selbst dieses minimale Risiko auszuschalten, setzt die Grüne Gentechnik Antibiotika-Resistenzgene nicht mehr als Marker ein.[91]

Ähnlich gering sei das Risiko des Einsatzes von Promotoren. Promotoren müssen verwendet werden, um ein Gen zu aktivieren. So wird ein Promotor eines Blumenkohlvirus verwendet, um das Bt-Gen zu aktivieren. Dieser Promotor funktioniert jedoch nur in Pflanzen, Hefe und Bakterien, und wird in menschlichen Zellen nicht exprimiert. Da Menschen seit Jahrtausenden Viren und Bakterien sowie Blumenkohl zu sich nehmen, ohne dass deren Promotoren einen negativen Einfluss gehabt hätten, seien die Bedenken fehl am Platz.[88] Um dennoch das geringste Risiko auszuschalten, würden ab der zweiten Generation nur noch artenspezifische Promotoren verwendet.[91]

Wissenschaftler erklären zudem, die Gentechnik sei nicht so künstlich oder unpräzise wie oft angenommen. Es werden Verfahren genutzt, die auch in der Natur vorkommen und sie werden ständig verbessert.[92][93] Auch die Eigenschaften der Zielgene sind sehr genau bekannt und die resultierenden Pflanzen werden strenger überwacht als die konventionell erzeugten, und Sorten, die nicht die gewünschten oder gar negative Eigenschaften besitzen, werden nicht weiterentwickelt.[94][95] Bis 2007 gab es weltweit über 270 Studien zur Sicherheit von GVO.[96] Für die Überwachung zuständige Behörden belegen mit umfangreichen Untersuchungen die Umweltsicherheit und Politiker wie Bundesforschungsministerin Schavan oder Forscher wie die Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard vertreten die Ansicht, dass es nach 20 Jahren Forschung keine wissenschaftlichen Hinweise für eine Gefährdung durch die Gentechnik gäbe.[97][98][99]

Kritiker bei den Grünen und deren Umfeld glauben wiederum zeigen zu können, dass die für Zulassung, Sicherheit und Überwachung zuständigen Behörden ihre Aufgaben aufgrund von Interessenüberschneidungen mit Forschern und Unternehmen nicht angemessen ausfüllen können.[100]

Die von GVO produzierten Proteine können Variationen bekannter Proteine sein, über deren Auswirkungen auf den Verbraucher keine Langzeitstudien existieren.[101]

Ein 2001 veröffentlichtes Review der Europäischen Kommission von 81 Studien aus 15 Jahren fand keine Hinweise auf Gesundheitsrisiken durch transgene Pflanzen. Die FAO, WHO, OECD, sowie deutsche, französische und britische Wissenschaftsakademien und die US-amerikanische FDA kamen zum selben Ergebnis.[87],[102]

Umweltrisiken

Eine zwischen 2000 und 2004 durchgeführte britische Studie untersuchte, inwiefern herbizidtoleranter Raps seine Resistenzeigenschaft auf verwandte Arten überträgt. Im ersten Versuchjahr konnte bei einer Untersuchung von 95.459 artverwandten Pflanzen eine Auskreuzung des Resistenzgens auf zwei Rübsenpflanzen festgestellt werden. Im Folgejahr konnte in den Versuchsfeldern die Auskreuzung der Resistenz auf eine Acker-Senf-Pflanze nachgewiesen werden. Laut Kritikern bestünde daher eine signifikante Gefahr der Auskreuzung von Herbizidtoleranz in Wildkräuter, wodurch die Schädlingsbekämpfung erschwert werden könnte. Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler betonen hingegen, dass keine zweite Studie eine Auskreuzung feststellen konnte, dass die Wahrscheinlichkeit einer Auskreuzung sehr gering sei, und dass die Auskreuzung in wilde Verwandte kein Problem darstelle, da Herbizidtoleranz in der Wildnis keinen Fitnessgewinn bringe.[103][104] Einige Mitgliedstaaten der EU kritisieren die „ökologische Risikoabschätzung“ des GVO-Anbaus als unzureichend, weil z. B. Feldversuche in Übersee und nicht vor Ort zur Risikoabschätzung herangezogen werden.[105]

Veränderungen könnten zudem auftreten, die die Fruchtbarkeit der Wildtypen und damit die Biodiversität gefährden.[106]

In Mexiko ist der Anbau von transgenem Mais seit 1998 verboten, um Landrassen und wilde Verwandte des Mais vor möglichen Auskreuzungen zu schützen. Nach Zeitungsberichten widersetzen sich mexikanische Bauern jedoch diesem Verbot und bauen Bt-Mais an. Eine 2009 veröffentlichte Studie fand in 1% von über 100 untersuchten Feldern in Mexiko Bt-Gene in Mais-Landrassen. Dabei ist unklar, ob eine gentechnische Einbringung des Bt-Gens in Landrassen illegalerweise vorgenommen wurden, oder ob die Gene von regulären, illegal angebauten Bt-Maissorten unbeabsichtigt ausgekreuzt wurden.[107]

Ein 2007 veröffentlichtes Review von wissenschaftlicher Literatur und Studien internationaler Organisationen aus 10 Jahren kam zu dem Schluss, dass keine wissenschaftlichen Beweise für Umweltschäden durch die bisher kommerzialisierten transgenen Pflanzen existierten.[108]

Sozioökonomische Bedenken

  • Hungerbekämpfung: Dem Argument, Gentechnik zur Bekämpfung des Hungers einzusetzen, wird entgegnet, dass der Hunger nicht nur ein Produktions- sondern vor allem ein Verteilungsproblem sei. Der Soziologe Jean Ziegler sagt unter Berufung auf Daten der FAO, dass mit derzeitigen und konventionellen Mitteln bis zu 12 Milliarden Menschen ausreichend ernährt werden könnten, und bezeichnet jeden Hungertod als Mord.[109] Die Auffassung, dass eine Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität keinen wichtigen Beitrag zur Hungerbekämpfung leiste, wird jedoch in der Wissenschaft nicht geteilt. So zeigt die Erfahrung der Grünen Revolution, dass hierdurch geschätzte 187 Millionen Menschen vor dem Hungertod bewahrt wurden.
  • Patente: Heute befinden sich mehr als 75% aller Patente der Grünen Biotechnologie in privater Hand, größtenteils von wenigen multinationalen Konzernen.[110] Diese Möglichkeit stellt einen starken Anreiz für die Forschung dar. Gleichzeitig hat dies dazu geführt, dass die Entwicklung neuer transgener Sorten durch Nichtinhaber relevanter Patente häufig mit hohen Transaktionskosten und Lizenzgebühren verbunden ist.[111] Dies könnte den Konzentrationsprozess weiter verstärken. Durch eine sinkende relative Bedeutung von öffentlicher Forschung und Entwicklung könnte insbesondere die gentechnische Verbesserung von weniger verbreiteten Pflanzenarten sowie in kleinen Entwicklungsländern vernachlässigt werden.[112][113]
  • Koexistenz: Für die ökologische Landwirtschaft ist die Vermeidung der Vermischung ihrer Produkte mit transgenen Pflanzen sehr wichtig, insbesondere in der EU, da ihre Produkte sonst nicht mehr die gesetzlichen Anforderungen erfüllen.[114]
  • Abhängigkeit von Saatgutherstellern: Der Biologe und Umweltschützer Tewolde Berhan Gebre Egziabher wirft Saatgutherstellern vor, sie würden Landwirte in eine Abhängigkeit nach ihren Produkten zwingen und bezeichnet dies als effektiven Kolonialismus.[115]

Ethische Aspekte

In der von den Anthroposophen begründeten biologisch-dynamischen Landwirtschaft wird das Ziel verfolgt, die Pflanze "wesensgemäß" zu züchten. Dies schließt nicht nur Kreuzungen von Weizen und Dinkel aus, sondern auch jede Anwendung der Gentechnik.

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Literatur

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  • Qaim, Matin (2009): The Economics of Genetically Modified Crops. Annual Review of Resource Economics, Vol. 1, pp. 665-694.
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