Ist eine Maispflanze erfolgreich gentechnisch mit Bacillus thuringiensis verändert wurden, müssen die Fragen geklärt werden, was u. a. nach der Aussaat, Kultivierung oder der Ernte mit dem Pflanzenmaterial erfolgt. Was geschieht mit den DNS-Fragmenten aus denjenigen Pflanzen, welche durch Umpflügen, Dreschen etc. nicht geerntet werden konnten und auf den Feldern liegen bleiben?
Aus Studien geht hervor, dass pflanzliche DNS, aus transgenen Pflanzen, im Boden überdau-ern kann [49], [50].
Stabilität gentechnisch veränderter DNS 30 Zunächst soll auf die Abgabe der DNS durch die Pflanze an die Umwelt eingegangen werden.
Es ist möglich, dass die bakterielle DNS aus der transgenen Pflanze direkt oder indirekt in die Umwelt gelangt. Wenn zum einen die transgene Pflanze abgestorben ist, kann diese in Form der Autolyse, Inhalte des Zytoplasmas und der DNS freisetzen. Zum anderen kann die DNS direkt über den Weg der Ausscheidung abgegeben werden [51]. Andere Mikroorganismen im Boden wären dann in der Lage, diese transgene DNS aufzunehmen und stabil in das eigene Genom einzubauen. Indirekt könnten die fremden Nukleinsäuren durch den Faeces der ge-nannten Mikroorganismen ausgeschieden werden (Abbildung 5). Der Faeces ist die unvoll-ständige Verdauung aufgenommener Substanzen.
Ferner ist ein Eintrag des Genmaterials durch die Ernte der GVPs und nach dem Pflügen des Feldes möglich [8]. Die auf dem Feld und Boden zurückbleibenden Pflanzenreste können so an die Bodenpartikel adsorbieren. In den Pflanzenresten können die Zellen soweit zerstört sein, dass die DNS aus dem Nukleus freigesetzt ist, um anschließend in das Erdreich zu ge-langen.
Für einen horizontalen Gentransfer müssten diese Mengen an freier Nukleinsäure im Bereich von Kilobasen oder höher liegen.
Abbildung 9 Verbreitung von Bakterien und bakterieller Gene in der Umwelt.
Die dunklen Pfeile zeigen die Übertragungswege der Bakterien bzw. bakterieller Gene zwi-schen den Tieren, Menzwi-schen und der Umwelt. Die hellen Pfeile geben wider, inwiefern eine Selektion durch den Einsatz von Antibiotika ausgelöst werden kann. Vielfach werden Antibio-tika bei der Therapie von Menschen und in der Tierhaltung eingesetzt, wobei sie auch im Futter der Tiere enthalten sein können. Daher ist eine Ausscheidung geringer Mengen an Antibiotika über den Faeces und den Urin möglich. Eine Abgabe in den Erdboden sowie ins Grundwasser ist wahrscheinlich [26].
Stabilität gentechnisch veränderter DNS 31 Ist die DNS einmal abgegeben und in den Boden gelangt, hängt die Stabilität und der Umfang einer Adsorption der empfindlichen Nukleinsäuren von den Parametern wie die Enzymakti-vität im Boden, dem pH-Wert, der Konzentration an Nukleinsäuren, der Wertigkeit der Ka-tionen (z. B. Natrium, Calcium und Magnesium) und die Art der Mineralien des Bodens ab [50].
Würde beispielsweise der pH-Wert des Bodens bei 1 liegen, so wäre eine Denaturierung der DNS und folglich eine Deaktivierung der DNS wahrscheinlich. Ist die DNS gebunden an Mi-neralien, ist die Resistenz gegenüber ubiquitärer Nukleasen höher, als wenn sich die DNS frei in der Lösung befinden würde. Wohingegen Temperaturänderungen und die Größe der DNS nur einen geringen Einfluss auf die Stabilität und so auf die Adsorption an natürliche Minera-lien haben [52]. Eine Temperaturänderung im Bereich von 0-45 °C hat kaum einen Einfluss auf die Transformationsrate der Bakterien und kann folglich keine erhöhte DNS-Aufnahme bedeuten.
Die Freisetzung bakterieller DNS aus der Pflanze ist zusätzlich abhängig vom Wasserpoten-tial in der Pflanze sowie der vorliegenden Salzkonzentration [51]. Handelt es sich um tro-ckene Böden oder ist eine hohe Konzentration an Polysacchariden gegeben, so ist der Abbau der Nukleinsäuren langsamer aufgrund geringerer Nukleaseaktivität. Im Gegensatz dazu würde eine hohe Konzentration an Proteasen die Nukleaseaktivität erhöhen. Proteasen spalten Proteine und Peptide [53].
Stirbt eine Zelle oder ein Zellkomplex aus einer GVP ab, so wird auch die Enzymaktivität im Boden soweit angeregt, dass die Nukleaseaktivität im Erdboden steigt. Es kommt vermehrt zum DNS-Abbau und es entstehen kleinere Einheiten von Phosphat, Zucker und Stickstoff.
Die Nukleaseaktivität steht demzufolge in direkter Konkurrenz zur Stabilisierung und Integ-ration der Fremd-DNS in das Erbmaterial des Empfängers. Folglich müsste die DNS lange genug an den Bodenpartikeln haften bleiben, damit diese Fremd-DNS in den nächsten Orga-nismus eingebaut werden kann. Für eine lange Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Boden spricht aber, dass die freie DNS im Boden eine sehr kurze Halbwertszeit aufweist. Angegeben werden Halbwertszeiten von 9 bis 28 Stunden. In Gewässern liegen die Halbwertszeiten sogar nur bei einer Minute bis zu wenigen Stunden, im Verdauungstrakt von Mikroorganismen we-nige Sekunden bis Stunden [54]. Grund hierfür sind die schon erwähnten die sog. Nukleasen.
Ist das Bakterium ebenso erhöhten Stressfaktoren (wie Nahrungsmittelknappheit) ausgesetzt, ist eine DNS-Aufnahme horizontal nicht auszuschließen.
Es bedeutet aber auch, dass eine geringe Aufnahme von Fremd-DNS in den Empfänger nicht vollständig ausgeschlossen werden kann und die Möglichkeit besteht, dass die DNS stabil in
Risikobewertung gentechnisch veränderter Lebens- und Futtermittel 32 das Genom eingebaut wird. Positiv wirken sich hierbei homologe Sequenzen aus, welche in der bakteriellen, fremden DNS und im Empfänger-Genom enthalten sind [49], [50].
Gegen einen Gentransfer über die Artgrenzen hinaus spricht jedoch der natürliche Schutz der Bakterien gegenüber „fremden“ Modifikationen der Gene. Für eine Rekombination ist eine stabile Integration in das Genom des Empfängers nötig und durch die Änderung des Genoms des Mikroorganismus muss es zu einem Selektionsvorteil in der Umwelt führen.
Schlussendlich bedeutet es, dass nach der Freisetzung des fremden DNS eine Adsorption der DNS an Bodenpartikel möglich ist, jedoch kurze Halbwertszeiten der Bindung an die Bodenpartikel bestehen. Dennoch muss genügend DNS zur Verfügung stehen und optimale Milieubedingungen vorliegen, damit die DNS nach der Adsorption wieder von anderen Bakterien aufgenommen werden kann.