Risikobewertung von gentechnisch modifizierten Produkten mit

fremden DNS in die Umwelt zu bewerten. Das bedeutet, es wurden die Vorstufen für eine Synthese der Cry-Proteine auf ihre Gefahr hin untersucht. Denn über die Transduktion und Translation der fremden DNS, können die entsprechenden Cry-Proteine synthetisiert werden.

Dieses Kapitel soll wiederum kurz beschreiben, inwieweit ein Eintrag von Cry-Proteinen ein Risiko darstellen könnte.

Produkte, die mit Bacillus thuringiensis weltweit vermarktet und eingesetzt werden, gibt es seit ca. 1960. Es handelt sich hierbei um mikrobielle Produkte, bei denen die reinen Cry-Pro-teine als Spritzmittel angewendet werden. Heutzutage besteht dieses Gemisch nicht mehr nur aus einer Sorte an Cry-Proteinen. Es ist vielmehr eine Mischung aus sechs bis acht Cry-Pro-teinen [44]. Dies gewährleistet die Verwendung jener Spritzmittel gegenüber einer größeren Gruppe von Insekten. Die Produkte werden seit über 40 Jahren als Pflanzenschutzmittel ein-gesetzt. Es wurden bisher keine Nebenwirkungen während der Verwendung der Bt-Produkte erwähnt. Sie können noch immer unbedenklich eingesetzt werden, zumal sie als Alternative für DDT Verwendung finden.

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 33 Diese lange Spanne, in der diese Produkte seit jeher im Einsatz sind, zeigt wiederum, dass von einem bisher sicheren Umgang mit diesen Insektiziden ausgegangen werden kann. Es impliziert, dass von diesen biologischen Insektiziden keine Gefahr für den Mensch und die Umwelt bekannt ist.

Das gram-positive Bakterium ist in der Lage, in der generativen Phase Kristallproteine zu bilden. Diese Kristallproteine sind die oben erwähnten Proteine. Die Gene dieser Cry-Proteine wurden 1981 geklont und zum ersten Mal in E. coli vervielfältigt. Dies sollte der Startschuss für die weitere Produktion von gentechnisch veränderten Pflanzen sein, welche die Gene von Bacillus thuringiensis enthalten.

Zunächst wurde für die Herstellung von GVPs nur die Gensequenz für ein Cry-Protein inte-griert. Heutzutage ist die Produktion soweit, dass eine Vielzahl von Gensequenzen für ver-schiedene Cry-Proteine in die Pflanze eingebaut werden können.

Daher ist es unumgänglich, dass diese Pflanzen und auch die Produkte mit mikrobiellen Bt-Proteinen bezüglich ihres Risikos untersucht werden.

Die angesprochenen, auf Bacillus thuringiensis basierenden Bt -Produkte, sind die weltweit am häufigsten verwendeten Pestizide für Mais.

Die hier enthaltenen Cry-Proteine weisen eine hohe Spezifität zu bestimmten Insektengruppen auf. Daher ist kaum damit zu rechnen, dass diese Produkte toxisch auf Organismen wirken, die auch von Natur aus keine Zielorganismen des Bakteriums sind. Damit jedoch immer von einer Unbedenklich ausgegangen werden kann, wird regelmäßig eine Risikobewertung der Produkte durchgeführt. Die amerikanische Umweltschutzbehörde, United States Environmental Protection Agency, EPA, konnte anhand toxikologischer Studien belegen, dass Bt-Produkte nicht toxisch auf Organismen sind, die natürlicherweise nicht von Bacillus thuringiensis befallen werden [55]. Die EPA hat hierzu toxikologische Studien an Mäusen und Ratten durchgeführt. Gleiches gilt für die toxikologische Risikobewertung der Produkte für die Anwendung am Menschen. Es konnten keine toxischen und pathogenen Ef-fekte durch Bt-Produkte festgestellt werden.

Ferner kommt die Weltgesundheitsorganisation (WHO) zu dem Schluss, dass Produkte, die Cry-Proteine von Bacillus thuringiensis enthalten, keine bedenklichen Auswirkungen auf die Umwelt und den Menschen haben [44], [56]. Es wurden Proben untersucht, in denen sich Bt-Produkte im Trinkwasser oder in der Nahrung befanden. Hierzu wurden akute, subchronische und chronische orale Toxizitätsstudien durchgeführt. Aufgrund der spezifischen

Wirkmecha-Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 34 nismen der Cry-Proteine von Bacillus thuringiensis würden, nach der WHO, keine Gefahren für den Mensch, andere Wirbeltiere und Mikroorganismen ausgehen.

Akute, orale Studien an Hasen und Ratten geben wider, dass auch bei einer Zufuhr von Bt-Produkten in über 100 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht, keine signifikanten Verände-rungen des Gewichtes der Tiere, des Nahrungsverhaltens sowie Mortalitäten aufgetreten sind.

Diese Tierstudien beziehen sich auf orale und diätetische Studien mit mikrobiellen Bt-Pro-dukten, die in unterschiedlichen Zusammensetzungen, Kombinationen und Mengen Cry-Pro-teine enthielten.

In einem künstlich nachgestellten Magen-Darm-Trakt wurden die Toxizitäten und Ver-dauungsgeschwindigkeiten der Cry-Proteine Cry1, Cry2 und Cry3 nachgestellt. Das Ergebnis spiegelt wider, dass von den Proteinen trotz hoher oral aufgenommener Mengen keine Toxi-zität für den Menschen besteht. Die Proteine werden zu schnell verdaut, als dass sie im Orga-nismus metabolisiert und ins Genom eingebaut werden können. Wie im Abschnitt 8 erwähnt wurde, bindet Bacillus thuringiensis spezifisch an Darmrezeptoren der Insekten. Diese Re-zeptoren konnten beim Menschen mit Hilfe von Immunozytochemischen Untersuchungen von Cry1A nicht nachgewiesen werden.

Es kann geschlussfolgert werden, dass aufgrund der fehlenden Rezeptoren beim Menschen, diese Bakterien nicht an dessen Darmwand binden, um anschließend zu tödlichen Porenbil-dungen zu führen. Die Resultate sind dahingehend relevant, da diese Proteine auch wichtige Inhaltsstoffe von Bt-Mais sind.

Für den Einsatz von mikrobiellen Bt-Produkten wurde in einer 13-wöchigen subchronischen Fütterungsstudie an Ratten ein NOEL (No observed effect level) von 8400 mg mikrobielles Bt-Produkt/kg Körpergewicht/Tag festgelegt. Bei diesem NOEL handelt es sich um die höchste Dosis bzw. Konzentration, bei der unter der gegebenen Behandlung keine signifi-kante Wirkung auf den Organismus beobachtet werden kann. Da Tierversuche nur Modell-systeme für die Toxizitätsbestimmungen am Menschen darstellen, wurden zwei weitere Stu-dien durchgeführt. Bei diesen unabhängigen StuStu-dien wurden den freiwilligen Probanden täg-lich fünf Tage lang 1000 mg mikrobiellen Bt-Produktes (Cry1Aa, Cry1Ac, Cry1Ab, Cry1B, Cry2A) gegeben. Es konnten keine Toxizitäten bei den Probanden nachgewiesen werden.

Neben der Sicherheitsbewertung der Bt-Produkte ist es auch wichtig, gentechnisch veränderte Pflanzen, wie Bt-Mais, auf ihre Bedenklichkeit hin zu untersuchen. Auch hier sind Cry-Pro-teine mit denselben Wirkmechanismen enthalten. Diese Cry-ProCry-Pro-teine binden ebenfalls an spe-zifische Darmrezeptoren von Insekten und führen zum Tod der Insekten. Dies wiederum

im-Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 35 pliziert, dass bei einer nicht vorliegenden Toxizität von Bt-Produkten auch eine Toxizität bei Bt-Mais unwahrscheinlich ist. Die produzierten Proteinkonzentrationen liegen im Bereich von ppm-Mengen und die Cry-Proteine befinden sich in den Zellen der Pflanzen.

Ebenso wie bei den Bt-Produkten werden für eine Sicherheitsbewertung die Proteine Cry1, Cry2 und Cry3 auf ihre Toxizität hin untersucht. Hier werden akute, orale Toxizitätsstudien an Säugetieren durchgeführt.

Bisher konnten keine Toxizitäten an Säugetieren nach der Aufnahme von Bt-Pflanzen festge-stellt werden [44]. Der NOEL dieser Cry-Proteine in Bt-Pflanzen wurde bei 4000 mg/kg fest-gelegt (Tabelle 1).

Hier lag die verabreichte Menge an Proteinen tausendfach höher, als die Menge, die tatsäch-lich von diesen Pflanzen produziert wird. Zur Verdeuttatsäch-lichung geben BETZ et al. als Beispiel an, dass eine 60 kg schwere Person pro Tag ca. 240000 kg Getreide mit dem enthaltenen Protein Cry1Ab essen müsste, um diesen NOEL zu erreichen. Ein Getreide, das die Gencodie-rung für das Protein Cry1Ab aufweist, enthält ca. 1 ppm dieses Proteins pro Pflanzenzelle.

In Anbetracht der hohen Mengen, die aufgenommen werden müssten, ist davon auszugehen, dass von diesen Bt-Getreiden und Bt-Mais keine Gefahr für den Mensch und das Tier aus-geht, wenn sie diesen Produkten ausgesetzt sind oder diese als Nahrung aufnehmen würde.

Für die Wirksamkeit der Cry-Proteine müssen bestimmte Milieubedingungen gegeben sein, die durch Mensch und Tier nicht bzw. schwer realisierbar sind [57]. Als Protoxine können Cry-Proteine erst ihre Aktivität entfalten, wenn sie bei einem pH-Wert von 10 gelöst werden.

Abhängig vom Bereich des menschlichen Darms und der aufgenommenen Nahrung liegen daher die Proteine kaum gelöst vor, wenn sie den Bereich im Darm erreicht haben, bei dem ein pH-Wert von ca. 1,2 herrscht. Erst nach proteolytischer Spaltung liegen diese Proteine in ihrer aktiven, insektiziden Form vor. Die Cry-Proteine müssen auch in ihrer aktiven Form bleiben. Anderenfalls werden sie schnell verdaut und ausgeschieden. Wurden geringe Mengen des Proteins nicht ausgeschieden, so müssen für eine Aufnahme in den Gastrointestinaltrakt (GIT) Bindungsstellen für diese Proteine vorhanden sein. Wie oben erwähnt, bindet das Pro-tein an bestimmte Rezeptoren, die anschließend zur Porenbildung im Darm führen. Jedoch fehlen diese benötigten Rezeptoren in der Membran von Wirbeltieren weitestgehend.

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 36 Tabelle 1: Säugetiertoxizität von Bacillus thuringiensis Cry Proteinen^a aus gentechnisch verändertem Getreide: Ergebnisse

der Toxizitätsstudie an Tieren über die Bestimmung des NOEL. Berechnete eingesetzte Menge an Nahrung (NOEL Tierstudie/menschliche Expositionsrate) [44]

Cry

Protein Art der Studie

Ergebnisse (NOEL)^b [mg/kg/Tag]

Ergebnisse zur Toxizität Menge an eingesetzter

Nahrung ^c Referenzen

a Individuelle Cry Proteine wurden an Säugetieren getestet, anstelle einer mikrobiellen Mischung.

b Höchste Dosis bzw. Konzentration, bei der unter der gegebenen Behandlung keine signifikante Wirkung auf den Organismus beobachtet werden kann.

c Eingesetzte berechnete Menge:

KG/Tag)

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 37 Obwohl in In-vivo-Versuchen an Mäusen und Ratten spezifische Anbindungen des Cry1Ab Proteins im GIT nachgewiesen werden konnten, werden diese für den Organismus fremden Proteine schnell durch GIT-eigene Enzymsysteme und der Magensäure des entsprechenden Organismus abgebaut [56], [58].

In Studien an Mäusen konnte gezeigt werden, dass fremde DNS nach einer gewissen Zeit-spanne nicht mehr in den Tieren nachgewiesen wurden. Das wiederum bedeutet, dass diese organismusfremde DNS gar nicht in das Genom der Mäuse eingebaut werden konnte und es folglich zu keiner Synthese der Cry-Proteine kommt. Die Mäuse wurden über eine bestimmte Zeit mit hohen Mengen an Phagen-DNS gefüttert. Zunächst war es möglich, nach 2 bis 8 Stunden Fragmente der DNS nachzuweisen. Des Weiteren gelang es, diese DNS in den Zellen und Geweben des Immunsystems zu bestimmen, wo sie generell gespeichert werden könnten. Fragmente der fremden DNS konnten ebenso in Leukozyten und anschließend nach 24 Stunden auch in der Leber und Milz nachgewiesen werden [56]. Wurde aber der Messzeit-raum auf über 24 Stunden verlängert, so konnten keine weiteren Fragmente nachgewiesen werden. In Hinblick auf diese Ergebnisse bedeutet es, dass nach 24 Stunden keine Verstoffwechselung der Bt-Proteine abläuft.

Mit Hilfe von In-vitro-Versuchen wurde die Verdauungsgeschwindigkeit der Cry1-, Cry2- und Cry3-Proteine bestimmt. In der Regel sind die Klassen der Cry-Proteine 60 bis 130 kDa groß. Es konnte ermittelt werden, dass innerhalb von 30 Sekunden diese Proteine zu kleineren Einheiten von Polypeptiden verdaut werden, die nur noch ca. 2 kDa groß sind. Neben der di-rekten Bestimmung der Verdaulichkeit der Proteine, wurden auch Pflanzenbestandteile auf ihre Toxizität hin untersucht. Es sollte nicht nur geklärt werden, inwieweit Bt-Getreide in verschiedenen Organismen wirken, sondern auch die Verbreitung der Bt-Getreide und so ihr toxikologisches Potential in der Umwelt.

Des Weiteren kommt die EPA zu dem Schluss, dass von den Produkten, die Cry-Proteine enthalten und das für Insekten tödliche δ-Endotoxin produzieren können, keine toxischen Auswirkungen auf Vögel, Süßwasserfische, im Süßwasser lebende wirbellose Tiere und Para-siten, Honigbienen, Ringelwürmer sowie wildlebenden Säugetieren haben [55]. Diese Aussa-gen beziehen sich auf die erlaubten und registrierten Grenzwerte von B. thuringiensis enthal-tenem Getreide. Um die akuten, toxikologischen Eigenschaften der Cry-Proteine zu untersu-chen, wurden Blattgewebe, Pollen und Körner verschiedener Bt-veränderter Pflanzen an Tiere verfüttert. Hierbei stand die natürliche Bedingung der Tiere für eine Aufnahme gentechnisch veränderter Pflanzen durch die Nahrung im Vordergrund [44].

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 38 Bei einer Gabe von Cry-Proteinen, die 10fach bis 100fach höher waren als erlaubt oder auch üblich sind, wurden keine Veränderungen im Verhalten und Sterblichkeit verzeichnet.

An einer Untersuchung von Kühen, die Bt-Pflanzen gefressen hatten, konnten bisher nur kleine DNS-Fragmente (<200 bp), u. a. in den Lymphozyten des Blutes der Kühe, nachgewie-sen werden. Abgesehen von weiteren geringen Mengen an Bt-Gen-Fragmenten in Kuhmilch, konnten keine weiteren Nukleinsäuren in Muskeln, Leber, Milz oder auch Nieren der getes-teten Futtertiere nachgewiesen werden [56]. Kühe oder Schafe können ganze Pflanzenteile oder nur Teile der GVOs durch Grasen von den Feldern fressen (Abbildung 9). Hinsichtlich der Anatomie der Kühe muss beachtet werden, dass diese Tiere drei Vormägen haben. Nach der Aufnahme der Speise, gelangt der Speisebrei in den ersten Vormagen, den Pansen. Hier wiederum leben zahlreiche Mikroorgansimen, wie Bakterien und Protozoen, die in der Lage sind, Nukleasen abzugeben und die Pflanzen und so auch die aufgenommenen DNS zu ver-dauen. Die Kuh nimmt dabei auch Bodenmaterial über die Nahrung auf [8]. Die Partikel und der weitere Speisebrei gelangen bis in den zweiten Vormagen. Hier liegen saure Bedingungen vor, die dem pH-Milieu des menschlichen Magens entsprechen. Wie schon im Abschnitt 11 erwähnt wurde, wäre das Genmaterial unter diesen Bedingungen nicht stabil und eine Resis-tenzentwicklung der im Wiederkäuer enthaltenen Bakterien ist damit unwahrscheinlich bzw.

sehr gering. Die Verdauungsgeschwindigkeit dieser fremden DNS ist ca. bei 30 Sekunden und der Anteil an verdauungsstabilen DNS-Sequenzen beträgt ca. 4 % der vom Darm aufgenom-menen DNS. Abgesehen davon, müssten diese Bakterien fähig sein, diese DNS aufzunehmen und anschließend zu vervielfältigen. Hierfür ist jedoch eine Transformation der Bakterien nötig (siehe Abbildung 8).

Werden weitere Arten von Lepidoptera betrachtet, so haben diese eine geringe Empfänglich-keit. Die geringe Beeinflussung weiterer Arten der Lepidoptera sei lediglich in den frühen Stadien der Entwicklung gegeben. Da die Infektionsgefahr mit Bacillus thuringiensis viel-mehr die jungen Stadien der Insekten betrifft, ist auch bei den ausgewachsenen Insekten keine Sterblichkeit durch eine Nahrungsaufnahme von Bt-Produkten zu erwarten. In den frühen Wachstumsphasen muss die Larve das Protein im quantitativen Maß aufnehmen, so dass eine Veränderung des Lebenszyklus satt finden kann [44]. Die potentielle Exposition dieser Lepidoptera durch Bt-geschützte Pflanzen limitiert sich ferner auf das Fressverhalten dieser Insekten.

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 39 Insekten, die ihre Nahrung von diesen Getreidesorten beziehen, die jetzt mit Bt geschützt sind, stellen ein gewisses Risiko für diese Pflanzen dar und sollen vernichtet werden.

Andere Insekten dieser Gruppen ernähren sich selten von diesen Getreidesorten. Wie eben erwähnt wurde, sind Schmetterlinge, die natürlicherweise nicht von Bacillus thuringiensis befallen werden, nur an dem Nektar dieser Pflanzen interessiert. Da hier der Gehalt an Cry-Protein sehr gering ist, stellen diese Pflanzen für die Schmetterlinge keine Gefahr hinsichtlich einer Sterblichkeit dar.

Dennoch besteht ein potentielles Risiko der Verbreitung von Bt-geschützten Pflanzen durch Pollenverbreitung. Voraussetzung ist, dass die Pollen in ausreichender Menge auf den Pflan-zen verteilt werden und auf dieser Pflanze verbleiben, um von den eigentlich nicht potentiel-len Zielorganismen aufgenommen zu werden. Diese Lepidoptera müssen anschließend sensi-tiv gegenüber den Cry-Proteinen sein. Bisher konnte aber keine Verringerung der Populatio-nen z. B. innerhalb der Schmetterlingsarten beobachtet werden. Die Pollenverbreitung von Bt-Pflanzen nimmt mit dem Abstand zum Acker und bei starkem Regenfall, Windstärke und Entfernung zum Feld (ca. 10 m) bis zu 90 % ab. Folglich nimmt auch die Verbreitungswahr-scheinlichkeit dieser Bt-Pflanzen ab. Dies wiederum spricht dafür, dass ein Mindestabstand vom GVO-Acker zum konventionellen Ackerbau von 150 m und 300 m zum ökologischen Anbau ausreicht (siehe Abschnitt 2.2).

Um sicher zu gehen, dass diese Mindestabstände genügen, wurden in Bayern und Sachsen 2004 und 2005 Feldversuche gestartet [59], [60]. Beide Erprobungsanbauten beziehen sich auf die Auswirkungen von gentechnisch verändertem Mais. Es wurden die Pollenverbreitung, die Witterungsbedingungen und die Windgeschwindigkeit berücksichtigt. In Sachsen wurden an zwei Versuchsfeldern Proben aus konventionellem Anbau untersucht, die sich im Abstand von 25, 50, 75, 100 und 150 m zum GVO-Acker befanden. Bereits bei einem Abstand von 25 m lag der GVO-Eintrag des Bt-Mais auf den konventionellen Mais unter der Kennzeich-nungsgrenze von 0,9 %. Auch bei starken Windverhältnissen konnte in Sachsen ermittelt wer-den, dass die Pollen hauptsächlich im Bereich des GVO-Ackers blieben. Ab einem Abstand von 150 m zum Bt-Maisfeld ist die Pollenverbreitung und das Auskreuzungspotential fast Null.

Im Erprobungsversuch durch die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft wurde in ver-schiedenen Bundesländern Deutschlands die Ausbreitung der Pollen von Bt-Mais auf kon-ventionelle Felder untersucht. 2004 konnten keine Überschreitungen des Schellenwertes von 0,9 % ermittelt werden. Jedoch kam die Landesanstalt 2005 zu dem Schluss, dass vereinzelt Überschreitungen aufgetreten sind, wenn der Abstand zwischen den Feldern 20 m betrug.

Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 40 Diese sei bedingt gewesen durch die starken Windverhältnisse. Es wird ein Mindestabstand von 100 m empfohlen.

In Anbetracht der derzeitigen Lage in Deutschland, wo kein Genmais angebaut wird, gelten diese Mindestabstände erst dann, wenn ein Anbau an Bt-Mais für die Chemie- und Papierher-stellung wieder zugelassen werden sollte.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass unter den bisher möglichen Sicherheitsvorkeh-rungen (wie Mindestabstände zwischen den Feldern) und mit Hilfe der derzeitigen Untersu-chungs- und Nachweismethoden, keine Gefahr für Menschen und Tiere hinsichtlich einer toxischen Wirkung durch Cry-Proteine zu befürchten ist. Der Eintrag der Cry-Proteine durch Pollenflug sei nach Angaben der sächsischen und bayerischen Landesanstalten gering. Es fehlen die benötigten optimalen Bedingungen für die Wirkung, der Pollenverbreitung, die Stabilität der Cry-Proteine sowie die Anbindungsstellen für die Proteine im menschlichen und tierischen GIT.

Bt-geschützte Pflanzen, die auf den Markt gebracht werden, müssen ebenso gewährleisten, dass sie substantiell mit den natürlich angebauten Pflanzen äquivalent sind. Keine zugelassene gentechnisch veränderte Pflanze hat bisher toxikologischen Veränderungen in der Morpholo-gie, in dessen genetischen Sequenzen oder durch unerwünschte biologische Modifikationen, verglichen zu den natürlichen Pflanzen, gezeigt. Nichtdestotrotz ist der aktuelle Einsatz als Lebens- und Futtermittel von Bt-Mais in Deutschland weiterhin verboten.