Archiv "Gentechnisch modifizierte Mikroorganismen" (19.07.1993)

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MEDIZIN DIE UBERSICHT

Gentechnisch modifizierte Mikroorganismen

Rudi F. Vogel

und Walter P. Hammes

Problematik

Die Biotechnologie verwendet Pflanzen, Tiere und Mikroorganis- men zur Herstellung nützlicher Pro- dukte, die unter anderem auch der Lebensmittelerzeugung dienen. Da- bei werden sowohl alte Verfahren verbessert als auch neuartige entwik- kelt. Bei der Herstellung von Lebens- mitteln hat die Biotechnologie eine lange Tradition, und Fermentations- prozesse zur Herstellung von Bier, Wein, Käse, Essig, Rohwurst usw.

liefern heute etwa ein Viertel unse- rer Lebensmittel, zu denen gerade die sensorisch interessanten und nu- tritiv wertvollen gehören. Die zuneh- mende Kenntnis der beteiligten Mi- kroorganismen, insbesondere Milch- säurebakterien und Hefen erlaubte es, die bisher spontan ablaufenden Fermentationen mit selektionierten und ihrer Natur und Wirkung nach gut untersuchten Mikroorganismen auszuführen, die in sogenannten Starterkulturen den Fermentations- substraten zugesetzt werden. Sie hal- ten den hygienischen Status und die Sensorik der Produkte auf einem re- produzierbar hohen Stand und sind damit eine wesentliche Vorausset- zung für die Produktion im industri- ellen Maßstab. Eine Übersicht über die Starterorganismen in Lebensmit- telfermentationen gibt Tabelle 1.

Der Fortschritt in der modernen Biotechnologie in den vergangenen zwanzig Jahren schließt eine gezielte Veränderung der Starterorganismen mit Hilfe der Gentechnik ein. Sie er- möglicht eine vielversprechende Er- weiterung der Anwendbarkeit von Lebensmittelfermentationsorganis- men als verläßliche, nützliche Star-

Möglichkeiten

und Grenzen bei der Herstellung

von Lebensmitteln

Der Kontakt zwischen dem Lebens- mittel-Konsumenten und den Mikro- organismen in der Nahrung ist be- sonders eng. Gentechnisch veränderte Organismen und Lebensmittelzusatz- stoffe, die mit ihrer Hilfe erzeugt wurden, sind in Lebensmitteln daher besonders kritisch zu bewerten. An- dererseits gibt es Chancen, mit Hilfe der Lebensmittelfermentationsorga- nismen die Lebensmittel in ihrem hy- gienischen und ernährungsphysiolo- gischen Wert zu verbessern, Ressour- cen einzusparen und die Umwelt zu schonen. Die Chancen und Risiken müssen objektiv verglichen werden.

terkulturen oder Produzentenorga- nismen (4, 5). Hieraus resultieren wesentliche Fortschritte in der Kon- trolle und Anwendung biologischer Prozesse bei der Herstellung von Le- bensmitteln und Stoffen für die Le- bensmitteltechnologie. Die in Tabelle 2 dargestellten Möglichkeiten der Gentechnik schließen insbesondere ein, daß die Lebensmittel in ihrem hygienischen und nutritiven Wert verbessert werden, daß Energie ein- gespart und Ressourcen besser genutzt werden. Ein Interesse an dieser neuen Technologie ist damit angera- ten.

Institut für Lebensmitteltechnologie Fachgebiet für Allgemeine Lebensmittel- technologie und Lebensmittelmikrobiolo- gie, Universität Hohenheim

Allerdings stehen diesen Chan- cen potentielle Risiken gegenüber, und es ist gerade für die Lebensmit- tel und besonders in Deutschland kennzeichnend, daß die Verbrau- cherschaft äußerst sensibel auf diese Entwicklung reagiert und Teile der Bevölkerung sie grundsätzlich ableh- nen. In der Tat ist der Kontakt zwischen Mikroorganismen und dem Menschen nirgendwo unmittelbarer und enger, als wenn sie mit dem Le- bensmittel verzehrt werden und in den Körper gelangen. Andererseits bewegen wir uns mit den Fermentati- onsorganismen in Lebensmitteln auf einem sicheren Boden, da wir hier auf eine jahrtausendealte Erfahrung und sichere Tradition aufbauen kön- nen. Bestimmte Befürchtungen haben daher gerade bei diesen Organis- men einen besonders geringen Grad an Realität.

Mikroorganismen und Lebensmittel

Die Beziehung zwischen Le- bensmitteln und Mikroorganismen ist in Abbildung I dargestellt. Mikro- organismen können einerseits nach- teilig auf Lebensmittel wirken und den Verderb, beziehungsweise als to- xinogene oder pathogene Keime, Le- bensmittelvergiftungen verursachen.

Andererseits können sie C) selbst Lebensmittel sein, C Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Enzyme produzieren, die für den Herstellungsprozeß erforderlich sind, und0 Lebensmit- tel veredeln beziehungsweise konser- vieren. Während Mikroorganismen als Nahrung, etwa in Form von „sin- gle cell protein" gegenwärtig ver-

Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 28/29, 19. Juli 1993 (33) A1-1997

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Tabelle 1: Wesentliche Gattungen, die Starterorganismen für Lebensmittelfermentatio- nen beinhalten

MEDIZIN

nachlässigbar sind, sind die Fälle 2 und 3 von erheblicher Bedeutung.

Bei der Verwendung gentechnisch veränderter Mikroorganismen sind diese Prozesse hinsichtlich einer Si- cherheitsbetrachtung grundsätzlich zu unterscheiden. Sie werden des- halb nachfolgend getrennt betrach- tet.

Biotechnisch erzeugte Stoffe

Mikrobiell erzeugte Produkte erfüllen vielfältige Funktionen als Zusatzstoffe bei der Lebensmittel- verarbeitung. Eine Übersicht gibt Ta- belle 3. Diese bisher in klassisch-biotechnischen Verfahren hergestellten Stoffe sind sowohl in ihrer Ton- nage als auch in ihrem Produktions- wert die wichtigsten Produkte der Biotechnologie. Nachteile bei ihrer Erzeugung ergeben sich oftmals aus der Erfordernis, daß schwer verfüg- bare Substrate benötigt und geringe Ausbeuten erreicht werden, sowie aus der Tatsache, daß viele Stoffe in den Zellen verbleiben und in nach- folgenden Prozessen, dem sogenannten „downstream processing" aufge- reinigt werden müssen. Daraus ergeben sich als Zielsetzungen für eine gentechnische Modifikation der Pro- duzentenorganismen, daß sie aus reichlich vorhandenen Reststoffen als'Substrate in hoher Ausbeute Stof- fe produzieren sollen, die in das Fer- mentationsmedium ausgeschieden werden, woraus sie leicht gewonnen werden können. Dies kann durch Einbringen neuer Gene oder durch gezielte Umleitung von Stoffwechsel- wegen, dem sogenannten „metabolic

engineering" erreicht werden. Neben klassisch mikrobiellen Produkten können auch mikrobiell bisher nicht herstellbare sowie neuartige Stoffe erzeugt werden.

Zusatzstoffe

Die Erhöhung beziehungsweise Vereinfachung des Hestellungspro- zesses mikrobiell erzeugter Zusatz- stoffe aus konventioneller Produk- tion kann in vielen Fällen durch gentechnische Veränderung der Produk- tionsorganismen erreicht werden. Als

DIE ÜBERSICHT

Gattungen

■ Eukaryonten 1. Hefen:

— Brettanomyces

— Candida

—Debaryomyces

— Kluyveromyces Saccharomyces*

— Schizosaccaromyces 2. Schimmelpilze:

—Aspergillus

— Actinomucor

— Geotrichum

— Monascus

— Mucor

— Neurospora

— Penicillium *

— Rhizopus

■ Prokaryonten

1. Gramnegative Bakterien:

—Acetobacter

— Halomonas

— Vibrio

— Zymomonas

2. Grampositive Bakterien:

a) Milchsäurebakterien:

— Lactobacillus*

— Lactococcus*

— Leuconostoc *

— Pediococcus*

— Streptococcus b) Andere aerobe und

fakultativ anaerobe Bakterien:

— Bacillus

— Brevibacterium

— Micrococcus*

— Propionibacterium

— Staphylococcus*

— Streptomyces

Produkte

Bier

Kefir, Rohwurst Rohwurst

Kefir, alkoholische Getränke

— alkoholische Getränke, Brot und Backwaren, Sojasauce

—alkoholische Getränke

—(Koji), Sojasauce, Rohschinken

—Meidouzha, Sufu Käse

—roter Reis Käse Ontjom

Käse, Rohwurst Tempeh

—Essig

—Rohschinken

—Matjes

—alkoholische Getränke

fermentierte Milch, Butter, Käse, Wein, Brot und Backwaren, Sau- erhaut, fermentierte Gemüse und Gemüsesäfte, Bier, Roh- wurst

fermentierte Milch, Butter, Käse

fermentierte Milch, Butter, Käse, Wein, fermentierte Gemüse Rohwurst, fermentierte Gemüse, Oliven, Sojasauce, fermentierter Fisch

Joghurt, Käse

—Natto

—Käserinde und Käseschmiere

—Rohwurst

—Käse

—Rohwurst

* enthalten die wesentlichen Starterorganismen

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Tabelle 2: Erkennbare Ziele einer gentechnischen Modifikation von Starterkulturen für die Lebensmittelerzeugung (modifiziert nach [1])

1. Reduktion des hygienischen Risikos

z. B. Antagonismus zu Lebensmittelvergiftern, Entfernung von Toxi- nen aus Rohwaren oder mikrobiellen Ursprungs

2. Erhöhung des ernährungsphysiologischen Wertes z. B. Vitamin^-und Aminosäureanreicherung

3. Produktion unter verbesserten ökologischen Gesichtspunkten z. B. Einsparung von Energie, Nutzung neuer Ressourcen unter Ein- schluß bisher ungenutzter Reststoffe

4. Erhöhung der Prozeßsicherheit

z. B. durch Phagenresistenz, Verringerung des Risikos eines Verlu- stes an metabolischen Leistungen durch Inkorporation plasmidco- dierter Gene in das Bakterienchromosom, Erhöhung der Wettbe- werbsfähigkeit

5. Vereinfachung des mikrobiologischen Geschehens

z. B. Kombination von Eigenschaften in einem einzigen Organismus, wie Malatabbau in Hefen, Nitratreduktion in Milchsäurebakterien 6. Verbesserung der ökologischen Anpassung

z. B. Killerfaktoren, Bakteriozine 7. Ökonomische Produktion

z. B. Verkürzung der Prozeßzeit 8. Effizienzverbesserung

z. B. Erhöhung oder Neuerwerb wünschenswerter Leistungen wie:

erweitertes Vergärungsspektrum, Prototrophie, stärkere oder neue Aromen, bessere Farbe

9. Zugang zu neuen Produkten

z. B. lite beer, Obst- und Gemüsesaftpräparationen, Metabolite und Enzyme mit niedrigem Risikopotential (da von STIFF-Organismen produziert)

MEDIZIN

Beispiel für ein erst neuerdings mikrobiell herstellbares Produkt sei hier Aspartam, ein Dipeptid aus As- paraginsäure und Phenylalanin, genannt. Mit Hilfe gentechnisch modifizierter Organismen kann dieser als konventioneller Stoff bereits vielfäl- tig angewendete Süßstoff gewonnen werden. Durch das Einbringen eines synthetischen Gens in Bakterien wird ein Polypeptid gewonnen, das aus einer alternierenden Folge dieser Ami- nosäuren besteht. Dieses kann nachfolgend enzymatisch zu Aspartam ge- spalten werden (2). Auch der Süß- stoff Thaumatin, der ein Pflanzen- protein aus den Früchten des afrika- nischen Strauches Thaumatococcus danielli Benth ist, konnte mittels eines modifizierten Streptococcus lactis- Stammes hergestellt werden (7).

Enzyme

Bei der Herstellung von Lebens- mitteln, aber auch in der Lebensmit- telanalytik finden Enzyme eine viel- fältige Anwendung. Klassischerweise werden sie aus pflanzlichen, tieri- schen oder mikrobiellen Quellen iso- liert. Eine Übersicht über mikrobiell technisch erzeugte Enzyme mit An- wendung in der Lebensmittelverar- beitung ist in Tabelle 3 enthalten.

Durch Verwendung gentechnischer Methoden kann nicht nur die Aus- beute und Reinheit der Präparate er- höht werden; es können vielmehr auch Enzyme pflanzlichen oder tieri- schen Ursprungs in den leicht zu handhabenden Mikroorganismen erzeugt werden. Darüber hinaus kön- nen über gezielte Veränderung der entsprechenden Gene im Prozeß des sogenannten „protein engineering"

neue Enzyme konstruiert werden, die in ihren Eigenschaften, etwa Sub- stratspezifität, thermo- oder pH-Sta- bilität, optimal den Prozeßbedingun- gen angepaßt sind.

Ein Beispiel für ein Enzym tieri- schen Ursprungs, das sich aus mikro- bieller Produktion bereits im Einsatz befindet, ist das Labferment, das im biochemischen Sprachgebrauch Chy- mosin genannt wird. Lab wird kon- ventionell aus dem vierten Magen junger Kälber gewonnen und ist un- erläßlich für die Käseherstellung.

Chymosin katalysiert die Spaltung

DIE UBERSICHT

des x-Caseins unter Bildung von pa- ra-x-Casein und einem Makropeptid.

Diese Reaktion führt zur Destabili- sierung der Caseinmizelle und somit zur Koagulation der Milch. Die Not- wendigkeit der biotechnischen Pro- duktion dieses Enzyms ergab sich einerseits aus der mangelnden Verfüg- barkeit dieses Enzyms durch das Schlachten größerer Kälber und andererseits aus der erhöhten Nachfra- ge nach Käse, die weltweit Steigerun- gen von sechs Prozent jährlich er- fährt.

Gegenwärtig sind drei Präparate zur Marktreife entwickelt worden,

und in den USA werden bereits 30 Prozent des Käses mit einem derarti- gen Produkt erzeugt, nämlich mit Chymosin A aus Escherichia coli K-12. Daneben gibt es auch Chymo- sin B aus Kluyveromyces lactis und aus Aspergillus niger var. awamori. Die Er-

zeugung von Chymosin mit Hilfe von Kluyveromyces lactis folgt dem nativen Vorbild, indem ein Präproenzym gebildet wird, das während der Ex- kretion und durch die nachfolgende säurekatalysierte Spaltung zum akti- ven Enzym umgewandelt wird. Das Produkt wurde umfangreichen Un- tersuchungen unterzogen, die wegen Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 28/29, 19. Juli 1993 (37) A1-2001

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Verderber Starterkultur

Verderber Schutzkultur 4160MMI»

Fermentation (Verarbeitungsprozess)

Produkt

verderblich haltbar

evtl. -hygienisches Risiko hygienisch sicher -sensorisch unattraktiv sensorisch attraktiv

-schlecht verdaulich hoher Nährwert

Abbildung 1: Beziehungen zwischen Mikroorganismen und Lebensmittel MEDIZIN

ihres Beispielcharakters in Tabelle 4 dargestellt sind. Es ist identisch mit dem nativen Chymosin, enthält weni- ger als 2 ng/ml rekombinierte DNA — was der damaligen Nachweisgrenze entspricht — und erhielt von der WHO bei der toxikologischen Bewer- tung einen nicht „spezifizierten" AD- I-Wert, das heißt, es ist ohne erkennbare Risiken. Bemerkenswert ist auch, daß das gentechnisch herge- stellte Produkt in seiner technischen Wirkung nicht vom traditionellen Präparat unterschieden werden kann. Dies gilt ebenso für die Pro- dukte aus E. coli und Aspergillus niger.

Neben Chymosin wurden auch drei in Bazillen klonierte Amylasen von der WHO toxikologisch bewertet, und zahlreiche Veröffentlichungen über erfolgte Genexpression für Le- bensmittel nutzbarer Enzyme deuten auf eine mögliche Anwendung. Alle diese Produkte sind in einem sicheren „Containment", das heißt im Fer- menter erzeugt worden, so daß keine Freisetzung der rekombinanten Pro- duktionsorganismen erfolgt.

Fermentations- organismen

Lebensmittelfermentationen sind das ureigene Feld der Lebens- mitteltechnik. In ihnen werden die Stoffwechselleistungen von Mikroor-

DIE UBERSICHT

ganismen genutzt, um Rohmateriali- en in haltbare und hygienisch sichere Produkte umzuwandeln, und auch, um die uns bekannte Vielfalt der Nahrungsmittel zu erhalten. Die Mi- kroorganismen, die an der Fermenta- tion dieser Lebensmittel beteiligt sind, verbleiben in vielen Fällen tot (nach Pasteurisierung der Produkte) oder lebend im Produkt und werden vom Konsumenten aufgenommen.

Abbildung 2: Hemmung von Mikroorganismen durch bakteriozinbilden- de Laktobazillen: Kolo- nien von Laktobazillen wurden mit Keimagar überschichtet. Dieser enthielt Indikatororga- nismen, die nach Inku- bation im Brutschrank zu einem Zellrasen her- anwachsen. Die Hem- mung der Indikatoror- ganismen ist durch Bil- dung klarer Höfe um die Laktobazillenkolo- nien zu erkennen. Der Hemmeffekt wird in Ge- genwart einer Protease aufgehoben, die das Bakteriozin zerstört (s.

Pfeile) und damit seine Proteinnatur aufzeigt.

Die Genetik und Gentechnik kann dazu beitragen, daß die beteiligten Mikroorganismen sicher und schnell identifiziert und die Auswirkungen ihrer spezifischen Leistungen auf das Produkt abgeschätzt werden können.

Darüber hinaus können ihre Leistun- gen gezielt verändert und erweitert werden.

Welche Perspektiven für die Starterkulturen erkennbar sind, beziehungsweise welche Ziele Gegen- stand der bisherigen Forschung sind, ist in Tabelle 2 enthalten. Die wesentlichen Gattungen von Fermentati- onsorganismen gehören zu den He- fen und Milchsäurebakterien (siehe Tabelle 1). Dementsprechend kon- zentriert sich die anwendungsbezo- gene Gentechnik auf diese Mikroor- ganismen, die nachfolgend behandelt werden sollen.

Hefen

Für einen gentechnisch modifizierten Hefestamm gab es auch bereits eine Anwendungszulassung in Großbritannien. Während die Wild- hefe Glukose und Maltose nachein- ander verwertet, ist diese auf Katabo- litrepression beruhende Regulation im rekombinanten Stamm ausge-

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Produktgruppe Beispiele

Tabelle 3: Biotechnisch erzeugte mikrobielle Produkte als Zusatzstoffe bei der Lebens- mittelverarbeitung

— Zitronensäure, Itaconsäure,

Gluconsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure,

Propionsäure, Milchsäure Glu, Lys, Cys, Tyr, His, Met

— Cobalamin, Riboflavin, 13-Carotin, Ascorbinsäure, Ergosterin

■ Fruchtsäuren

■ Aminosäuren

■ Vitamine

■ Geschmacksstoffe

■ Aromastoffe

■ Hydrokolloide

—Inosinsäure, Gulansäure

— Diacetyl, Essigsäure und komplexe Gemische, wie z. B. Käsearoma

—Alginate, Xanthan, Pullulan, Curdlan

— Amylasen (a-, iso-),

Arabinofuranidase, Cellobiase, Cellulase, Dextranase, Esterase, Galaktosidasen, (a-, ß-), ß-Glukanase, Glukoamylase, Glukose-oxidase, -isomerase,

Glukosidasen (a-, 13), Hemicellulase, Inulinase, Invertase, Katalase, Lipase, mikrobielles Lab, Naringinase, Pektinase, Pektinesterase, Pektinylase,

Polygalakturonase, Protease, Pullulanase, Tannase, Xylanase

■ Enzyme

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schaltet. Dies wurde durch den Er- satz der reprimierbaren Promotoren für die Gene der Maltosepremease und Maltase durch starke, konstituti- ve Promotoren der Alkoholdehydro- genase beziehungsweise des Elonga- tionsfaktors der Proteinbiosynthese erreicht. Die neue Hefe sorgt für einen möglichst schnellen Teigtrieb, da sie Glukose und Maltose von Anfang an ohne Verzögerung verwertet. Die britische zulassende Behörde hält eine Deklaration des mit dieser Hefe hergestellten Brotes nicht für erforderlich, da keine neuen Gene eingebracht worden sind, sondern nur Genrearrangements ausgeführt wurden, ein Vorgang, der auch ständig natürlicherweise abläuft, und der auch unter dem Begriff homologe Rekombination bekannt ist.

Weitere praxisreife gentechnisch modifizierte Hefen wurden für die Brauerei entwickelt. Hefen, die das Gen für a-Acetolactat-Decarboxy- lase aus Enterobakterien besitzen, bauen während des Brauprozesses gebildetes a-Acetolactat zu Diacetyl und in der Folge zu aromaschwachen Produkten ab. Dadurch werden un- erwünschte Aromakomponenten rasch entfernt, und der zeitraubende Prozeß der Nachgärung wird stark verkürzt (8). Andere rekombinante Hefestämme tragen Gene für ß-Glu- kanase, zum Beispiel aus Gerste. Sie bauen ß-Glukane ab, die nach unvoll- ständiger Mälzung in der Würze vor- handen sind und die Filtration des Biers erheblich behindern können (1). In beiden Fällen wurden art- fremde Gene in die Hefen eingebracht, so daß hier sicherlich eine umfassende Bewertung nötig ist.

Milchsäurebakterien Neben den Hefen sind die Milchsäurebaktieren die wichtigsten Fermentationsorganismen. Sie haben vielfältige Auswirkungen auf die Ei- genschaften der fermentierten Le- bensmittel, von denen die konservie- rende und hygieneverbesserende für die Lebensmittelqualität im Vorder- grund stehen. Die Forschung auf dem Gebiet der Milchsäurebakterien und insbesondere auch ihrer Genetik hat international eine starke

DIE ÜBERSICHT

Intensivierung erfahren. Es gibt bereits zahlreiche gentechnisch modifizierte Stämme, die jedoch nicht an- gewandt und freigesetzt wurden.

Auch wenn die praktischen Ziele einer gentechnischen Modifikation dieser Starterorganismen mangels Akzeptanz der mit rekombinanten Organismen erzeugten Produkte nicht erreicht werden, führen die gentechnischen Arbeiten zu wertvollen Kenntniserweiterungen auf vielen Gebieten (6). Für die lebensmit- teltechnische Praxis ist hierbei besonders interessant, daß Wege aufgezeigt werden, wie genetische Modifikatio- nen über natürlichen Gentransfer erreicht werden können. Darüber hinaus können rekombinierte Modell- organismen konstruiert werden, die sich in nur einer spezifischen Eigen- schaft von den Wildtypen unterscheiden. Mit diesen läßt sich in Pilotex- perimenten der Einfluß einzelner Ei- genschaften auf das Produkt in Ab- hängigkeit der Prozeßparameter un- tersuchen. Die gewonnenen Er- kenntnisse können danach sowohl

zur Prozeßoptimierung als auch zur Auswahl und Kombination geeigne- ter Wildtyp-Stämme herangezogen werden. Dies kann dann zum Bei- spiel in einer verbesserten Produkt- qualität resultieren.

Natürlicher Gentransfer Ein Beispiel für die Aufklärung und Nutzung des natürlichen Gen- austausches ist die Konstruktion pha- genresistenter Laktokokken. Bakte- riophagen können die Fermentati- onsorganismen abtöten und erhebliche Produktionsausfälle verursachen.

Beim Studium der Phagenresistenz wurden in gentechnischen Arbeiten die drei Mechanismen der Phagenre- sistenz und die Lokalisation der da- für erforderlichen Gene auf natürli- chen Plasmiden aufgeklärt. Zwei dieser Plasmide konnten dann durch Konjugation in einem Starterstamm vereinigt werden. Durch Verwen- dung des hochresistenten Stammes können Produktionsausfälle durch Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 28/29, 19. Juli 1993 (39) A1-2003

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Tabelle 4: Sicherheitsbewertung des Chymosins als Beispiel für gentechnisch erzeugte Stoffe

■ Mikrobiologische Sicherheit

—Ein sicherer Produktionsorganismus (Kluyveromyces lactis, entspricht dem vorgestellten STIFF-Konzept)

— Chromosomale Integration des Chymosingens (genetische Stabili- tät, reduzierte Befähigung zur Übertragung des Gens auf andere Organismen)

— Stabiler Erhalt der Produktivität über 66 überprüfte Generatio- nen. Dabei blieb die Integration des Gens lokal unverändert

— Geringe Emissionen der Hefezellen in die Umwelt

— Reduziertes Überleben der Hefen im Boden

—Abtötung der Hefen nach dem Prozeß

— Herstellung des Chymosins unter Einhaltung eines hohen Stan- dards an hygienischer Sicherheit mit speziell ausgebildetem Per- sonal

■ Produktsicherheit

—Das natürliche Chymosin aus dem Kälbermagen wurde von der amerikanischen FDA (food and drug association) als sicher bewertet

—Das gentechnische Produkt ist naturidentisch

—weitere Untersuchungen beinhalteten die akute Toxizität, sub- chronische Toxizität, Mutagenität und Allergenität

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Phagenbefall der Starterkultur in der Milchwirtschaft wirkungsvolll verhin- dert werden (Prof. C. Daly, Universi- ty College Cork, Irland, persönliche Mitteilung). Solche Organismen un- terliegen keiner Einschränkung in der Anwendung.

Anwendung

Sollen gentechnisch veränderte Starterorganismen angewendet werden, sind Argumente wie Qualitäts- verbesserung und Kostenreduktion von untergeordneter Bedeutung. An- dererseits gibt es erhebliche hygieni- sche Probleme in Lebensmitteln. In diesen Fällen kann eine Abwägung des realen Risikos durch eine Le- bensmittelvergiftung, zum Beispiel durch Salmonellen, Listerien oder Staphylokokken verglichen werden mit dem potentiellen Risiko, das aus der Freisetzung gentechnisch modifizierter Organismen resultiert. Die Reduktion solcher hygienischer Risi- ken kann zum Beispiel durch Starter- kulturen erreicht werden, die Bakte- riozine produzieren, die gezielt das Wachstum bestimmter Mikroorganis- mengruppen hemmen (9). Abbildung 2 zeigt die inhibitorische Wirkung eines Bakteriozinproduzenten, der in seinem Wirkungsspektrum auch Li- steria monocytogenes einschließt.

Auch die Bildung von Lysostaphin, das die Zellwände von Staphylokok- ken auflöst, oder lytische Enzyme aus listeriaspezifischen Bakteriophagen (Professor M. Gasson, AFRC-Insti- tut, Norwich, United Kingdom, per- sönliche Mitteilung) können zur Re- duktion hygienischer Risiken beitragen.

Beurteilungskriterien Bei der Anwendung gentechnisch modifzierter Starteroganismen erfolgt in vielen Fällen eine Freiset- zung, die durch das Gentechnikge- setz geregelt ist. Andererseits sind Starterkulturen Zusatzstoffe, deren Anwendung grundsätzlich die Zu- satzstoffverordnung regelt, von der sie jedoch ausgenommen sind. Es ist daher zu klären, ob gentechnisch modifizierte Starterorganismen anders

DIE UBERSICHT

Entsprechende Phagenenzyme lysieren Clostridium tyrobutyricum und können damit die Spätblähung von Käse verhindern, so daß kein Ni- trat mehr bei der Erzeugung von Hartkäse verwendet werden muß (Professor J. Venema, University of Groningen, Niederlande, persönliche Mitteilung). Arbeiten zur Klonierung und Expression von Bakteriozinen und Lysostaphin in Laktobazillen wurden in unserem Arbeitskreis durchgeführt (3, 9).

behandelt werden sollen und ob sie damit deklarationspflichtig sind.

In die Beurteilung eines potentiellen Risikos, das von diesen Orga- nismen ausgeht, sollte deren Her- kunft sowie die Art und Herkunft der neu eingebrachten Gene einbezogen werden. Dies gilt ebenso für rekombinante Produzentenorganismen von Zusatzstoffen, falls ihre DNA im Produkt verbleibt. Hierfür muß, zu- mindest bis hinreichende Erfahrun- gen vorliegen, eine Fall-zu-Fall-

Beurteilung durchgeführt werden.

Das geringste Risikopotential geht von Organismen aus, die eine sichere Tradition in der Nutzung bei Lebens- mittelfermentationen haben. Diese Organismen werden im folgenden als STIFF-Organismen (safe tradition in food fermentation) bezeichnet. Dies schließt viele Hefen sowie Milchsäu- rebaktieren ein, und es ist bemerkenswert, daß sich innerhalb der Vielfalt der an Lebensmittelfermen- tationen beteiligten Gattungen Lac- tococcus, Leuconostoc, Pediococcus und Lactobacillus keine pathogenen oder toxinogenen Vertreter finden.

Sie empfehlen sich damit auch besonders für die Produktion von Stof- fen und Enzymen.

Ebenso wie an die Produzenten- organismen sind hohe Anforderun- gen an die verwendeten Vektoren zu stellen, mit denen die neuen Gene eingebracht werden. Diese sollten möglichst ebenfalls aus einem STIFF-Organismus stammen, nur schwer auf andere Organismen über- tragbar sein und keine unerwünsch-

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MEDIZIN

ten Gene wie zum Beispiel Antibioti- karesistenzen enthalten. Dies kann durch Bestimmung ihrer Nukleotid- sequenz überprüft werden. Durch Verwendung möglichst homologer Systeme, das heißt, Wirtsorganismus, Vektoranteile und neue Gene stammen aus sehr nahe verwandten STIFF-Organismen, kann ein poten- tielles Risiko minimiert werden (10).

Die Verwendung eines solchen

„STIFF-Konzeptes" für die Kon- struktion und Beurteilung rekombi- nanter Organismen bei der Lebens- mittelherstellung scheint vorteilhaft und könnte sich als sehr hilfreich er- weisen, wenn eine Anwendung von gentechnisch verwendeten Mikroor- ganismen als akzeptabel befunden wird.

Ausblick

Durch die Anwendung der Gen- technik als Methode der modernen Biotechnologie öffnen sich auch für den Lebensmittelbereich viele neue Möglichkeiten, und es läßt sich erkennen, daß es außerhalb Deutsch- lands eine positive Sicht der Gen- technologie gibt. Es ist daher nicht unwahrscheinlich, daß in anderen Ländern die Einführung gentechnisch modifizierter Organismen bei der Lebensmittelherstellung auf we- niger Vorurteile stößt und diese Or- ganismen auch dort zugelassen und freigesetzt werden. Die sachliche Ab- wägung und internationale Diskus- sionen realer Risiken werden dann erbringen, ob die Chancen der Gen- technik bei der Herstellung von Le- bensmitteln genutzt werden können.

Deutsches Ärzteblatt

90 (1993) A 1 -1997-2006 [Heft 28/29]

Literatur

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2. Doel, M. T.; Eaton, M.; Cook, E. A.; Le- wis, H.; Patel, T.; Carey, N. H.: The expression in E. coli of synthetic repeating polymeric genes coding for poly (L-aspartyl-L-phenylalanine) Nucl.

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DIE ÜBERSICHT / FÜR SIE REFERIERT

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Cloning and expression of the lysostaphin gene in Bacillus subtilis and Lactobacillus easeL Lett. Appl. Microbiol. 14 (1992) 72-76

4. Hammes, W. P.; Vogel, R. F.: Gentechnik zur Modifizierung von Starterorganismen.

Lebensmitteltechnik 1-2 (1990) 24-32 5. Hammes, W. P.; Vogel, R. F.; Gaier, W.;

Knauf, H. J.: Genetic engineering — Mög- lichkeiten und Grenzen bei Lebensmit- teln. Lebensmitteltechnik 1-2,34-42 und 3 (1991) 112-118

6. Knauf, H. J.; Vogel, R. F.; Hammet, W.

P.: Genetik von Laktobazillen — Grundla- gen und potentielle Anwendung. BioEngi- neering 2 (1992) 58-64

7. Novak, S. R.; Batt, C. A.: Expression of the intensely sweet protein thaumatin in Streptococcus lactis. FEMS Microbiol.

Rev. 46 (1987) 15

8. Suihko, M.-L.; Blomqvist, K.; Penttilä, M.;

Gisler, R.; Knowles, J.: Recombinant brewer's yest strains suitable for brewing.

J. Biotechnol. 14 (1990) 285-300

Anfang der 70er Jahre hat sich die apparative Untersuchungstechnik der weiblichen Brust durch die Ein- führung einer neuen Gerätegenerati- on und die Verwendung feinauflö- sender Materialprüffilme entschei- dend verbessert. An der Universitäts- Frauenklinik Erlangen werden seit 1975 50 Frauen beobachtet, bei wel- chen ein Mammakarzinom ohne kli- nische Hinweiszeichen diagnostiziert und behandelt wurde. 50 Patientin- nen im frühen klinischen Stadium pT1 NO MO bildeten ein Vergleichs- kollektiv im Sinne von „matched pairs".

Im Beobachtungszeitraum starben aus der Gruppe der Patientinnen mit okkultem Brustkrebs zwei Frau- en. Sie waren zum Zeitpunkt der Pri- märbehandlung im Stadium pT1 NO MO 44 und 47 Jahre alt, wurden modifiziert radikal mastektomiert und überlebten acht Jahre.

Aus der Gruppe „klinisches Kar- zinom" starben 13 Patientinnen. Die unterschiedlichen Überlebenszeiten nach Kaplan-Meier sind eklatant, bei dieser Fallzahl nicht signifikant. Bei einem Prozentsatz von 7,7 bis 10,5 Prozent okkulte Karzinome ist es aber schwierig, Kollektive mit einer größeren Patientenzahl und längeren Überwachungszeiträumen studien- mäßig zu erfassen. Aus der Gruppe

„klinischer Krebs" leben heute 27,

9. Tichaczek, P. S.; Nissen-Meyer, J.; Nes, I.

F.; Vogel, R. F.; Hammes, W. P.: Charac- terization of the Bacteriocins Curvacin A from Lactobacillus curvatus LTH1174 and Sakacin P from L. sake LTH673. System Appl. Microbiol. 15 (1992) 460-468 10. Vogel, R. F.; Knauf, H. J.; Obst, M.;

Tichaczek, P. S.; Hammes, W. P.: Biologi- sche Sicherheit gentechnisch veränderter Mikroorganismen in der Lebens- und Fut- termittelbiotechnologie. In: Weber, E.

(Hrsg.): Biologische Sicherheit. Bundes- ministerium für Forschung und Technolo- gie, Bonn, FRG, (1992) im Druck

Anschrift der Verfassen

Dr. rer. nat. Rudi F. Vogel

Prof. Dr. rer. nat. Walter P. Hammes Institut für Lebensmitteltechnologie Universität Hohenheim

Garbenstraße 25 70599 Stuttgart

aus dem Kollektiv „okkultes Karzi- nom" 30 Frauen ohne Rezidiv. Die- ser numerisch geringe Unterschied ist mit einem so langen Zeitraum und dem zum Teil fortgeschrittenen Le- bensalter bei der Primärbehandlung zu erklären.

Die von Paterok et al. präsen- tierten Daten werden von Ciatto et al. bestätigt. Er berichtet über eine 10-Jahres-Überlebenswahrschein- lichkeit von 94 Prozent bei nichttast- barem Mammakarzinom. Mit multi- variaten Analysemethoden wird dar- gelegt, daß die Prognose der Patien- tinnen mit einem nichttastbaren Brustkrebs gegenüber Frauen mit einem klinischen Karzinom eindeutig günstiger ist. Dies war bislang zah- lenmäßig nicht bewiesen worden. ptr

1. Paterok, E. M. et al.: Lebenserwar- tung bei klinisch okkultem Brustkrebs.

Untersuchung an Vergleichskollektiven seit 1975. GebFra 53, (5/1993) 326-332.

Prof. Dr. E. M. Paterok, Univ.-Frauen- klinik, Universitätsstr. 21-23, 91094 Er- langen.

2. Ciatto, St. et al.: Prognosis of non- palpable infiltrating carcinoma of the breast. Surgery, Gynecology & Obstet- rics, 170, (1/1990), 61-64.

Dr. Stefano Ciatto, Centro per lo Studio e la Prevenzione Oncologica, Viale A.

Volta 171,1-50131 Firenze.

Okkulter Brustkrebs: Prognose eindeutig besser

A1-2006 (42) Deutsches Ärzteblatt 90, Heft 28/29, 19. Juli 1993