D
ie Hauptziele bei der Entwicklung und Heranzucht von genetisch modifizierten Nutzpflanzen sind – global betrachtet – die Sicherstellung der Nahrungsmittelversorgung im Hinblick auf die zunehmende Weltbevölkerung und gleichzeitig die Minimierung von schädigenden Umwelteinflüssen. Die Entwicklung von Nahrungsmitteln mit verbessertem Nährwert und die Nut- zung der transgenen Pflanzen als Quelle für die Herstellung von Pharmazeutika und anderen chemischen Grundstoffen sowie für erneuerbare Energie haben ebenfalls oberste Priorität. Ismail Sera- geldin, Vizepräsident der Weltbank für den Bereich „Sonderprogramme“ und Vorsitzender der Consultative Group on International Agricultural Research (CGIAR) hat dazu sinngemäß festge- stellt: „Die Biotechnologie wird ent- scheidenden Anteil an der Expansion der landwirtschaftlichen Produktivität im 21. Jahrhundert haben. Wenn sie wohlüberlegt und unter Berücksichti- gung aller Sicherheitsvorkehrungen ein- gesetzt wird, kann sie eine enorme Hilfe dabei sein, der Herausforderung zu be- gegnen, bei gleich bleibender Land- und Wassermasse drei Milliarden Menschen mehr ernähren zu müssen, von denen 95 Prozent in den armen Entwicklungslän- dern leben werden.“Mit der Entwicklung der rekom- binanten DNA-Technologie und der Entdeckung der natürlichen Gen- übertragung durch das Bodenbakteri- um Agrobacterium tumefaciens wurde der Grundstein für die pflanzliche Gen- technik in den 70er-Jahren gelegt (Gra- fik 1). Die Technik der Genübertragung hat sich seither derartig verfeinert, dass
Pflanzenwissenschaftler nun Gene aus Pflanzen und anderen Organismen in fast alle Nutzpflanzen transferieren können und eine stabile Expression von kodierten Eigenschaften über Genera- tionen hinweg erhalten. Darüber hinaus können die neu eingeführten Gene so ausgestattet werden, dass sie nur in be- stimmten Pflanzengeweben oder in ei- ner bestimmten Wachstumsphase aktiv werden. Ein entscheidender Vorteil der Gentechnik gegenüber der klassischen Pflanzenzüchtung liegt darin, dass ein bestimmtes Gen oder eine definierte Genkombination in das ansonsten un- veränderte Genom einer Pflanze einge- schleust wird. Bei der klassischen Pflan- zenzüchtung werden die Genome zwei- er Partner vermischt, und die uner- wünschten Eigenschaften müssen durch oft langjährige Rückkreuzungen müh- sam wieder herausgekreuzt werden.
Vorteile für den Pflanzenschutz
Die kommerzielle Anwendung von Techniken der Pflanzenmolekularbio- logie konzentrierte sich zunächst auf den Pflanzenschutz. Dieser ist ein ganz entscheidender Faktor für die landwirt- schaftliche Produktivität, wenn auch deren Bedeutung für die wohlgenähr- ten Konsumenten in Westeuropa nicht unmittelbar einsehbar ist. Herbizidresi- stenz war das erste eingebaute Merk- mal, denn diese beruht in der Regel auf der Aktivität eines einzelnen Gens und durch Verwendung des Herbizids kön- nen modifizierte Zellen einfach ausge- lesen werden (Grafik 2).
Insektenresistenz kann durch Über- tragung einzelner Gene ebenfalls relativ einfach erreicht werden. Das Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) wird als bio-
Pflanzenbiotechnologie
Neuartige Lebensmittel (Novel Food)
und Pharmazeutika
Elizabeth Schell-Frederick Jozef Stefaan Schell
Zusammenfassung
Zurzeit werden Entwicklung und Einsatzberei- che von genetisch modifizierten Pflanzen kon- trovers diskutiert. Von ganz entscheidender Bedeutung in diesem Zusammenhang ist eine rationale und wissenschaftlich begründete Be- wertung der Pflanzenbiotechnologie. Zu die- sem Zweck vermittelt der Artikel Hinter- grundinformationen über die genetische Modi- fizierung von Pflanzen. Mögliche Vorteile und Risiken der Pflanzenbiotechnologie werden insbesondere im Hinblick auf die menschliche Gesundheit und den Schutz der Umwelt disku- tiert.
Schlüsselwörter: gentechnisch veränderte Pflan- zen, pflanzliche Impfstoffe, Nahrungsmittelaller- gie, Umweltschutz
Summary
Plant Biotechnology – Novel Food and New Pharmaceuticals
The development and application of genetical- ly modified plants is currently a controversial subject. It is crucially important that plant bio- technology will be evaluated in a rational and scientific manner. For that purpose the article provides background information on genetic modification of plants. Possible advantages and risks of plant biotechnology, particularly in the fields of human health and environmental protection, are discussed.
Key words: genetically modified plants, plant vaccines, food allergy, environmental protec- tion
Abteilung Genetische Grundlagen der Pflanzenzüchtung (Direktor: Prof. Dr. rer. nat. Jozef St. Schell) des Max- Planck-Instituts für Züchtungsforschung, Köln
logisches Insektizid seit mehr als 20 Jah- ren auf Felder versprüht. Es besiedelt Pflanzen und erzeugt ein natürliches To- xin, das nur die Larven von bestimmten pflanzenfressenden Insekten tötet. In- zwischen kennt man über 300 Stämme, die unterschiedliche, gegen ganz be- stimmte Insektenlarven gerichtete Toxi- ne produzieren. Werden die entspre- chenden Gene in Pflanzen übertragen, so zeigen sie eine stark erhöhte Wider- standskraft gegen Insektenfraß (Abbil- dung). Da Pflanzen sesshafte Organis- men sind, müssen sie wirkungsvolle bio- chemische Mechanismen zu ihrem eige- nen Schutz entwickeln, mit deren Hilfe sie sich gegen biotische (Schädlinge und Krankheiten) und abiotische (Klima und Bodenbeschaffenheit) Stressfakto- ren verteidigen. Diese umfassende, den Pflanzen eigene Biosynthesekapazität lässt sich für biotechnologische Anwen- dungen nutzen, vorausgesetzt dass:
❃ detaillierte Kenntnisse über die biochemischen Stoffwechselwege vor- handen sind,
❃die relevanten Gene isoliert wer- den können oder zumindest die geneti- schen Grundlagen der Steue-
rung eines gegebenen Stoff- wechselwegs bekannt sind,
❃die isolierten Gene über- tragen und exprimiert werden können.
Pflanzen besitzen wahr- scheinlich viele potenziell wertvolle Schutzfaktoren, die auf landwirtschaftlich wichti- ge Nutzpflanzen übertragen werden können.
Die Fähigkeit von Insek- ten, Pathogenen und Wild- kräutern, sich relativ schnell – oft innerhalb weniger Jahre – an resistente Nutzpflanzen und Pestizide zu adaptieren, ist eine ständige Herausfor- derung für die konventionel- le Züchtung, die kontinuier- lich neue Quellen für Resi- stenzgene erschließen muss.
Die Gentechnologie erlaubt den gleichzeitigen Transfer von mehreren Resistenzge- nen, die über verschiedene Mechanismen Krankheitser- reger oder Schädlinge angrei- fen und auf diese Weise deren
Adaptation erschweren. Eine Kombi- nation verschiedener – eventuell so- wohl gentechnologischer als auch klas- sischer – Strategien ist für eine dauer- hafte Resistenz unbedingt erforderlich.
Dies kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens und der Selektion von In- sekten, die sich als resistent gegenüber diesen insektenabwehrenden Strategi- en erweisen, drastisch reduzieren und zu einem besseren Schutz durch syner- gistische Effekte führen.
Gesteigerter Nährwert durch Geneinschleusung
Pflanzen versorgen uns mit essenziel- len Vitaminen und Mineralstoffen und anderen gesundheitsdienlichen Phy- tochemikalien wie zum Beispiel den antioxidativ wirkenden Carotinoiden, die in Tomaten, Möhren und Papri- ka vorkommen. Doch Mikronährstof- fe sind oft nur in geringen Konzentra- tionen in den Pflanzen, die wir verzeh- ren, vorhanden. Um mithilfe der Bio- technologie gesündere Nahrungs- und
Futtermittel zu produzieren, sind ver- mehrte Forschungsarbeiten über die Zusammenhänge zwischen Gesund- heit und Nahrung notwendig. Die Ge- nomsequenzierung ist dabei ganz besonders wichtig, denn mit ihrer Hil- fe können wir Gene identifizieren, die entscheidend die Biochemie der menschlichen Ernährung steuern. Hier können sich auch Problemlösungen für die Entwicklungsländer ergeben, in denen sich sehr viele Menschen mit einfachen Kostformen auf der Basis weniger Hauptnahrungspflanzen (Cas- sava, Weizen, Reis oder Mais) ernäh- ren, die ernährungsphysiologisch oft unzureichend sind.
In diesem Zusammenhang darf ein kürzlich in Science erschienener Arti- kel von weitreichender Bedeutung nicht unerwähnt bleiben (15), der – wie im begleitenden Kommentar ange- merkt wird – ein Schlaglicht darauf wirft, was die landwirtschaftliche Bio- technologie für eine Welt leisten kann, deren Bevölkerung nach heutigen Be- rechnungen im Jahr 2013 sieben Milli- arden Menschen umfassen wird (5).
Forscher aus Zürich und Freiburg be- richten hier über die erfolgreiche Kon- struktion von Reiskörnern, die durch Einschleusung von drei Genen Provita- min A produzieren. Diese Gene kodie- ren für Enzyme aus dem Biosynthese- weg des Provitamins A, das dann selek- tiv im Endosperm exprimiert wird. Es bleibt auch beim Schälen des Reiskorns erhalten. Dieses Forschungsergebnis hat deshalb so große Bedeutung, da in Südwestasien 70 Prozent der Kinder unter fünf Jahren an Vitamin-A-Man- gel leiden, der Ursache für beeinträch- tigtes Sehvermögen und Krankheitsan- fälligkeit. Die Entdeckung wurde allen Wissenschaftlern und Pflanzenzüchtern überall auf der Welt zur freien Verfü- gung gestellt.
Pflanzen als Bioreaktoren für Pharmazeutika
Eine der vielversprechendsten Anwen- dungen in der Pflanzenbiotechnologie ist die genetische Modifizierung von Pflanzen für die Produktion von Anti- genen und Antikörpern zum Impfstoff- einsatz.
Agrobacterium mit Ti-Plasmid
Infektion Chromosom
T-DNA TI
Transfer der T-DNA in die Pflanze.
Induktion von Tu- morwachstum und Opinsynthese.
Tumorzellen geben Opine ab.
Agrobakterien benutzen diese Opine zum Wachstum.
Wurzelhalsgalle Gen für
Opinabbau und Verwertung.
Grafik 1
Prinzip der genetischen Kolonisation von Pflanzen durch Agrobacterium (Bildnachweis: M. Kalda, MPIfZ)
✑ ✑
✑
Antigen-Proteinexpression in Pflanzen
Die Agrobacterium-vermittelte Trans- formation wurde bis heute bei der Er- zeugung aller transgenen Pflanzen ein- gesetzt, die ein Antigen oder ein antige- nes Epitop kodieren. Diese Methode schließt die Konstruktion einer Expressi- onskassette (Grafik 2)mit Regulations- sequenzen für die Transkription ein, die die Expression des gewünschten Gens in den Pflanzen steuern und unter an- derem auch die gewebespezifische Ex- pression dieses Gens ermöglichen (12).
Theoretisch gibt es keine Begrenzungen für die Nutzung von Pflanzenzellen zur Expression von Antigen-kodierenden DNA-Sequenzen für Humanpathogene.
Das Ausmaß der Proteinanhäufung muss jedoch möglicherweise gesteuert werden, falls dieses direkt als essbare Vakzine genutzt werden soll. Bei allen bisherigen In-vitro- und In-vivo-Unter- suchungen in Mäusen behielten die ex- primierten Proteine ihre Immunoge- nitätseigenschaften bei. Anfängliche Un- tersuchungen konzentrierten sich auf enterale Pathogene, eine besonders in
den Entwicklungsländern wichtige Ursa- che der Säuglingssterblichkeit. Das Kap- sidprotein des Norwalk-Virus, die bin- dende Untereinheit des hitzelabilen To- xins vom enterotoxischen E. coli (LT-B) sowie die bindende Untereinheit des Cholera-Toxins (CT-B) wurden alle in Pflanzen exprimiert. In vorklinischen Studien wurden sowohl Serum- als auch sekretorische Antikörper bei Tieren nachgewiesen, die mit transgenen Pflan- zen gefüttert wurden. Die ersten Unter- suchungen bei Menschen führten eben- falls zu viel versprechenden Ergebnissen (14): In diesem Fall wurde eine syntheti- sche DNA-Sequenz konstruiert, die für ein Protein kodiert mit der gleichen Ami- nosäuresequenz wie das authentische bakterielle LT-B. Diese Sequenz wurde hinsichtlich der Kodon-Präferenzen der Pflanzen optimiert und in Kartoffeln ex- primiert. Nach der Nahrungsaufnahme wurden im peripheren Blut Zellen ent- deckt, die IgA- und IgG-Anti-LT-Anti- körper sezernieren. IgG- and IgA-Anti- LT-Antikörper waren im Serum messbar und die LT-Neutralisations-Titer waren größer als 1:100 bei acht von elf freiwilli- gen Probanden. Inzwischen wurden Ba- nanen, die in vielen Teilen der Welt wachsen und traditionell roh gegessen werden, erfolgreich mit Agrobacterium transformiert. Sie sind exzellente Kandi- daten für eine zukünftige Produktion ei- ner essbaren Vakzine. Wichtige Punkte, die die Verwendung von Pflanzenmateri- al als Lieferanten für Antigene betreffen, müssen jedoch noch geklärt werden. Un- ter anderem muss ermittelt werden, ob Agrobacterium
tumefaciens
Agrobacterium- Plasmid mit EPSP-Synthase-Gen
Rückübertragung des Plasmids in Agrobacterium
Pflanzenzelle (Empfänger) Pflanzenzelle (Spender)
Gen für EPSP-Synthase
Expressionskassete Promotor
T-DNA kodierende Region
Gen
DNA
RNA
Protein Transkription
Translation
A. tumefaciens transferiert das EPSP-Syn- thase-Gen in das pflanzliche Genom. Da- durch ist die Pflanze in der Lage, das Pro- tein EPSP-Synthase zu exprimieren und wird somit resistent gegenüber Glyphosat.
Genetisch veränderte Pflanzenzellen, die das Gen für die EPSP-Synthase exprimieren
und daher auf Glyphosat-haltigen Medien wachsen können.
Aus transformierten Einzelzellen regene- rierte vollständige Pflanzen mit Resistenz
gegen Glyphosat.
Plasmid-DNA Grafik 2
Gentransfer mit Hilfe des Bakteriums Agro- bacterium tumefaciens führt zu herbizidresisten- ten Pflanzen: Das Diagramm stellt dar, wie Agro- bacterium eingesetzt werden kann, um Pflanzen zu produzieren, die gegen Glyphosat, dem akti- ven Bestandteil eines kommerziellen Herbizids, resistent sind. EPSP-Synthase ist ein Enzym, das durch Glyphosat inhibiert wird. Durch die Über- produktion dieses Enzyms werden die Pflanzen tolerant. Das Inlay erläutert den grundsätzlichen Aufbau einer „Expressionskassette“ sowie die wesentlichen Schritte der Genexpression: Um- schreiben der DNA-Information in ein RNA-Mo- lekül (Transkription), das dann die Proteinsynthe- se steuert (Translation). Die Promotoreigenschaf- ten bestimmen Ort (Zellen und Gewebe), Zeit- punkt, Induzierbarkeit und Stärke der Expression eines mit ihm verbundenen Gens. (Promotoren sind DNA-Sequenzen zur Steuerung der Transkrip- tion). (Bildnachweis: G. Jach, MPIfZ)
ein essbares, oral verabreichtes Antigen immunogen oder tolerogen sein wird.
Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Impfstoffentwicklung und für die Entwicklung von Behandlungsstrategien für Autoimmunerkrankungen. Das Gly- cosylierungsmuster der Proteine, die durch Pflanzen produziert werden, ist der Struktur der in Säugetieren gebilde- ten Glykoproteine ähnlich, aber nicht völlig mit ihr identisch. Bisher ist noch unklar, inwieweit solche Unterschiede die Immunisierungsstärke der betreffen- den Antigene beeinflussen.
Produktion von Antikörpern in Pflanzen („Plantibodies“)
Örtlich angewendete Antikörper kön- nen, wie experimentell und in klinischen Studien nachgewiesen wurde, Infektio- nen der gastrointestinalen, respiratori- schen, vaginalen und rektalen Schleim- haut verhüten. Von den pflanzlichen Pro- duktionssystemen wird erwartet, dass sie unbegrenzte Mengen von monoklonalen Antikörpern zu einem Preis herstellen können, der 25- bis 100-fach unter dem bei der Zellfermentation liegt. Während sekretorische Antikörper fast gar nicht in Fermentern mit Säugetierzellkulturen produziert werden können, erwiesen sich Pflanzen als effiziente Bioreaktoren für die Konstruktion komplexer sekretori- scher Antikörper. Die ersten dieser
„Plantibodies“ wurden in der Modell- pflanze Tabak synthetisiert, seither hat sich die Aufmerksamkeit jedoch anderen Nutzpflanzen zugewandt, wie zum Bei- spiel Mais. In Mais werden die Antikör- per natürlicherweise in den Samen ge- speichert, die einen geringen Feuchtig- keitsgehalt aufweisen und reich an schüt- zenden Proteaseinhibitoren sind. Die Antikörper können je nach Bedarf mit Standardmethoden gereinigt werden, wobei ihr hohes Molekulargewicht die Trennung von den Maisproteinen mit ihren niedrigen Molekulargewichten we- sentlich erleichtert.
Die Produktion monoklonaler Anti- körper (mAb) in Pflanzen eröffnet die Möglichkeit zur Entwicklung einer ko- stengünstigen Methode zum Immun- schutz der Schleimhaut gegen sexuell übertragbare Krankheiten. Ein durch Menschen erzeugter Antikörper, der in Pflanzen – in diesem Fall Sojabohnen –
produziert werden kann, nämlich das An- ti-Herpes-Simplex-Virus-(Anti-HSV-)- Glykoprotein-B, wurde mit dem glei- chen, in Säugetierzellkultur (Sp2/0 Zel- len) exprimierten monoklonalen Anti- körper (mAb) verglichen. Beide verhiel- ten sich ähnlich hinsichtlich der Stabilität im menschlichen Serum und im Zervikal- schleim über 24 Stunden, mit der Fähig- keit, im Zervikalschleim zu diffundieren, und bezüglich der Prävention einer vagi- nalen HSV2-Infektion bei Mäusen (16).
Ein Problem könnte in der Produktion von menschlichen Anti-Pflanzen-Anti- körpern bestehen. Bedenkt man je- doch die kontinuierliche Exposition der menschlichen Schleimhaut durch Nah- rungsmittel und Körperpflegeprodukte, dann ist es mindestens unwahrschein- lich, dass die pflanzlichen Antigene als neuartig vom menschlichen Immunsy- stem in der Schleimhaut erkannt wer- den. In einer klinischen Studie mit von Pflanzen produzierten Antikörpern zur Prävention einer oralen Kolonisie- rung durch Streptococcus mutans wur- den keine Sicherheitsprobleme offen-
bar und menschliche Anti-Pflanzenanti- körper wurden nicht entdeckt (8). Ein auf Pflanzen basierendes Expressionssy- stem wurde auch schon benutzt, um ein individuelles Behandlungsprogramm für Non-Hodgkin-Lymphome (NHL) in ei- nem Mausmodellsystem zu entwickeln.
Damit wird der Einsatzbereich der in Pflanzen produzierten Vakzine von den Infektionskrankheiten auf Krebserkran- kungen ausgeweitet (9).
Mögliche Risiken der Pflanzenbiotechnologie
Menschliche Gesundheit
Die Berichte in den Medien vermitteln überwiegend den Eindruck, dass den möglichen Gefahren für die menschliche Gesundheit, die von genetisch modifi- zierten Lebensmitteln ausgehen könn- ten, wenig oder gar keine Beachtung ge- schenkt wird. Dies entspricht nicht den Tatsachen (4). Für Ärzte stellt die poten- zielle Einschleusung von Lebensmittelal- lergenen ein besonderes Problem dar.
Neue Gene von Wildtyppflanzen, die zu einer zusätzlichen Proteinvielfalt in der Nahrungsmittelversorgung führen, wer- den von Pflanzenzüchtern routinemäßig bewertet. Die klassische Züchtung führt viele, in der Regel sogar eine unbekannte Anzahl neuer Proteine aus diesen Pflan- zen in Lebensmittel ein, die auch allerge- nes Potenzial haben können. Die Metho- den für die Isolierung und den Transfer von Genen sind dagegen hoch spezifisch und präzise im Vergleich zur zufälligen Neuordnung, die mit der traditionellen Kulturpflanzenzüchtung einhergeht.
Das International Food Biotechnolo- gy Council (IFBC) hat in Zusammenar- beit mit dem Allergy and Immunology Institute des International Life Sciences Institute (ILSI) in Washington, D.C., auf wissenschaftlichen Ergebnissen begrün- dete Richtlinien zur Evaluierung des Al- lergiepotenzials von eingeführten Gen- produkten im Jahr 1996 veröffentlicht (10). Diese sind seither in den Eva- luierungsprozess, der der Lizensierung der genetisch modifizierten Nutzpflan- zen vorausgeht, implementiert.
Die Gentechnologie eröffnet die ein- zigartige Möglichkeit, die Anzahl spezi- fischer Allergene in den Nahrungsmit- Abbildung: Schädlingsresistenz durch Gen-
übertragung. Auf jungen Baumwollpflanzen wurden drei Wochen lang etwa 100 Larven von Heliothus zea ausgesetzt. Circa 90 Prozent der Fruchtkapseln von Kontrollpflanzen wurden durch starken Fraß zerstört (linke Seite). Unwe- sentliche Schäden gab es dagegen bei den Pflan- zen, die aufgrund der Übertragung eines Gens aus B. thuringiensis ein Toxin gegen die Larven bilden (rechte Seite). (Bildnachweis: aus MPIfZ:
Pflanzenproduktion und Biotechnologie, Köln 1992).
teln zu senken. Durch die Einführung von Genen in „Anti-sense“-Orientie- rung kann die Menge des Proteinpro- dukts in „Sense“-Orientierung drama- tisch reduziert werden. Bei Reis wurde diese Methode getestet und konnte das primäre Allergen signifikant reduzieren, wenn auch nicht völlig entfernen (11).
Umwelt
Im Mai 1999 wurden die vorläufigen Er- gebnisse einer Laboruntersuchung an der Cornell Universität in Nature publi- ziert, in der die Auswirkungen von Fütte- rungsversuchen mit Pollen aus transge- nem Bt-Toxin-produzierenden Mais un- tersucht wurden. Diese Pollen wurden auf Blättern von einer Seidenblumenart (Asclepias curassanica) appliziert und an Larven des Monarchfalters verfüttert (7). Monarchfalter (Dandus plexippus) sind Tagfalter, die in Mexiko überwin- tern und im Frühjahr in die Südstaaten der USA wandern. Sie sind mit dem Eu- ropäischen Maiszünsler verwandt, einem wichtigen Schädling von Mais. Das be- deutsamste Ergebnis war, dass die Über- lebensrate nach vier Tagen Fütterung bei den mit „Bt-Pollen“ gefütterten Larven signifikant geringer war im Vergleich zu den Larven, die mit Blättern mit nicht transformiertem Pollen oder ohne Pollen gefüttert wurden. Zu diesem Artikel wurde kein Kommentar der Herausge- ber publiziert, obwohl von Anfang an klar sein musste, dass Technologiegegner sich darauf stürzen würden, um eine öko- logische Katastrophe anzukündigen.
Im Nachhinein hat Nature im Jahr 1999 zwei Kommentare in der Juli-Aus- gabe von Nature Biotechnology (2, 6) veröffentlicht. Eine objektive und diffe- renzierte Evaluierung der Ergebnisse wurde jedoch bisher kaum zur Kenntnis genommen. Von den Schwachpunkten dieser Laboruntersuchung, von denen ei- nige auch in den Kommentaren disku- tiert werden, müssen einige herausgeho- ben werden. Es war bereits vor diesen Experimenten bekannt, dass das Bt-To- xin für den Monarchfalter toxisch ist. Die Falter sind mit dem Europäischen Mais- zünsler verwandt, gegen den die Pflanzen gerade geschützt werden sollen. Wichti- ger ist jedoch, dass Feldbedingungen ganz anders sind und unendlich mannig- faltiger und komplexer als im Labor.
Wichtige Variablen schließen die relative Position von Mais und Seidenblumen (die Hauptnahrung der Monarchfalter- larven), die Maispollendichte und das Ausmaß der zeitlichen Überschneidung zwischen Pollenflug und Fütterung der Larven ein. Gentechnisch modifizierter Mais stellt jedoch keine entscheidende Bedrohung für den Bestand an Monarch- faltern dar; diese Bedrohung geht in er- ster Linie vom Verlust wichtiger Win- terstandorte in Südkalifornien und Zen- tralmexiko aus, wie Umweltschutzorga- nisationen in den Vereinigten Staaten be- obachtet haben. Dieses Beispiel führt die Schwierigkeiten für die Durchführung von aussagekräftigen Forschungsarbei- ten hoher Qualität zum ökologischen Einfluss genetisch modifizierter Nutz- pflanzen vor Augen. Ein kürzlich er- schienener Bericht über die Auswirkun- gen von transgenen Bt-Toxin-produzie- renden Pflanzen auf Insekten enthält in- teressante Vorschläge für eine differen- ziertere Forschung im Labormaßstab (13). Auf jeden Fall müssen letztendlich auch zahlreiche Experimente im Feld durchgeführt werden. Die Komplexität und Vielzahl von Variablen und zusätz- lich dazu der mögliche Anteil lokaler Faktoren (das gleiche Experiment könn- te in verschiedenen geographischen Re- gionen zu unterschiedlichen Resultaten führen) erschweren dabei die Interpreta- tion außerordentlich. Doch diese Ex- perimente sind notwendig: Sie müssen durchgeführt werden und dies muss ent- sprechend den höchsten wissenschaftli- chen Anforderungen geschehen. Wenn Probleme auftauchen, sollte man beden- ken, dass Lösungen bereits vorhanden sein oder gefunden werden können, in ei- nigen Fällen auch mithilfe unseres Wis- sens aus der Pflanzenmolekularbiologie.
Ein einfaches Beispiel ist der Pollenflug von genetisch modifizierten Pflanzen, zum Beispiel Mais: Dieser kann in be- trächtlichem Maß durch Anpflanzung von Pufferreihen mit konventionellen Maissorten aufgefangen werden.
Beurteilung im Kontext
Die möglichen Risiken, die von genetisch modifizierten Nutzpflanzen ausgehen könnten, dürfen nicht isoliert betrachtet werden, sondern bedürfen der Beurtei-
lung im Kontext mit anderen Interventi- onsformen. Dies lässt sich mit zwei Bei- spielen verdeutlichen.
Antibiotikaresistenz
Resistenzen gegen Antibiotika werden bei einigen biotechnologischen Produk- ten als Markergene eingesetzt, um damit für das Vorhandensein einer erwünsch- ten Eigenschaft zu selektieren. Kritiker, unter anderen auch Greenpeace, be- haupten, dass die kommerziell erhältli- che, genetisch modifizierte Kulturform von Mais eine Gefahr für die menschli- che Gesundheit darstellt, da das Gen für die Antibiotikaresistenz von Mais auf an- dere Organismen, insbesondere auch auf Bakterien im menschlichen Verdauungs- trakt, überwechseln könnte. Mikrobiolo- gen und Expertenkommissionen aus den Mitgliedstaaten der Europäischen Uni- on, aus den USA und Kanada kommen jedoch zu dem Schluss, dass es bisher kei- ne Belege für diese Ereignisabfolge gibt und dass sie extrem unwahrscheinlich ist.
Eher besteht Konsens darüber, dass die gesteigerte Häufigkeit von bakterieller Resistenz gegen Antibiotika in erster Li- nie der weitverbreiteten Verwendung und dem Missbrauch von Antibiotika im Human- und Veterinärbereich und nicht auf genetisch modifizierte Nutzpflanzen zurückzuführen ist. Trotzdem sollten, wie derzeit bereits erfolgt, alternative Marker entwickelt werden.
Bt-Toxin
Im ökologischen Landbau wurde viele Jahre das Bakterium Bacillus thuringien- sis in Form einer Suspension eingesetzt.
Lange bevor man das Bt-Toxin-produ- zierende Gen aus Bakterien in Pflanzen einschleusen konnte, wurden bereits Be- denken wegen einer möglichen Resi- stenz von Insekten gegen das Bt-Spray geäußert. Die Bt-Verbindung, die auf- grund übertragener Gene nun in den ent- sprechenden Pflanzen produziert wird, ist in der Pflanze vorhanden, wenn die je- weiligen Schadinsekten zur Gefahr für sie werden und tötet selektiv diejenigen, die die Pflanze befallen. Im Gegensatz dazu wird das Bt-Spray auf alle auf dem jeweiligen Feld vorkommenden Insekten gesprüht und tötet alle gleichermassen, ob sie die Pflanze fressen oder nicht. Die
Gefahr der Ausbreitung von resistenten Insekten ist bei beiden Einsatzformen – ob als Spray oder als Bt-Toxin-produzie- rendes Gen in der Pflanze selbst – minde- stens gleich groß. In beiden Fällen gibt es glücklicherweise Maßnahmen, um dieses Risiko zu reduzieren.
Schlussfolgerungen
Es ist ganz besonders wichtig, dass alle Wissenschaftler einschließlich der Medi- ziner in der laufenden Diskussion sicher- stellen, dass die Pflanzenbiotechnologie in einer rationalen und wissenschaftlich fundierten Art und Weise beurteilt wird.
Eigentlich sollte man davon ausgehen, dass dies auch so geschieht, doch ist es leider nicht immer so. Ein krasses Bei- spiel dafür ist ein Leitartikel in der Mai- Ausgabe des Lancet von 1999 (3), ge- spickt mit wissenschaftlichen Fehlern, der glücklicherweise lebhaften Wider- spruch hervorrief (1).
Was steht gegenwärtig auf dem Spiel?
Sicherlich weit mehr als die momenta- nen Wünsche von gutsituierten Konsu- menten. In letzter Konsequenz geht es – insbesondere in Europa – um den Er- halt eines Wissenschaftsgebiets, das ein großes Potenzial für die Verbesserung der menschlichen Gesundheit und für die Werterhaltung der Umwelt in sich birgt. Pflanzenwissenschaftler erwarten nicht die kritiklose Akzeptanz ihrer Technologie. Was sie jedoch erwarten, ist, dass diese Technologie im Vergleich mit anderen Methoden in rationaler Wei- se beurteilt wird, wobei alle Konsequen- zen – die gegenwärtigen und die zukünf- tigen – in Betracht gezogen werden, und zwar für den Verbraucher, für die Land- wirte, für die Industrie und vor allen Din- gen für eine Welt mit mehr als sieben Mil- liarden Menschen im Jahr 2020.
❚Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 2000; 97: A 1971–1976 [Heft 28–29]
Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literatur- verzeichnis, das über den Sonderdruck beim Verfasser und über das Internet (www.aerzteblatt.de) erhältlich ist.
Anschrift für die Verfasser Prof. Dr. rer. nat. Jozef St. Schell
Abteilung Genetische Grundlagen der Pflanzenzüchtung Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung
Carl-von Linné-Weg 10, 50829 Köln E-Mail: schell@mpiz-koeln.mpg.de
Bei Kindern kommt es unter Prednison- therapie zur Wachstumshemmung. Ob diese nach Absetzen der Therapie fort- besteht, war Inhalt einer amerikanischen Studie. 224 Kinder mit Mukoviszidose wurden sieben Jahre nach Abschluss ei- ner kontrollierten Studie, in der sie eine Therapie mit Prednison (1 bis 2 mg/kg Körpergewicht jeden zweiten Tag) oder Placebo erhalten hatten, nachuntersucht.
Dabei zeigte sich, dass es bei den Jungen zu einer bleibenden Wachstumshem- mung nach Therapieende gekommen
war, die jedoch nur geringfügig war (4 cm kleiner gegenüber der Placebogruppe).
Bei den Mädchen konnten keine Unter- schiede festgestellt werden. acc Lai HC et al.: Risk of persistent growth impairment after alternate-day prednisone treatment in children with cystic fibrosis. N Eng J Med 2000; 342: 851–859.
Dr. Lai, University of Wisconsin School of Medicine, K6/419 Clinical Sciences Ctr., 600 Highland Ave., Madi- son, WI 53792, USA.
Dr. Lichtenstein, Jean Mayer USDA Human Nutrition Re- search Center on Aging at Tufts University, 611 Was- hington St., Boston, MA 02111, USA.
Bleibende Wachstumshemmung nach Prednisontherapie bei Kindern?
Referiert
Weltweit lässt sich ein Anstieg des Gal- lenblasenkarzinoms feststellen. Die Prognose ist im Allgemeinen schlecht, da eine Früherkennung in einem opera- blen Stadium nur selten gelingt. Die Au- toren berichten über Screening-Unter- suchungen bei 194 767 asymptomati- schen Japanern, bei denen gezielt nach Polypen und Gallensteinen gesucht wurde. Gallensteine wurden bei 4,1 Pro- zent der Teilnehmer gefunden, bei Män- nern in 4,5 Prozent und bei Frauen in 3,8 Prozent, wobei die höchste Prävalenz in der Altersgruppe der 70-Jährigen zu fin- den war. Polypen fanden sich bei 5,6 Prozent der Teilnehmer, bei Männern in 6,9 Prozent und bei Frauen in 4,5 Pro- zent. Bei 19 Teilnehmern (0,01 Prozent)
wurde die Diagnose eines Gallenblasen- karzinoms gestellt. Die Patienten mit Gallensteinen wiesen eine erhöhte Prävalenz eines Gallenblasenkarzinoms auf (p < 0,01). Ähnliches traf für Gallen- blasenpolypen zu. Die Autoren glauben deshalb an einen pathogenetischen Zu- sammenhang zwischen dem Steinleiden und Gallenblasenpolypen von über 1 cm Durchmesser und der Entwicklung ei- nes Gallenblasenkarzinoms. w Okamoto M, Okamoto H, Kitahara F, Kobayashi K et al.:
Ultrasonographic evidence of association of polyps and stones with gallbladder cancer. Am J Gastroenterol 1999; 94: 446–450.
Health Care Center Yamanashi Prefectural Welfare Fede- ration of Agricultural Cooperatives, 3-2-44 Iida, Kofu, Yamanashi, 400-0035, Japan.
Polypen und Steine häufig bei Gallenblasenkarzinom
Referiert
Da immer wieder ein Zusammenhang zwischen Silikonimplantaten in der Brust und dem Auftreten von Autoimmuner- krankungen postuliert wird und in den letzten Jahren zahlreiche neue Studien zu diesem Thema erschienen sind, ha- ben Epidemiologen aus den USA eine aktuelle Metaanalyse zu diesem Thema durchgeführt. Ergebnisse aus Studien der Jahre 1966 bis 1998 wurden erfasst und mit verschiedenen statistischen Ver- fahren ausgewertet. Es ergab sich kein Zusammenhang zwischen Brustimplan- taten im Allgemeinen oder Silikonim-
plantaten im Besonderen und dem Auf- treten von Autoimmunerkrankungen, Bindegewebserkrankungen oder rheu- matischen Erkrankungen. Der Verzicht auf Brustimplantate würde somit nach Ansicht der Autoren die Inzidenz dieser Erkrankungen nicht vermindern. acc Janowsky E et al.: Meta-analyses of the relation be- tween silicone breast implants and the risk of connec- tive-tissue diseases. N Eng J Med 2000; 342: 781–
790.
Dr. Janowsky, Department of Epidemiology, CB 7400, School of Public Health, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599, USA.
Silikonimplantate und Kollagenosen
Referiert
