Gentechnisch veränderter Organismus

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GloFish: das erste gentechnisch veränderte Tier, ein Zebrabärbling, das als Haustier in den USA verkauft wird.
Links und rechts je eine transgene Maus mit grün fluoreszierendem Protein. Die GFP-Färbung ist besonders an den Augen, der Schnauze und am Schwanz gut zu erkennen. In der Mitte eine Maus ohne GFP.[1]
„Gendoping“ im Labor:
Bei der rechten Maus wurde das für Myostatin codierende Mstn-Gen abgeschaltet. Myostatin hemmt das Muskelwachstum. Durch das fehlende Myostatin ist die Muskelmasse der transgenen rechten Maus um den Faktor vier höher als bei dem Wildtyp (links)

Gentechnisch veränderte Organismen (GVO), auch Gentechnisch modifizierter Organismus, englisch genetically modified organism (GMO), seltener genetically engineered organism (GEO), sind Organismen, deren Erbanlagen mittels gentechnischer Methoden gezielt verändert worden sind. Diese Methoden unterscheiden sich von Kreuzen, Mutation, Rekombination und anderen Methoden herkömmlicher Züchtung.[2] Der Begriff „gentechnisch veränderter Organismus“ wird in Deutschland durch das Gentechnikgesetz (GenTG) definiert.[3]

Zur Genmodifikation zählen die gezielte Abschaltung einzelner Gene sowie das gezielte Einbringen arteigener oder artfremder Gene. GVOs, in die Gene aus anderen Arten eingeschleust wurden, werden auch als transgene Organismen bezeichnet, die eingeschleusten Gene als Transgene. So werden beispielsweise Gene zwischen verschiedenen Arten übertragen, um Tieren oder Pflanzen bestimmte Eigenschaften zu vermitteln, die mit herkömmlicher Züchtung nicht oder schwerer zu erreichen wären.

Bei der Entwicklung von GVO und gentechnischen Arbeiten mit ihnen müssen Sicherheitsmaßnahmen beachtet werden, die in Deutschland durch das Gentechnikgesetz festgelegt und durch die Gentechnik-Sicherheitsverordnung näher ausgeführt sind. So erfolgt das Arbeiten unter einer bestimmten Sicherheitsstufe (S1 bis S4). Dies betrifft den Labor- oder Produktionsbereich (beispielsweise in der Biotechnologie), aber auch Gewächshäuser und Tierhaltungsräume.

Die Begriffe grüne (an Pflanzen), rote (an Mensch und Wirbeltieren) und weiße (an Mikroorganismen) Gentechnik werden verwendet, um die jeweiligen Bereiche griffig bezeichnen zu können. Daneben gibt es aber weitere Gebiete, wie beispielsweise die gentechnische Veränderung von Insekten. In der Medizin werden rechtlich nur nicht-menschliche Organismen als GVOs angesehen. Ansonsten müssten Patienten, die sich beispielsweise einer Gentherapie unterzogen haben, als entsprechende Organismen behandelt werden.

Pflanzen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Grüne Gentechnik

Transgene Nutzpflanzen haben seit ihrer Erstzulassung im Jahr 1996 weltweit rapide an Bedeutung gewonnen und wurden 2009 in 25 Ländern auf 134 Millionen Hektar (ca. 9 % der globalen Landwirtschaftsfläche) angebaut. Dabei handelt es sich insbesondere um Pflanzen, die aufgrund von gentechnischen Veränderungen tolerant gegenüber Pflanzenschutzmitteln oder giftig für bestimmte Schadinsekten sind.

Gentechnisch veränderte Zierpflanzen wie die blaue Rose haben einen geringen Marktanteil.

Tiere[Bearbeiten]

Transgene Tiere werden bisher vor allem in der Forschung als Versuchstiere eingesetzt. Transgene Schafe, Ziegen und Hühner werden verwendet, um bestimmte menschliche Proteine zu bilden (z. B. Antithrombin). An transgenen Schweinen wird geforscht, da diese in Zukunft möglicherweise menschliche Organe bilden könnten. Im Jahr 2009 erschufen japanische Forscher einen transgenen Marmosetten. Primaten könnten das bisher beste Modell für die medizinische Forschung bieten.[4]

Die Strategie zur Erzeugung transgener Säugetiere sieht folgendermaßen aus:

  1. Gewinnung toti- oder pluripotenter embryonaler Stammzellen (ES)
  2. Einschleusung von fremdem Erbgut in diese Zellen
  3. Einbringen der veränderten Stammzellen in Blastocysten und Übertragung der veränderten Blastocysten in trächtige Muttertiere.

Wenn die modifizierten Zellen in die Keimbahn gelangen, resultieren selten transgene Keimzellen, so dass in der nächsten Generation teilweise transgene Tiere entstehen.

Bei Knockout-Mäusen handelt es sich um Mäuse, bei denen ein Gen gezielt so verändert (mutiert) ist, dass das durch das Gen codierte Protein nicht mehr exprimiert wird. Das Gen ist also knocked out (Gen-Knockout). Auch mehrere Gene können in einem Stamm von Mäusen von solch einem knockout betroffen sein. Der Vorteil von Knockout-Tieren ist, dass die Funktion des fehlenden Proteins im lebenden Tier oder seinen Zellen und Geweben untersucht werden kann, indem man nach Unterschieden zwischen den jeweiligen Mutanten und Wildtyp-Tieren (meist Geschwister aus demselben Wurf) sucht. Neben dem Gen-Knockout wird auch der Knock-in und der Knock-down verwendet.

Transgene Tiere dienen bereits jetzt zur Medikamentenproduktion. So wird α1-Antitrypsin (AAT), ein humanes Protein, das bei einigen Menschen nicht produziert wird, in transgenen Tieren produziert. Vor allem milchgebende Tiere sind für solche Zwecke besonders gut geeignet. Man versucht die entsprechende Gensequenz hinter einem milchdrüsenspezifischen Promotor zu setzen, so dass dieser Stoff nur im Euter produziert wird. Dies spart Energie und verringert die Gefahr, dass durch den neuen Stoff negative Wechselwirkungen im Tier auftreten. Ein weiterer Anwendungsbereich für transgene Tiere ist die Xenotransplantation. Dabei dienen Tiere als Ersatzteillager für diverse menschliche Organe. Besonders an Schweinen wird geforscht, da viele Organe ähnliche Größe und Form besitzen. Außerdem ist der Genpool des Schweines ziemlich nahe mit dem des Menschen verwandt. Man versucht, eine Immunantwort nach einer erfolgreichen Transplantation durch Einbringen menschlicher DNA-Sequenzen zu unterdrücken. Primaten werden nicht nur aus ethischen Gründen nicht für diese Forschung verwendet, es besteht vielmehr die Gefahr, dass sich der Mensch durch Infekte der Primaten ansteckt.

Bei dem Modellorganismus Drosophila melanogaster werden zu diesem Zweck zunächst Vektoren, die das gewünschte Fremdgen enthalten, in befruchtete Eizellen eingebracht. Die erhaltenen Nachkommen sind mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit transfiziert und werden nach dem Fremdgen gescreent. Bezüglich des Fremdgens positive Nachkommen werden etabliert.

Der Modellorganismus Hydra besitzt viele der Gene, die auch im menschlichen Körper für die Entwicklung und auch zur Abwehr von Krankheiten eingesetzt werden. Transgene Hydren erlauben daher Funktionsuntersuchungen, die in komplizierten Organismen und auch beim Menschen so leicht nicht möglich sind.

Nahrungsmittelproduktion[Bearbeiten]

Als erstes gentechnisch verändertes Tier, das zum menschlichen Verzehr bestimmt ist, könnte ein transgener Lachs verwendet werden. Andere gv-Tiere für den menschlichen Verzehr, die von Firmen und Universitäten entwickelt werden oder wurden, sind unter anderem BSE-resistente Rinder oder tierische Lebensmittel mit einer veränderten Zusammensetzung.

Stechmückenbekämpfung[Bearbeiten]

Mithilfe der Gentechnik wurden verschiedene Ansätze zur Stechmückenbekämpfung entwickelt. Eine Strategie besteht in der Freisetzung von genetisch sterilen Männchen, die nach der Paarung mit Weibchen nicht lebensfähige Nachkommen produzieren. Eine weitere Strategie umfasst das Einbringen von krankheitsunempfindlichen Genen in Stechmückenpopulationen, wodurch diese Krankheiten nicht mehr übertragen können.[5] Außerdem ist es möglich, Stechmücken gentechnisch so zu verändern, dass ihre Nachkommen fast ausschließlich männlich sind, was in Laborversuchen zu einem Aussterben der Population nach wenigen Generationen führte.[6]

Das britische Unternehmen Oxitec führte im Herbst 2009 den ersten Freisetzungsversuch mit transgenen Gelbfiebermücken (Stegomyia aegypti) auf Grand Cayman durch. Die Strategie besteht in der Freisetzung von transgenen Männchen, deren Nachkommen bereits im Larven- oder Puppenstadium absterben, wodurch Populationen dezimiert werden können. Im Feldversuch reduzierte sich die Population um 80 %. Luke Alphey, der wissenschaftliche Direktor des Unternehmens, hatte die transgenen Mücken in den 1990er Jahren an der Universität Oxford entwickelt. Die Gates-Stiftung kooperiert im Rahmen ihres Malariaprogramms mit Oxitec.[7] Weitere Freisetzungsversuche wurden in Malaysia im Dezember 2010 durchgeführt und sind in Brasilien geplant.[8]

Bekämpfung der Geflügelpest[Bearbeiten]

Britische Wissenschaftler von der Universität Cambridge, Universität Edinburgh und der Veterinary Laboratories Agency haben transgene Hühner entwickelt, welche die Geflügelpest nicht übertragen können. Die Hühner wurden mit einer Expressionskassette ausgestattet, welche ein Stück RNA produziert, die als Köder für Polymerase dient. Anstatt an das Virusgenom zu binden und dem Virus damit zur Replikation zur verhelfen, hängt sich die Polymerase dann an diesen Köder. Die transgenen Hühner starben zwar noch an der Geflügelpest, infizierten aber keine anderen Hühner mehr. Ziel ist die komplette Immunisierung von Hühnern gegen das Influenza-A-Virus H5N1.[9][10]

Mikroorganismen[Bearbeiten]

Hauptartikel: Industrielle Biotechnologie

Seit 1999 wird ein sogenanntes Humaninsulin, das mit gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt wird (siehe Insulinpräparat), zur Behandlung bei Diabetes eingesetzt. Es wird an transgenen Milchsäurebakterien geforscht, die beispielsweise die Herstellung von Käse beschleunigen können. Enzyme aus Pflanzen oder Tieren könnten durch genetische Modifikation auch von Mikroorganismen produziert werden. Ein weiterer Forschungsbereich sind transgene Hefen, die beispielsweise in der Produktion eines kalorienärmeren Biers eingesetzt werden können.[11] 2012 gelang es an der TUM, gentechnisch veränderte Hefen zu erzeugen, die unter anderem Koffein und den Süßstoff Thaumatin produzieren. [12]

Kritik[Bearbeiten]

In den politischen Leitlinien des neuen Kommissionspräsidenten, Jean Claude Juncker, vom 15. Juli 2014, wird festgehalten: "Ich beabsichtige auch, die Rechtsvorschriften für die Zulassung genetisch veränderter Organismen zu überprüfen. Aus meiner Sicht ist es einfach nicht richtig, dass die Kommission nach den geltenden Vorschriften rechtlich gezwungen ist, die Einfuhr und Verarbeitung neuer Organismen zu genehmigen, obwohl eine klare Mehrheit der Mitgliedstaaten dagegen ist. Die Kommission sollte der Meinung der Mehrheit demokratisch gewählter Regierungen zumindest dasselbe Gewicht beimessen können wie wissenschaftlichen Gutachten, vor allem, wenn es um die Sicherheit unserer Lebensmittel und unserer Umwelt geht."[13]

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. I. Moen, C. Jevne, J. Wang, K. H. Kalland, M. Chekenya, L. A. Akslen, L. Sleire, P. O. Enger, R. K. Reed, A. M. Oyan, L. E. Stuhr: Gene expression in tumor cells and stroma in dsRed 4T1 tumors in eGFP-expressing mice with and without enhanced oxygenation. In: BMC cancer. Band 12, 2012, S. 21, ISSN 1471-2407. doi:10.1186/1471-2407-12-21. PMID 22251838. PMC 3274430 (freier Volltext).
  2. Artikel 2 Richtlinie 2001/18/EG (Freisetzungsrichtlinie)
  3. GenTG auf bundesrecht.juris.de [1]
  4. Transgenic Animals. In: J. Kimball: BiologyPages, users.rcn.com
  5. John M Marshall: The Cartagena Protocol and genetically modified mosquitoes. In: Nature Biotechnology Vol. 28, Nr. 9, September 2010. S. 896-7.
  6.  Roberto Galizi, Lindsey A. Doyle, Miriam Menichelli, Federica Bernardini, Anne Deredec, Austin Burt, Barry L. Stoddard, Nikolai Windbichler, Andrea Crisanti: A synthetic sex ratio distortion system for the control of the human malaria mosquito. In: Nature Communications. 5, 2014, S. 1-8, doi:10.1038/ncomms4977.
  7. GM Mosquito Trial Alarms Opponents, Strains Ties in Gates-Funded Project. Science, Vol. 330, 19. November 2010. S. 1030-1031.
  8. Letting the bugs out of the bag. Nature, Band 470, S. 139, 10. Februar 2011.
  9. Dennis Normile: Transgenic Chickens Could Thwart Bird Flu, Curb Pandemic Risk. Science, Vol. 331, 14. Januar 2011. S. 132-3.
  10. Jon Lyall, Richard M. Irvine, Adrian Sherman, Trevelyan J. McKinley, Alejandro Núñez, Auriol Purdie, Linzy Outtrim2, Ian H. Brown, Genevieve Rolleston-Smith, Helen Sang, Laurence Tiley: Suppression of Avian Influenza Transmission in Genetically Modified Chickens. Science, Vol. 331, 14. Januar 2011. S. 223-6.
  11. Genetically Modified Microorganisms and Food Production. biotopics.co.uk
  12. Bier aus dem Reagenzglas
  13. Jean Claude Juncker, Politische Leitlinien, S. 13.