Wie GVOs zur Lösung des Klimawandels beitragen können

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Aktualisiert am: 14 Dec 2020

Können wir die DNA eines Organismus ohne selektive Züchtung verändern?

Ja!

Rasante Fortschritte in unserem Verständnis der DNA haben es Wissenschaftlern ermöglicht, Gene direkt zwischen verschiedenen Arten zu übertragen und sogar Genome selbst zu bearbeiten !

Organismen, die auf diese Art und Weise erzeugt wurden, werden oft als gentechnisch modifizierte Organismen (GMOs) oder genetisch veränderte Organismen (GVOs) bezeichnet . Allerdings ist dieser Name etwas missverständlich. Wie wir im vorangegangenen Kapitel gelernt haben, haben Menschen Pflanzen und Nutztiere schon Tausende von Jahren genetisch modifiziert . Deshalb benötigen wir einen präziseren Begriff, um die direkte Modifizierung der DNA eines Organismus zu beschreiben: Gentechnik .

Genetisch veränderte Organismen haben oft einen schlechten Ruf, obwohl sie eigentlich sehr wichtig sind; zum Beispiel in der nachhaltigen Landwirtschaft, aber auch zur Erzeugung von Arzneimitteln oder bei der Bekämpfung von Erbkrankheiten .

In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit der Frage, wie GMOs in der Landwirtschaft sinnvoll eingesetzt werden können und worin dabei die Risiken liegen.

Wie erzeugen Wissenschaftler GMOs?

Die ersten GMOs wurden durch die Übertragung von Genen von einem zum anderen Organismus erzeugt . Wie funktioniert das?

Identifiziere das Gen, welches für eine bestimmte Eigenschaft innerhalb eines Organismus, z.B. Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten, verantwortlich ist
Kopiere das Gen
Füge das Gen in das Genom eines anderen Organismus ein

Image of DNA-Übertragung zwischen Organismen — DNA-Übertragung zwischen Organismen

Durch das Kopieren von Genen der einen Pflanze und Einfügen in eine andere konnten Wissenschaftler Pflanzen mit höherem Ertrag, größerer Nährstoffdichte und umweltverträglicheren Eigenschaften erzeugen .

Schauen wir uns einige Beispiele an:

Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten vermindert den Bedarf an Pestiziden
Bessere Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Trockenheit und salzige Böden erhöht die Erträge für Pflanzen in Klimazonen mit herausfordernden Bedingungen
In Grundnahrungsmitteln könnte der Einsatz von Genen, welche essentielle Nährstoffe produzieren, Mangelernährung vermindern und die Gesundheit vieler Menschen verbessern
Gene, die die Lagerungsbeständigkeit erhöhen, können Lebensmittelabfälle reduzieren

Höhere Erträge verbessern nicht nur die Nahrungssicherheit, sondern auch das Einkommen der Bauern . Klar, die Gentechnik hat viele Vorteile. Aber warum sind so viele Menschen immer noch dagegen?

Was sind die Risiken der Gentechnik?

Während GVOs viele Vorteile besitzen, müssen wir auch ihre potentiellen Risiken betrachten. Pflanzen und Tiere, die gegen Insekten und Krankheiten resistent sind, könnten Schädlinge fördern, die sich anpassen und diesen Verteidigungsmechanismus umgehen, wodurch sie schwerer zu kontrollieren sind .

Wenn das eingebrachte Gen den GMO besser an seine Umwelt anpasst, könnte er mit wilden Populationen um Nahrung und Lebensraum konkurrieren und dadurch die Artenvielfalt reduzieren . Zusätzlich kann der GMO sich mit wilden Artgenossen fortpflanzen, wodurch das eingebrachte Gen in die wilden Populationen gelangt .

Die Erzeugung von GMOs, die ihre modifizierte DNA nicht weitergeben können, verhindert das Entkommen dieser Gene in die Natur . Allerdings verhindert dies auch, dass Landwirte das Saatgut, welches sie aus der vorangegangenen Ernte gewonnen haben, im folgenden Jahr aussäen können. Die Landwirte sind dadurch von kommerziellen Saatgutherstellern abhängig, welche folglich den Zugang zu gentechnisch veränderten Technologien kontrollieren können . Warum dies ein Problem ist, diskutieren wir im Kapitel „Ungelöste Probleme”.

Image of Menschen haben verschiedene Meinungen zu GMOs — Menschen haben verschiedene Meinungen zu GMOs

Die vielleicht größten öffentlichen Bedenken gegenüber GMOs bestehen im potenziellen Risiko von gentechnisch veränderten Lebensmitteln für die menschliche Gesundheit . Ist dies gerechtfertigt?

Wenn Gene mittels konventioneller Gentechnik von einem zum anderen Organismus übertragen werden, können sie an jeder Stelle des Genoms wieder eingesetzt werden . Dies kann zu negativen Nebeneffekten führen, wie zum Beispiel der Produktion von Giftstoffen oder dem Auseinanderreißen anderer Gene .

Übertragene Gene können außerdem Allergien bei Menschen auslösen, die auf den ursprünglichen Organismus allergisch sind, von welchem das Gen kopiert wurde . Deshalb, und obwohl sich Wissenschaftler größtenteils einig sind, dass gentechnisch veränderte Lebensmittel genauso sicher wie gentechnisch unveränderte Lebensmittel sind , ist es wichtig, dass GMOs streng getestet werden, bevor sie verkauft werden dürfen .

Viele dieser Bedenken sind auf die Übertragung von Genen zwischen unterschiedlichen Organismen zurückzuführen. Was wäre, wenn man gewünschte Eigenschaften durch eine direkte Veränderung der DNA hervorrufen kann?

Was ist Genom-Editierung?

Während traditionelle Methoden der Gentechnik den Transfer von DNA zwischen zwei Organismen beinhalten, haben es jüngste Erkenntnisse in der Molekularbiologie ermöglicht, das Genom eines Organismus direkt zu verändern .

Das effizienteste Werkzeug zur Genom-Editierung ist heutzutage die CRISPR/Cas Methode, häufig nur als CRISPR bezeichnet .

CRISPR ist ein natürliches Verfahren, das von Bakterien genutzt wird, um sich gegen Viren zu verteidigen . Wie funktioniert das?

Der Name CRISPR bezieht sich auf eine kurze Sequenz der DNA. In der Natur stimmt die CRISPR Sequenz mit der DNA eines Virus überein, welches zuvor eine Zelle infiziert hat . Falls das Virus erneut versucht einzudringen, kann diese CRISPR Sequenz von CRISPR zugehörigen (Cas-) Proteinen genutzt werden, um die passende DNA zu finden – ähnlich wie ein Spürhund. Wenn die Cas-Proteine das Virus finden, zerschneiden sie dessen DNA und deaktivieren den Eindringling .

Image of CRISPR in Bakterien — CRISPR in Bakterien

Wie wird das bei der Genom-Editierung genutzt?

Auf diesen Erkenntnissen aufbauend können Cas-Proteine trainiert werden, ein beliebiges Gen im Genom eines Organismus zu finden und zu zerschneiden, vorausgesetzt wir kennen dessen DNA-Sequenz . Mithilfe des zelleigenen Reparatursystems, welches Fehler oder Brüche in der DNA ausbessert, können neue Gene dort eingesetzt werden, wo die DNA zerschnitten wurde.

Image of CRISPR/Cas Genom-Editierung — CRISPR/Cas Genom-Editierung

CRISPR kann aber nicht nur dazu verwendet werden, um Gene von einem zum anderen Organismus zu übertragen, sondern auch, um das Genom direkt zu verändern.

Falls keine neuen Gene eingesetzt werden, wird die Zelle dennoch die zerschnittene DNA reparieren. Allerdings sind diese Reparaturmechanismen nicht immer fehlerfrei und können das Gen stören, indem sie DNA-Teile hinzufügen oder löschen . Dies mag auf den ersten Blick zwar schlecht klingen, kann aber sehr nützlich sein, falls das gestörte Gen dem Organismus eine vorteilhafte Eigenschaft, wie z.B. Resistenz gegen Krankheiten, verleiht .

Weiterhin kann CRISPR, durch das Einfügen dieser neuen Genvariation in das Genom von Pflanzen oder Tieren, die genetische Vielfalt einer Spezies vergrößern . Dies stellt wiederum mehr genetische Variationen für die traditionelle selektive Züchtung bereit .

Image of Alternative Ergebnisse von CRISPR — Alternative Ergebnisse von CRISPR

Seit ihrer Entdeckung gab es einen regelrechten Boom zur Erforschung neuer Nutzungsmöglichkeiten der CRISPR-Technologie . Zum Beispiel können Wissenschaftler heutzutage durch die Modifizierung des Cas-Proteins jeden einzelnen Buchstaben (Nukleinbase) der Gensequenz verändern !

CRISPR ist viel präziser und günstiger als traditionelle Methoden der Gentechnik . Tatsächlich kann CRISPR dazu verwendet werden, Organismen mit einem veränderten Genom zu erzeugen, welche überhaupt keine „fremde“ DNA beinhalten. Das bedeutet, dass sich die veränderten Gene technisch gesehen nicht von den Genen unterscheiden, die in der Natur durch zufällige Veränderungen der DNA entstehen !

Fazit

Bauern haben Saatgut bereits seit Tausenden von Jahren genetisch verändert: Die Gentechnik ermöglicht diese Änderungen nun schneller und präziser . Genetisch veränderte Pflanzen haben das Potential die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten und gleichzeitig den Nährstoffgehalt von Pflanzen und das Einkommen von Landwirten zu steigern .

Allerdings empfinden immer noch viele Menschen genetisch veränderte Nahrungsmittel als schlecht . Dies ist weitgehend auf eine mangelnde klare Kommunikation zwischen Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit zurückzuführen. .

Fortschritte in der Genom-Editierung haben die Gentechnik sicherer und präziser als jemals zuvor gemacht . Es ist heute bereits möglich, Produkte gentechnisch so zu verändern, dass sie überhaupt keine “fremde” DNA enthalten . Deshalb wird oft damit argumentiert, dass Lebensmittelrichtlinien (Vorschriften, die besagen, ob ein Nahrungsmittel als Nahrung verkauft werden kann) auf Grundlage der Sicherheit des Lebensmittels selbst anstatt des Herstellungsprozesses erstellt werden sollten . Tatsächlich ist dies bereits in den USA und in Kanada der Fall .

Gleichwohl wird die Bewertung der potenziellen Umwelt- und Gesundheitsrisiken aller neuen Produkte nach wie vor von wesentlicher Bedeutung sein, ebenso wie Vorschriften, die sicherstellen, dass diese Methoden nur zu ethischen Zwecken eingesetzt werden .

Indem die Menschen über die Vorteile der GMO-Technologien aufgeklärt werden und man ihre Bedenken klar anspricht, könnten gentechnisch veränderte Lebensmittel eine breitere Akzeptanz in der Öffentlichkeit finden .

Bisher haben wir uns mit den Problemen des Ackerbaus befasst und untersucht, wie diese mit Hilfe der Gentechnik, der Agrarökologie und der Präzisionslandwirtschaft gelöst werden könnten. Aber was ist mit der Nutztierhaltung? Damit werden wir uns im nächsten Kapitel befassen.

Nächstes Kapitel