Gentechnisch veränderte Pflanzen der "Zweiten und Dritten Generation": Was können wir erwarten?
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Bundesgesundheitsbl -
Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz Leitthema: Perspektiven zur Entwicklung der „Grünen Gentechnik”
2000 · 43:87–93 © Springer-Verlag 2000
P. Brandt • Robert Koch-Institut,Berlin
Gentechnisch veränderte
Pflanzen der „Zweiten
und Dritten Generation”:
Was können wir erwarten?
Zusammenfassung Schlüsselwörter von 1991 bis 1999). Im Vergleich mit
den anderen EU-Mitgliedstaaten liegt
Die gentechnisch veränderten Pflanzen wer- Endogene Inhaltsstoffe · Neuartige Inhalts- Deutschland mit etwa 100 genehmigten
den aufgrund ihrer gentechnischen Verände- stoffe · Pharmazeutisch/medizinische Freisetzungsvorhaben auf dem 7. Platz
rungen klassifiziert und fünf verschiedenen Anwendungen · Chimeraplastie · GURT und damit zwar auf einer mittleren Po-
Anwendungsgebieten zugeordnet.Während sition; jedoch sollte nicht unbeachtet
die gentechnisch veränderten Pflanzen des bleiben, daß 84% der Freisetzungsvor-
Anwendungsgebietes ,,Agronomischer Be- haben mit gentechnisch veränderten
darf”(z.B.Herbizid-Toleranz und Insekten- Pflanzen in nur sechs EU-Mitgliedstaa-
ten (Frankreich, Italien, England, Spa-
Resistenz) bereits in zahlreichen Freilandver-
suchen im Bereich der EU-Mitgliedstaaten
getestet wurden und für einige dieser gen-
I n den letzten Jahren ist der Markt für
Produkte, die mittels gentechnologi-
nien, den Niederlanden und Belgien)
stattgefunden haben (Abb. 1).
technisch veränderten Pflanzen (und der aus scher Methoden erzeugt wurden, be-
ihnen hergestellten Produkte) auch schon achtlich gewachsen; 1998 betrug der Gentechnische Veränderungen
EU-weit gültige Genehmigungen für ihr In- Marktwert der weltweit in den Handel aus fünf Anwendungsbereichen
verkehrbringen vorliegen, folgen die gen- gebrachten gentechnisch veränderten
technisch veränderten Pflanzen der ,,Zwei- Pflanzen etwa 1,4 Milliarden US$. 1999 In den ersten Jahren nach 1991 fanden
ten und Dritten Generation”zeitlich um eini- wurden weltweit auf 40 Mill. Hektar hauptsächlich Freisetzungsvorhaben
ge Jahre verzögert dieser Entwicklung nach. gentechnisch veränderte Pflanzen an- mit gentechnisch veränderten Pflanzen
Es handelt sich bei ihnen um die Anwen- gebaut; in den USA sind 50% der Ge- statt, deren gentechnische Modifikation
dungsbereiche ,,Endogene Inhaltstoffe”, samtanbaufläche für Sojabohnen, mehr darauf abzielte, diese für agronomische
,,Neuartige Inhaltstoffe für die Lebensmittel- als 30% der für Baumwolle und 20% Belange zu verbessern. Zu derartigen
produktion”, ,,Pharmazeutisch/medizinische der für Mais in diesem Jahr mit den ent- gentechnischen Veränderungen zählen
Anwendungen”sowie ,,Anwendungen für sprechend gentechnisch veränderten z.B. die Etablierung von Toleranzen ge-
die chemische Industrie”. Pflanzen bestellt worden. In Deutsch- gen bestimmte Herbizide, von Resisten-
Aber nicht nur die Palette der möglichen land zeigen sich indessen nur verhalte- zen gegen phytopathogene Organismen
gentechnischen Veränderungen wird sich ne Auswirkungen dieser Entwicklung und die Einführung der männlichen Ste-
zukünftig bei den gentechnisch veränderten [1, 2]. Als ein Maß für den Entwick- rilität zur Erzeugung von Hybridsaatgut
Pflanzen erweitern sowie sich schwerpunkt- lungsstand der ,,Grünen Gentechnik” in (Heterosiseffekt). Die Freisetzungsakti-
mäßig mehr vom ersten Anwendungsbe- der Pflanzenzüchtung [3] und damit vitäten mit gentechnisch veränderten
reich auf die anderen vier verlagern, sondern u.a. auch in der Produktion von Futter- Pflanzen dieser Art haben auch in den
auch das grundsätzliche gentechnische De- und Lebensmitteln kann die Anzahl von
sign der gentechnisch veränderten Pflanzen Freisetzungsvorhaben mit gentechnisch
wird sich durch den Einsatz der Chloropla- veränderten Pflanzen gelten. Von den Prof. Dr. Dr. Peter Brandt
stentransformation, der Chimeraplastie so- weltweit mehr als 5000 derartigen Frei- Robert Koch-Institut, Zentrum Gentechnologie,
wie der ,,Genetic Use Restriction Technolo- setzungsvorhaben entfallen auf die EU- Postfach 65 02 80, D-13302 Berlin,
gy”(GURT) fortentwickeln. Mitgliedstaaten nahezu 1500 (Zeitraum E-Mail: pbrandt@rki.de.
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letzten Jahren nicht nachgelassen Um etwa drei Jahre versetzt gegen-
P. Brandt (Abb. 2). über dieser ersten Gruppe von Freiset-
Weitere Aspekte könnten in Zu- zungsvorhaben finden seit etwa 1995
Transgenic plants of the second and kunft im Rahmen von Freisetzungsvor- verstärkt Freisetzungen mit gentech-
third generation: What can we expect? haben mit gentechnisch veränderten nisch veränderten Pflanzen statt, deren
Pflanzen erprobt werden, die bei den gentechnische Modifikationen darauf
Summary bisherigen Freisetzungsexperimenten abzielen, ihre endogenen Inhaltsstoffe
des o.g.Anwendungsbereichs noch nicht qualitativ oder quantitativ zu verändern.
Genetically modified plants are classified re- vertreten waren. Dazu könnten zum Bei- Zu derartigen gentechnischen Verände-
ferring to their genetical modifications and spiel gentechnisch veränderte Pflanzen rungen zählen z.B. die Modifizierung
attached to five different ranges of applica- gehören, die aufgrund ihrer gentechni- des Fettsäuremusters oder der Kohlen-
tions.Whereas genetically modified plants of schen Modifikation auf Schwermetall- hydratzusammensetzung (Abb. 2).
the range of application “Agricultural Re- belasteten Böden wachsen können [4] Aufgrund bereits publizierter Er-
quirements”(for example herbicide toler- bzw. tolerant sind gegenüber Kälte, gebnisse ist für die Zukunft zu erwar-
ance and insect resistance) already were Trockenheit oder Ozonbelastung. Das ten, daß Freisetzungsvorhaben mit gen-
tested in numerous experimental field re- derartige Prognosen nicht nur hypothe- technisch veränderten Pflanzen bevor-
leases within the area of the EU-membersta- tischen Charakter haben, zeigen die Ver- stehen können, deren gentechnische
tes and some of these genetically modified suche von Rugh et al. [5], die Lirioden- Veränderungen noch ganz anderen
plants (as well as the processed products of dron tulipifera (Tulpenbaum) mit dem Zwecken als den zuvor genannten die-
them) have been already approved for plac- bakteriellen Gen merA transformierten. nen sollen. Es ist derzeit absehbar, daß
ing on the market in the EU, genetically merA codiert für eine Quecksilber-Re- in Zukunft gentechnisch veränderte
modified plants of the “Second and Third duktase, die es den gentechnisch verän- Pflanzen aufgrund ihrer gentechni-
Generation”follow with a delay of some derten Tulpenbäumen ermöglicht, toxi- schen Veränderung in den folgenden
years.These genetically modified plants are sches Hg2+ in das weniger toxische, rela- fünf Bereichen Anwendung finden
belonging to the four ranges of applications tiv inerte metallische Hg0 umzuwan- könnten (rev. 3):
“Endogenous Plant Stuff”,“Novel Ingredients deln; dieses wird zum Teil von den gen- 1. Agronomischer Bedarf: z.B. Herbizid-
for Food Production”,“Pharmaceutical/Medi- technisch veränderten Pflanzen in die Toleranz, Virus-Resistenz; Pilz-Resi-
cal Applications”and “Applications for Chem- Luft abgegeben. Derartige gentechnisch stenz; Bakterien-Resistenz; Insekten-
ical Industry”. veränderte Pflanzen werden bereits Resistenz; Frosttoleranz; männliche
But non only the palette of genetical modifi- kommerziell für die Sanierung von Sterilität; Schwermetall-Toleranz;
cations will be enlarged for genetically mod- Quecksilber-verseuchten Böden in den Ozon-Toleranz.
ified plants in the future and will be more USA angeboten. 2. Endogene Inhaltstoffe: z.B. Verände-
concentrated to the four ranges of applica- rung der Blütenfarbe, des Fettsäure-
tions mentioned above, but also the genetic „Die Einsatzmöglichkeiten musters, der Kohlenhydratzusammen-
design of the transgenic plants will be fur- gentechnisch veränderter setzung oder des Nitratstoffwechsels.
ther developed by using transformation of 3. Neuartige Substanzen für die Lebens-
the chloroplasts, chimeraplasty and “Genetic Pflanzen sind im Laufe der mittelproduktion: z.B. die Synthese
Use Restriction Technology”(GURT). vergangenen Jahre sehr viel von Fructanen [6] oder die Anrei-
umfangreicher geworden.” cherung ungesättigter Fettsäuren [7].
Key words
Endogenous Plant Stuff · Novel Ingredients · Deutschland Schweden
Belgien
Pharmaceutical/Medical Applications · 6% 3%
7% Dänemark
Chimeraplasty · GURT · Genetic Use Restric- 3%
tion Technology Niederlande
8% übrige
3%
Spanien
10 %
Frankreich
29 %
England
13 %
Italien
17 %
Abb.1 䉱 Prozentuale Verteilung der Anmeldungen von Freiset-
zungsvorhaben mit gentechnisch veränderten Pflanzen im
Europäischen Beteiligungsverfahren auf die EU-Mitgliedstaaten
(übrige=Finnland, Griechenland, Portugal, Irland, Österreich)
(Stand: November 1999; Quelle: http://www.rki.de)
88 Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz 2•2000dungsbereich eins und drei dem Anwen-
dungsbereich zwei zuzuordnen sind.
Um dem Eindruck vorzubeugen,daß
die gentechnisch veränderten Pflanzen,
die den Anwendungsbereichen drei bis
fünf zuzurechnen sind, sich erst im Sta-
dium der Laboruntersuchungen befin-
den und daß die Palette der Möglichkei-
ten für die Anwendungsbereiche eins und
zwei keine weiteren Möglichkeiten mehr
aufweist, seien exemplarisch einige zu-
kunftsweisende Beispiele aufgeführt:
Die Etablierung der Resistenz gegen
bestimmte phytopathogene Insekten in
gentechnisch veränderten Pflanzen er-
folgt derzeit fast ausschließlich mit Hil-
Abb.2 䉱 Anzahl der Anmeldungen von Freisetzungsvorhaben mit gentechnisch veränderten fe der Übertragung eines der d-Endoto-
Pflanzen (gentechnische Modifikation ist eine spezifische Herbizid-Toleranz oder betrifft die xin-Gene aus Bacillus thuringiensis. Die
Kohlenhydratzusammensetzung bzw. das Fettsäuremuster) im Zeitraum von 1991 bis 1999 Untersuchungen, mit Hilfe von verschie-
für den Bereich der EU-Mitgliedstaaten.Weitere Erläuterungen im Text (Stand: November 1999; dener Amylase- oder Protease-Inhibito-
Quelle: http://www.rki.de)
ren ebenfalls eine derartige Insekten-
Resistenz in gentechnisch veränderten
Pflanzen zu erzeugen [18], haben erst
4. Pharmazeutische und/oder medizi- technisch veränderten Pflanze für den zum Teil das Stadium erreicht, Freiset-
nische Anwendungen: z.B. die Syn- landwirtschaftlichen Anbau, Handel zungsexperimente mit solchen gentech-
these spezieller Proteine [8, 9, 10] und/oder Verarbeitung) gestellt. Für den nisch veränderten Pflanzen vorzuneh-
oder von ,,essbaren Impfstoffen” [11, Bereich der EU-Mitgliedstaaten sind men. Bowen et al. [19] haben kürzlich
12] oder die Anreicherung von Meta- bislang von derartigen Anträgen auf In- darauf hingewiesen, daß es möglich sein
boliten des pflanzlichen Stoffwech- verkehrbringen 13 genehmigt worden könnte, eine Insekten-Resistenz in Kul-
sels [13, 14]. (Tabelle 1), von denen zehn dem Anwen- turpflanzen zu etablieren durch die
5. Anwendungen für die chemische In-
dustrie: z.B. die Synthese von Polyhy-
droxybuttersäure [15] oder die An-
reicherung von Metaboliten des
Tabelle 1
pflanzlichen Stoffwechsels [16].
Produkte aus dem Bereich der „Grünen Gentechnik”, für die ein Inverkehrbringen
in der Europäischen Union genehmigt wurde. GVO=gentechnisch veränderter
Es kann auch für die Freisetzungsvorha-
Organismus; HAT=Herbizid-Toleranz; IR=Insekten-Resistenz; MS=Männliche
ben mit gentechnisch veränderten
Sterilität; VB=Veränderung der Blütenfarbe; VL=Verlängerung der Haltbarkeit
Pflanzen der Anwendungsbereiche drei
als Schnittblume. (Quelle: http://www.rki.de)
bis fünf erwartet werden, daß sie zu-
künftig genauso wie schon die der An- Antragsteller GVO Gentechnische Veränderung Genehmigt
wendungsbereiche eins und zwei – je-
weils zeitlich um einige Jahre gegenein- Seita Tabak HAT 1994
ander versetzt – ,,wellenartig” einsetzen Plant Genetic Systems Raps* MS, HAT 1996
werden, wobei derzeit weder über den Novartis Mais IR, HAT 1997
Zeitpunkt, wann derartige Freisetzun- Bejo Zaden BV Radicchio MS 1996
gen im Gebiet der EU-Mitgliedstaaten Monsanto Soja HAT 1996
Realität werden sollten, noch über die Plant Genetic a) Raps* MS, HAT 1997
Intensität und die Dauer der einzelnen Systems b) Raps* MS, HAT 1997
,,Wellen” etwas ausgesagt werden kann. AgrEvo Raps HAT 1998
Liegt genügend Erfahrung aus etli- AgrEvo Mais HAT 1998
chen Freisetzungsexperimenten mit Monsanto Mais IR 1998
gentechnisch veränderten Pflanzen in Northrup Mais IR 1998
mehreren Jahren und an verschiedenen Florigene Nelke** VB 1998
Standorten vor und haben sich die Er- Florigene Nelke VL 1998
wartungen an die jeweilige gentechnisch Florigene Nelke** VB 1998
veränderte Pflanze bestätigt [17], so wird
in der Regel ein Antrag auf Genehmi- * bzw. **=gentechnisch veränderte Pflanzen, die aus verschiedenen Transformationsexperimenten her-
gung des ,,Inverkehrbringen” (d.h. kom- vorgegangen sind und deren Inverkehrbringen daher auch separat beantragt und genehmigt wurde
merzieller Einsatz der jeweiligen gen-
Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz 2•2000 89Leitthema: Perspektiven zur Entwicklung der „Grünen Gentechnik”
Transformation mit den Genen tca, tcb, Möglichkeiten des genetischen tainment erreicht, da beim Tabak wie
tcc und/oder tcd aus Photorhabdus lumi- Design zukünftiger gentech- auch bei anderen Kulturpflanzen die
nescens, die für die Untereinheiten eines nisch veränderter Pflanzen Pollen keine Plastiden enthalten und so-
auf Insekten wirkenden Toxins codieren. mit auch die Übertragung der gentech-
Mittels gentechnischer Methoden Bei dieser reichhaltigen Palette mögli- nischen Veränderung auf nicht-gentech-
können Pflanzen dergestalt transfor- cher zukünftiger gentechnisch verän- nisch veränderte verwandte Pflanzen
miert werden, daß sie – unter der Vor- derter Pflanzen (für die in den folgen- beim Auskreuzen über die Pollen nicht
aussetzung, daß ein geeignetes Genkon- den Beiträgen dieses Heftes einige Bei- erfolgen kann.
strukt verwandt worden ist – grundsätz- spiele vorgestellt werden [4, 6, 8, 12, 13, 14, Einen entscheidenden Schritt wei-
lich jedes ,,Fremd”-Protein synthetisie- 16] sollte nicht der Blick für Neuerungen ter geht die ,,Chimeraplastie” genannte
ren und anreichern können (Tabelle 2). in Bezug auf das veränderte genetische Methode, mit deren Hilfe kürzlich in Ni-
Diese Anwendung, die dem Bereich vier Design dieser Pflanzen verloren gehen, cotiana tabacum [34] bzw. in Zea mays
zugerechnet werden kann, hat in einzel- das sich in wesentlichen Aspekten von [35] jeweils eine Herbizid-Toleranz ge-
nen Fällen schon den Grad der Kom- dem der heutigen gentechnisch verän- gen Imidazolin bzw. Sulfonyl-Harnstoff-
merzialisierung erreicht. So haben Hood derten Pflanzen unterscheiden könnte. Herbizide etabliert werden konnte. An-
et al. [9] Mais mit dem Gen für das Avi- In dieser Hinsicht sind zum Beispiel stelle der Insertion eines vollständigen
din (einem Glycoprotein, das in den Ei- die Untersuchungen von Daniell et al. Gen(konstrukt)s in das pflanzliche Ge-
ern von Vögeln,Amphibien und Reptili- [33] zur Transformation des Plastoms nom – wie es bei den herkömmlichen
en vorkommt) transformiert. Dieses von Tabakpflanzen von besonderem In- Transformationsmethoden üblich ist –
Glycoprotein ist in den Maiskörnern teresse. Sie verwenden dazu ein chimä- werden bei der Chimeraplastie chimäre
nachweisbar mit einer Menge von res Genkonstrukt aus dem Gen für die 5- Oligonucleotide (COs) eingesetzt, die
230 mg/kg Saatgut. Die Extraktion des Enol-Pyruvyl-Shikimat-3-Phosphat- (im vorliegenden Fall) aus einer fünf
Avidin aus gentechnisch veränderten Synthase (EPSPS) aus Petunia hybrida, Nucleotide umfassenden DNA-Sequenz
Maiskörnern hat sich in technischer das flankiert wird von dem plastidären zwischen zwei jeweils zehn Nucleotide
Hinsicht als leichter erwiesen als aus Gen für die Große Untereinheit der Car- umfassende RNA-Sequenzen bestehen.
Hühnereiern; sowohl quantitativ (Aus- boxydismutase und dem plastidären Innerhalb der DNA-Sequenz unterschei-
beute von fast 100%) als auch qualitativ ORF12. Diese gentechnisch veränderten det sich ein Nucleotid von dem in der
ist das gentechnisch veränderte Mais- Tabakpflanzen besitzen durch die Trans- entsprechenden DNA-Sequenz des
saatgut besser zur Gewinnung von Avi- formation des Plastoms pro Zelle 5000 Zielgens der zu transformierenden
din geeignet. Hood et al. [9] verweisen bis 10 000 Kopien des integrierten Gen- Pflanze. Nach Einbringen der COs in
darauf, daß zur Gewinnung von 20 g konstrukts. Dies bewirkt eine erhöhte die pflanzlichen Zellen mittels ,,Parti-
Avidin nur 100 kg gentechnisch verän- Expressionsrate der EPSPS und damit kel-Beschuß” kommt es zur homologen
derte Maiskörner, aber 900 kg Hühner- eine effektivere Resistenz gegenüber der Rekombination zwischen CO und Ziel-
eier benötigt werden. Das aus gentech- Behandlung mit dem Herbizid Roun- gen und – vermittelt durch zelleigene
nisch veränderten Maiskörnern gewon- dup. Durch die Verwendung der beiden Reparaturmechanismen – zur Über-
nene Avidin wird schon kommerziell als plastidären Gene als Border ist bei die- nahme der Nucleotidveränderung der
Substanz für diagnostische Zwecke an- ser Transformationsweise vorherbe- DNA-Sequenz des CO in die Sequenz
geboten. stimmbar, an welchem Ort auf dem Pla- des Zielgens. Noch ist derzeit die Effek-
Unter dem Anwendungsbereich stom das Genkonstrukt integriert wird. tivität der Chimeraplastie gering; ihre
vier sind auch die sogenannten ,,essba- Ferner wird durch die Beschränkung Präzision bei der punktuellen Verände-
ren Impfstoffe” aufgeführt. Die Bezeich- der gentechnischen Veränderung auf rung des pflanzlichen Genoms läßt je-
nung ,,essbare Impfstoffe” mag man- das Plastom eine Art biologisches Con- doch jetzt schon erwarten, daß diese
chem noch unwahrscheinlich vorkom-
men; die experimentellen Erfolge auf
Laborniveau sprechen allerdings dafür,
dass diese in situ – Anwendung von An-
tigen- bzw. “Plantibody”-produzieren- Tabelle 2
den Kulturpflanzen in naher Zukunft Auswahl von Proteinen, die nach Insertion der entsprechenden Genkonstrukte
Realität werden könnte (Tabelle 3; rev. von gentechnisch veränderten Pflanzen synthetisiert werden
11). In den Medien wird bisweilen schon
jetzt über die Etablierung entsprechend Protein Herkunft der entsprechenden Gentechnisch veränderte
gentechnisch veränderter Pflanzen be- DNA-Sequenz Pflanze
richtet, die herkömmlich roh als Obst
oder Salat gegessen werden (z.B. Toma- Avidin [9] Huhn Zea mays
ten, Avocado oder Bananen), und durch a-Amylase [20] Bacillus licheniformis Vicia narbonensis
deren Verzehr Immunität gegen be- Phytase [21] Aspergillus niger Nicotiana tabacum
stimmte Krankheitserreger erreicht (1,3-1,4)-b-Glucanase [22] Bacillus amyloliquefaciens Hordeum vulgare
werden soll. (1,4)-b-Xylanase [23] Ruminococcus flavefaciens Nicotiana tabacum
Lactoferrin [8] Homo sapiens Nictotiana tabacum
90 Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz 2•2000in Anspruch nehmen würde, wobei heu-
Tabelle 3 te schon gemutmaßt werden kann, ob es
Auswahl bislang publizierter Arbeiten zur Erzeugung von Antikörpern gegen jemals gelingen sollte, daß das Zusam-
Krankheitserreger oder von deren Antigenen mit Hilfe von entsprechend trans- menspiel der drei eingebrachten Fremd-
formierten Pflanzen (t) bzw. von Impfstoffen mittels chimärer Viren nach deren gene auf die o.g. Weise in allen geernte-
Vervielfältigung in infizierten Pflanze (i) [verändert nach 11] ten Samen der gentechnisch veränder-
ten Pflanzen (d.h. zu 100%) erfolgt. So
Jahr Krankheitserreger Zur Transformation Transformierte (t) nimmt es nicht Wunder, daß kürzlich
verwendete Nukleinsäure bzw. infizierte
kodiert für (i) Pflanze von der maßgeblichen Firma verkündet
wurde, daß die Umsetzung des Patents
1992 Hepatitis B Virus Hüllprotein Nicotiana tabacum (t) in die Anwendung nicht weiter verfolgt
[24] des Hepatitis B Virus werden soll.
1993 Foot-and-mouth- chimäres Hüllprotein des Cowpea Vigna ungiuculata (i) Durch die Mediendiskussion über
disease Virus mosaic virus mit Epitopbereich des die umstrittene ,,Terminator”-Technik
[25] Foot-and-mouth-disease virus ist eine Entwicklungsmöglichkeit der
1994 HIV,Typ 1 chimäres Hüllprotein Vigna unguiculata (i) GURT für die ,,Grüne Gentechnik” bis-
[26] des Cowpea mosaic virus lang in der Öffentlichkeit wenig beachtet
mit Epitopbereich des HIV-1 worden.Wenn es im Verlauf der zahlrei-
1994 humanes Rhinovirus chimäres Hüllprotein Vigna unguiculata (i) chen Genom-Projekte gelingen sollte,
[26] des Cowpea mosaic virus sehr spezifische Promotoren zu identifi-
mit Epitopbereich des HTV-14 zieren, die (im Idealfall ausschließlich)
1994 Streptococcus mutans Antikörper gegen Hüllprotein Nicotiana tabacum (t) durch Einwirken pflanzenexterner, sehr
[27] (185 kDa) von S. mutans spezieller Inducer ,,zum Anschalten” ih-
1995 Plasmodium malariae chimäres Hüllprotein Nicotiana tabacum (i) rer nachgeordneten, codierenden DNA-
[28] des Tobacco mosaic virus mit Sequenz veranlaßt werden können, so
Epitopbereich von P. malariae wäre die Etablierung gentechnisch ver-
1995 E. coli Untereinheit (11,6 kDa) Nicotiana tabacum (t) änderter Pflanzen möglich, deren gen-
[29] des Hitze-instabilen Solanum tuberosum (t) technische Veränderung auf diese Weise
Enterotoxins von E. coli z.B. aufgrund der aktuellen Witterungs-
1996 Norwalk Virus virales Kapsid-Protein (58 kDa) Nicotiana tabacum (t) bedingungen ,,an- bzw. abgeschaltet”
[30] des Norwalk Virus Solanum tuberosum (t) werden könnten.
1997 Mink enteritis Virus chimäres Hüllprotein des Cowpea Vigna unguiculata (i) Ebenso aus öffentlichen Diskussio-
[31] mosaic virus mit Epitopbereich des nen und aus den Berichten in den Medi-
VP2 Kapsid-Proteins des MEV en ist hinlänglich bekannt, daß in vielen
1999 Cytomegalovirus Glycoprotein B (UL55) des Nicotiana tabacum (t) Fällen Antibiotika-Resistenzgene als
[32] Cytomegalovirus Marker-Gene bei der Transformation
von Pflanzen verwendet werden [37]. In
den letzten Jahren wurden jedoch auch
Verfahren entwickelt, welche die Etablie-
rung gentechnisch veränderter Pflanzen
Methode zukünftig an Bedutung ge- Restriction Technology” (GURT). Prin- ohne Marker-Gene grundsätzlich mög-
winnen könnte. Es bleibt allerdings zipiell besteht das patentierte „System lich machen [z.B. 38, 39, 40]; es ist aber
auch zu klären, ob es sich bei dieser zur Kontrolle der pflanzlichen Genex- durchaus möglich, daß im konkreten
Methode überhaupt um ein gentechni- pression” – wie es in der Patentschrift Einzelfall aufgrund der Eigenschaften
sches Verfahren im Sinne des GenTG heißt – aus drei verschiedenen Genkon- der Kulturpflanze, die transformiert
handelt? strukten (Abb. 3), deren Zusammenwir- werden soll, diese Methoden nicht ein-
ken dazu führen soll, daß es mit dem setzbar sind. Diese Transformationsver-
„Zukünftige gentechnisch verän- vom Saatguthersteller ausgeliefertem fahren, die im Ergebnis zu Markergen-
derte Pflanzen werden sich in Saatgut zwar möglich ist, am Ende der freien gentechnisch veränderten Pflan-
ersten Vegetationsperiode in herkömm- zen führen, sind u.a. auch deswegen von
wesentlichen Aspekten durch das licher Weise eine Ernte einzubringen, Interesse, weil es experimentell nur so
veränderte genetische Design von daß aber das Erntegut für eine weitere möglich ist, in aufeinanderfolgenden,
den heutigen unterscheiden.” Aussaat in der nächsten Vegetationspe- unabhängigen Transformationsschrit-
riode nicht mehr verwendet werden ten mehrere verschiedene Genkon-
Viel Anlaß zu gesellschaftlichem Disput kann, da – aufgrund der gentechnischen strukte in die Primärtransformante zu
hat vor einiger Zeit die Patentierung der Veränderung – die Keimfähigkeit des integrieren. In den nächsten Jahren wird
in den Medien als „Terminator”-Tech- geernteten Saatgutes vernichtet worden sich zeigen, ob sich diese Tranformati-
nik bezeichneten gentechnischen Ver- ist. Es wird davon ausgegangen, daß die onsverfahren ohne den Einsatz von An-
änderung gegeben [36]; es handelt sich praktische Umsetzung dieses Konzep- tibiotika-Resistenzgenen als Marker be-
dabei um eine Variante der „Genetic Use tes mindestens noch vier bis fünf Jahre währen werden.
Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz 2•2000 91Leitthema: Perspektiven zur Entwicklung der „Grünen Gentechnik”
grundsätzlichen Fragestellungen nach-
P Repressor-Gen T
gehen oder aber von der Sache her eng
verknüpft mit dem kommerziellen An-
mRNA bau einer bestimmten gentechnisch ver-
änderten Pflanze sind. Zu diesem Zweck
Inducer beabsichtigt das Robert Koch-Institut
z.B-Tetracyclin
(a) Repressor-Protein eine ,,Zentrale Koordinationsstelle für
das anbaubegleitende Monitoring von
(b) gentechnisch veränderten Pflanzen” ein-
zurichten, dem ein ,,Genregister” für
P BS Recombinase-Gen T P BS Recombinase-Gen T Nachweisfahren im Rahmen des anbau-
begleitenden Monitoring beigeordnet
sein soll.
mRNA mRNA
Recombinase Literatur
LP Toxin-Gen T 1. Brandt P (1997) Zukunft der Gentechnik.
LP B Toxin-Gen T
Birkhäuser-Verlag, Basel, S 290
2. Brandt P (1999) Was wird aus der Gentech-
B Toxin-Synthese nik? Forschung & Lehre, Heft 11, S 570–572
3. Brandt P (1995) Gentechnisch veränderte
Abb.3 䉱 Schematische Darstellung des Zusammenwirkens von drei in das Pflanzengenom Pflanzen. Herstellung, Anwendung, Risken
integrierten Genkonstrukten zur Verhinderung der erneuten Verwendung geernteter und Richtlinien.Birkhäuser-Verlag, Basel,
Samen als Saatgut (,,Teminator”-Technik).Während der Saatgutgewinnung (a) bindet das S 306
exprimierte Repressor-Protein am Recombinase-Gen und verhindert auf diese Weise des- 4. Liu JR, Suh MC, Choi D (2000) Phytoremedia-
sen Expression. Soll das Saatgut in den Handel gebracht werden, wird es mit einem In- tion of cadmium contamination: Overex-
ducer behandelt (b), der die Bindung des Repressor-Proteins am Recombinase-Gen verhin- pression of metallothionein in transgenic
dert. Dadurch kommt es zur Expression des Recombinase-Gens und die Recombinase kann tobacco plants.Bundesgesundheitsbl 43:
einen Blocker aus dem Toxin-Gen entfernen. Dessen für die späte Entwicklungsphase des 126–130
pflanzlichen Embryos spezifischer Promoter läßt die Expression des Toxin-Gens erst in 5. Rugh CL, Senecoff JF, Meagher RB, Merkle SA
diesem Entwicklungsstadium des Samens zu; das synthetisierte Toxin unterbindet die (1998) Development of transgenic yellow
Embryonalentwicklung und damit die Keimfähigkeit des Samens poplar for mercury phytoremediation.
Nature Biotechnology 16: 925–928
6. Heyer A (2000) Production of modified
carbohydrates in transgenic plants.
Bundesgesundheitsbl 43: 94–98
7. Murphy DJ (1999) Production of novel oils
Monitoring und Information nisch veränderten Pflanzen den gesetz- in plants.Curr Opinion Biotechnol 10:
lichen Auftrag erfüllen zu können. 175–180
Es ist sicher unangemessen, in Euphorie In diesem Sinne sind auch die der- 8. Spik G,Theisen M (2000) Alteration of gly-
über die zukünftigen Möglichkeiten, zeitigen Bestrebungen zu sehen, ein an- cosylation of human lactoferrin expressed
gentechnisch veränderte Pflanzen für baubegleitendes Monitoring für gen- in transgenic tobacco.Bundesgesundheitsbl
ganz spezielle Bedürfnisse kreieren und technisch veränderte Pflanzen einzufüh- 43: 104–109
9. Hood EE,Witcher DR, Maddock S, Meyer T,
etablieren zu können, die notwendigen ren, deren Inverkehrbringen für den Be-
Baszczynski C, Bailey M, Flynn P, Register J,
Sicherheitsbelange außer Acht zu lassen. reich der EU-Mitgliedstaaten entspre- Marshall L, Bond D, Kulisek E, Kusnadi A,
Die zukünftige Weiterentwicklung gen- chend genehmigt worden ist (Tabelle 1). Evangelista R, Nikolov Z,Wooge C, Mehigh RJ,
technischer Modifikationen für die o.g. Bei dem anbaugegleitendem Monitoring Hernan R, Kappel WK,Titland D, Li CP, Howard
Anwendungsbereiche bringt es zum sieht das Robert Koch-Institut als Ge- JA (1997) Commercial production of avidiv
Beispiel sicher mit sich, dass – im Ge- nehmigungsbehörde seine Aufgabe u.a. from transgenic maize: characterization of
gensatz zu heutigen gentechnischen Ver- darin, genehmigungsrelevante Informa- transformant, production, processing,
änderungen – oft mehr als nur ein tionen zu sammeln, zu bewerten und für extraction and purification.Molecular
,,Fremdgen” in das pflanzliche Genom Interessierte zur Verfügung zu stellen. Breeding 3: 291–306
10. Herbers K, Sonnewald U (1999) Production of
integriert werden wird und dass da- Im Rahmen des Gesamtkonzepts (über
new/modified proteins in transgenic
durch komplexere Auswirkungen auf das zu einem späteren Zeitpunkt berich-
plants.Curr Opinion Biotechnol 10: 163–168
die pflanzlichen Stoffwechselwege zu er- tet werden wird) ergibt sich für das Ro- 11. Brandt P (1998) Impfschutz durch den Ver-
warten sein können. Es steht außer Fra- bert Koch-Institut, aufgrund der jeweili- zehr von gentechnisch verändertem Obst
ge, daß die zuständigen Behörden schon gen Datenlage laufende Monitoringvor- oder Gemüse? Bundesgesundheitsbl 41:
jetzt auf diese mögliche Weiterentwick- haben in geeigneter Weise zu modifizie- 289–293
lung der ,,Grünen Gentechnik” vorberei- ren bzw. neue Monitoringvorhaben zu
tet sein müssen, um bei Sicherheitsbe- initiieren. Es ist vorstellbar, daß zukünf-
wertungen der zukünftigen gentech- tige Monitoringvorhaben entweder
92 Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz 2•200012. Befus N, Langridge HR (2000) Plant-based 22. Jensen LG, Olsen O, Kops O,Wolf N,Thompsen 32. Tackaberry ES, Dudani AK, Prior F,Tocchi M,
cholera toxin B subunit-insulin/GAD KK, von Wettstein D (1996) Transgenic barley Sardana R, Altosaar I, Ganz PR (1999) Develop-
fusion proteins suppress the development expressing a protein-engineered, thermo- ment of biopharmaceuticals in plant
of autoimmune diabetes.Bundesge- stable (1,3–1,4)-b-glucanase during expression systems: cloning, expression
sundheitsbl 43: &ding7A; germination.Proc Natl Acad Sci USA 93: and immunological reactivity of human
13. Kumar A (1998) Transgenic manipulation of 3487–3491 cytomegalovirus glycoprotein B (UL55) in
polyamine metabolism.In: Lindsey K (ed) 23. Herbers K, Flint HJ, Sonnewald U (1996) seeds of transgenic tobacco.Vaccine 17:
Transgenic plant research.Harwood Academic Apoplastic expression of the xylanase and 3020–3029
Publishers, pp 187–199 b(1-3,1-4)glucanase domains of the xynD 33. Daniell H, Datta R,Varma S, Gray S, Lee SB
14. Napier JA (2000) Transgenic plants for the gene from Ruminococcus flavefaciens le- (1998) Containment of herbicide resist-
production of pharmaceutical fatty acids. ads to funktional polypeptides in transge- ance through genetic engineering of the
Bundesgesundheitsbl 43: 99–103 nic plants.Mol Breeding 2: 81–87 chloroplast genome.Nature Biotechnol 16:
15. Poirier Y (1999) Production of new poly- 24. Mason HS, Lam DM, Arntzen CJ (1992) Expres- 345–348
meric compounds in plants.Curr Opinion sion of hepatitis B surface antigen in 34. Beetham PR, Kipp PB, Sawyxky XL, Arntzen CJ,
Biotechnol 10: 181–185 transgenic plants.Proc Natl Acad Sci USA 89: May GD (1999) A tool for functional geno-
16. Kopriva S, Rennenberg H (2000) Forest bio- 11745–11749 mics: Chimeric RNA/DNA oligonucleotides
technology and environment.Bundesge- 25. Usha R, Rohll JB, Spall VE, Shanks M, Maule AJ, cause in vivo gene-specific mutations.Proc
sundheitsbl 43: 121–125 Johnson JE, Lomonosoff GP (1993) Expression Natl Acad Sci USA 96: 8774–8778
17. Brandt P (1999) Prinzipien der Risikoer- of an animal virus antigenic site on the 35. Zhu T, Peterson DJ,Tagliani L, St.Clair G,
wägungen zur ,,Grünen Gentechnik”. surface of a plant virus particle.Virol 197: Baszczynski CL, Bowen B (1999) Targeted
Bundesgesundheitsbl 42: (in press) 366–374 manipulation of maize genes in vivo using
18. Jouanin L, Bonade-Bottino M, Girard C, Morrot 26. Porta C, Spall VE, Loveland J, Johnson JE, Barker chimeric RNA/DNA oligonucleotides.Proc
G, Giband M (1998) Transgenic plants for PJ, Lomonosoff GP (1994) Development of Natl Acad Sci USA 96: 8768–8773
insect resistance.Plant Science 131: 1–11 cowpea mosaic virus as a high-yielding 36. US-Patent Nr.5 723 765: Control of plant
19. Bowen D, Rochelaeu TA, Blackburn M, Andreev system for the presentation of foreign gene expression.
O, Golubeva E, Bhartia R, French-Constant RH peptides.Virol 202: 949–955 37. Brandt P (1999) Antibiotika-Resistenzgene
(1998) Insecticidial toxins from the bacte- 27. Ma JK, Lehner T, Satbila P, Fux CI, Hiatt A (1994) als Marker in gentechnisch veränderten
rium Photorhabdus luminescens.Sciene Assembly of monoclonal antibodies with Pflanzen. Bundesgesundheitsbl 42: 51–57
280: 2129 IgGI and IgA heavy chain domains in 38. Joersbo M, Okkels FT (1997) A novel principle
20. Pen J, Molendijk L, Quax WJ, Sijmons PC, van transgenic tobacco plants.Eur J Immunol for selection of transgenic plant cells:
Ooyen AJJ, van den Elzen PJM, Rietveld K, 24: 131–138 Positive selection. Plant Cell Reports 16:
Hoekema A (1992) Production of active 28. Turpen TH, Reini SJ, Charoenvit Y, Hoffman SL, 219–221
Bacillus licheniformis alpha-amylase in Fallarme V, Grill LK (1995) Malarial epitopes 39. Yoder JI, Gouldsbrough AP (1994) Transfor-
tobacco and ist application in starch expressed on the surface of recombinant mation systems for generating marker-
liquefaction.Bio/Technol 10: 292–296 tobacco mosaic virus. Nature Biotechnol 13: free transgenic plants.Nature Biotechnol
21. Verwoerd TC, van Paridon PA, van Ooyen AJJ, 53–57 12: 263–267
van Lent JWM, Hoekema A, Pen A (1995) 29. Haq TA, Mason HS, Clements JD, Arntzen JT 40. Ebinuma H, Sugita K, Matsunaga E,Yamakado
Stable accumulation of Aspergillus niger (1995) Oral immunization with a recombi- M (1997) Selection of marker-free transge-
phytase in transgenic tobacco leaves.Plant nant bacterial antigen produced in trans- nic plants using the isopentenyl transfera-
Physiol 109: 1199–1205 genic plants.Science 268: 714–716 se gene.Proc Nat Acad Sci USA 94: 2117–2121
30. Mason HS, Ball JM, Shi JJ, Ji-ang X, Estes MK,
Arntzen CJ(1996) Expression of Norwalk
virus capsid protein in transgenic tobacco
and potato and its oral immunogenicity in
mice.Proc Natl Acad Sci USA 93: 5335–5340
31. Dalsgaard K, Uttenthal A, Jones TD, Xu F,
Merryweather A, Hamilton WDO, Langeveld,
JPM, Boshuizen RS, Kamstrup S, Lomonosoff
GP, Porta C,Vela C, Casal JI, Meloen RH, Rodgers
PB (1997) Plant-derived vaccine protects
target animals against a viral disease.
Nature Biotechnol 15: 248–252
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