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„Die Bauern haben die Wahl“

Vermarktung von Gen-Pflanzen kommt zu früh


02/2006 		 

Noch nicht reif

Die Kommerzialisierung von genmanipulierten Pflanzen kommt zu früh. Zwar werden auch in der herkömmlichen Pflanzenzüchtung Gene übertragen. Die Gentechnologie beschleunigt diesen Vorgang und erlaubt zusätzlich den Gentransfer über Artgrenzen hinweg. Das birgt viele Möglichkeiten. Doch wir wissen nur wenig über mögliche schädliche Folgen der Technik.


[ Von Cesare Gessler ]

Fortschritte in der Landwirtschaft sind von jeher eng verbunden mit der Auswahl der besten Nachkommen von Pflanzen. Für die Züchtung gibt es zwei Typen von Pflanzen: Selbstbefruchter und Fremdbefruchter. Selbstbefruchter wie Weizen können rückgekreuzt werden, das heißt, man kann sie mit sich selber oder sehr nahen Verwandten kreuzen. Nach einer ersten Kreuzung mit einer Pflanze, die bestimmte neue Eigenschaften einbringen soll (Spender), kann eine Pflanze mit der Ursprungspflanze so lange rückgekreuzt werden, bis sie mit Ausnahme der gewünschten eingekreuzten Eigenschaften mit der Ursprungspflanze nahezu genetisch identisch ist. Die meisten Selbstbefruchter, wie die gängigen Getreidesorten einschließlich Reis sind homozygot, das heißt, beide Chromosomensätze sind weitgehend identisch. Sie produzieren deshalb auch identische Nachkommen. Der Bauer kann aus der Ernte sein eigenes Saatgut gewinnen; es hat die gleichen Eigenschaften wie das Ausgangsmaterial.

Der Pollen von Fremdbefruchtern wie Äpfeln, Wein oder Bananen hingegen kann die Blüten seiner Ursprungspflanze nicht befruchten; zur Befruchtung bedarf es des Pollens einer genetisch verschiedenen Pflanze. Das bedeutet, dass der Samen sich je zur Hälfte aus dem Genom der Mutterpflanze und der meist unbekannten Vaterpflanze (Pollenspender) zusammensetzt – das Genom ist heterozygot. Pflanzt man die Samen von Äpfeln oder Weinreben einer bestimmten Sorte, dann entsteht eine Vielzahl verschiedener und genetisch einzigartiger Pflanzen. Die Früchte werden alle gleich sein, da sie vom Erbgut der Mutterpflanze bestimmt werden, die Samen hingegen werden unterschiedlich sein. Um Saatgut für sortenreine, also genetisch identische Pflanzen zu erhalten, müssen Fremdbefruchter vegetativ vermehrt werden, zum Beispiel aus Stecklingen der Ursprungspflanze. Die Äpfel einer Sorte wie Gala oder Golden Delicious sind also im Grunde allesamt Klone einer einzigen Ursprungspflanze. Zum Beispiel sind alle Apfelbäume der Sorte Golden Delicious auf einen Sämling zurückzuführen, der im 19. Jahrhundert zufällig in den USA gefunden wurde.

Eine Zwischenstellung haben Pflanzenarten, die sowohl Fremdbefruchter als auch Selbstbefruchter sind, gleichzeitig jedoch so genannte Inzuchtdepressionen aufweisen. Solche Pflanzen können sich zwar selbst befruchten, doch je öfter dies geschieht, desto mehr negative Auswirkungen auf die Pflanze werden sichtbar. Kreuzt man wiederum solche Inzuchtlinien miteinander, entstehen Hybride mit besseren Eigenschaften. Der Nachteil ist, dass solches Saatmaterial nicht vermehrt werden kann: Die Inzuchtdepression reduziert den Hybrideffekt von Generation zu Generation. Klassisches Beispiel ist Mais: Anders als im Falle von Weizen, dessen Samen der Bauer selbst ernten und im Folgejahr wieder pflanzen kann, oder der Weinrebe, aus der Stecklinge gewonnen werden können, muss der Maisbauer das Hybridsaatgut jedes Jahr neu kaufen.


Gentransfer durch konventionelle Züchtung

Im Falle von Selbstbefruchtern lassen sich also auch durch herkömmliche Züchtung (Kreuzung mit einem Spender und mehrfaches Rückkreuzen) Fremdgene in eine Pflanze einbauen – allerdings nur aus Arten, mit denen eine Kreuzung möglich ist. Grüne Gentechnik beschleunigt diesen Prozess lediglich und erlaubt außerdem die Übertragung von Genen über Artgrenzen hinweg. Gentechnologie bei Selbstbefruchtern ist deshalb nur notwendig für den Einbau artfremder Gene, zum Beispiel des Bakteriums Bacillus thuringiensis zur Herstellung insektenresistenter Pflanzen. Anders bei Fremdbefruchtern: Es ist unmöglich in eine krankheitsanfällige Apfelsorte wie Gala durch konventionelle Züchtung Resistenzgene aus Wildäpfeln einzukreuzen, da dadurch zugleich die Sortenreinheit verlorengeht. Durch die Kreuzung entstehen neue Sorten wie Topaz oder Santana mit eigenem Geschmack und Aussehen. Aus diesem Grund gibt es nur wenige Apfelsorten auf dem Markt, die gegen den weit verbreiteten Apfelschorf resistent sind.


Verheißungsvolle Gentechnik

Unter diesen Bedingungen ist der Einbau eines spezifischen Gens, das zum Beispiel gegen eine Krankheit resistent macht, in eine bestimmte Sorte wie Gala oder Golden Delicious eine attraktive Option: Alle Eigenschaften der manipulierten Pflanze bleiben erhalten außer den hinzugefügten Genen. Genau das verspricht die rekombinante DNA-Technologie (Gentechnologie). Das erste Ziel war die Bekämpfung von Feuerbrand. 1994 zeigte H. Aldwinckle in einer Pionierarbeit, dass auflösend (lytisch) wirkende Gene aus verschiedenen Mikroorganismen Pflanzen der Sorte Royal Gala in Gewächshäusern und Feldversuchen widerstandsfähiger gegen künstlich eingebrachte Erreger (Inokulation) machten. Ähnlich führte der Einbau von Pilz hemmenden Chitinase-Genen und eines Glucanase-Gens bei einigen transgenen Linien der Sorte McIntosh zu hoher Resistenz gegen Apfelschorf. Allerdings hatte diese Maßnahme oft den nicht intendierten Nebeneffekt, die Vitalität der Pflanzen zu vermindern. Derzeit gibt es keine Studienergebnisse zu weiteren möglichen Nebeneffekten dieser Genprodukte.

In unserem Institut in Zürich benutzten wir dieselbe Technik, um ein Vf-Resistenzgen vom Apfelbaum Malus floribunda in die schorfanfällige Sorte Gala zu transferieren. Das Gen – HcrVf2 – war voll funktionstüchtig und machte die ausgewählten transgenen Linien gegen Apfelschorf resistent. Diese Forschungsergebnisse zeigen, dass es möglich ist, durch den Einbau fremder oder apfeleigener Resistenzgene Apfelschorf unter Kontrolle zu bringen.

Wissenschaftlich ist das sicherlich ein Fortschritt. Man könnte versucht sein, den Sieg über den Apfelschorf zu verkünden. Möglicherweise könnte sogar die Verwendung von Fungiziden bald überflüssig sein. Einige Aspekte sind aber noch ungeklärt: Zum Beispiel stellt sich die Frage nach der Biosicherheit der von neuen Genen exprimierten Proteine, vor allem wenn sie von fremden Genen stammen. Starke Auswirkungen auf andere Organismen lassen sich unter Umständen schnell feststellen. Subtilere Effekte dagegen werden möglicherweise erst nach langer Beobachtung erkannt und können unangenehme Überraschungen bergen. Denkbar sind zum Beispiel die Bildung neuer allergener Proteine, veränderte Reaktionen auf Krankheiten, die bisher wenig beachtet werden, oder die Einschränkung der biologischen Abbaubarkeit des Blattwerks. Die Frage bleibt: Auch wenn wir keine unerwünschten Auswirkungen entdecken – heißt das, es gibt keine? Nimmt man das apfeleigene Resistenzgen Vf, das viele schorfresistente Sorten aufweisen, lassen sich zumindest diese Risiken vermeiden.

Es bleiben jedoch mindestens zwei weitere gravierende Probleme: Erstens, ist die Resistenz dauerhaft? Zweitens, welche epigenetischen Auswirkungen hat der Einbau fremder Gene auf das Genom des Empfängers? Wir wissen, dass eine bestimmte Art des Schorferregers die Abwehr eines einzelnen Resistenzgens überwinden kann. Das bedeutet, dass die veränderte Sorte bald wieder anfällig werden kann. Dieses Problem lässt sich dadurch lösen, dass man ähnlich wie in der konventionellen Züchtung mehrere funktional unterschiedliche Schorfresistenzgene einkreuzt.

Das zweite große und bislang zu wenig beachtete Problem betrifft die Position eines neuen Gens im Empfängergenom (insertion site). Es ist nicht möglich, einzelne Gene präzise an eine bestimmte Stelle im Genom zu platzieren. Bei jeder einzelnen Transformation ist die Einbaustelle eine andere. Die mögliche Folge sind subtile Veränderungen in der Genexpression an der Einbaustelle, die erst in späteren Stadien der Pflanzenentwicklung sichtbar werden.


Risiko Epigenetik

Das Problem ist, dass Gene interagieren. Der Transfer eines Gens kann ein anderes Gen „ausschalten“ – ein Vorgang, den wir „silencing“ nennen. Er kann aber auch umgekehrt die Wirkung anderer Gene verstärken oder neue Wirkungen auslösen (Expression). Solche epigenetischen Auswirkungen können leicht entdeckt werden, wenn sie die Pflanze sichtbar verändern. Viel schwieriger ist es dagegen, Auswirkungen auf andere Organismen zu identifizieren. Die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Nebeneffekte wird minimiert, wenn das transferierte Gen exakt an der Stelle platziert wird, an der es sich von Natur aus in den herkömmlichen schorfresistenten Sorten befindet. Wir kennen diese Position. Aber uns fehlen die Instrumente, ein Gen exakt dort zu platzieren, wo wir es gerne hätten. Es gibt Bemühungen, solche Werkzeuge zu entwickeln, aber es ist nicht absehbar, wann sie im Modell oder gar zur Anwendung an Pflanzen zur Verfügung stehen werden.

Aus all dem folgt, dass ein Apfel, der nur mit apfeleigener DNA transformiert wurde und bei dem die unwirksamen durch funktionierende Resistenzgene ersetzt werden, akzeptabel ist. Wir nennen das Gentherapie. Solche Apfelsorten tragen zu einer sichereren und ökologisch nachhaltigen Apfelproduktion bei, weil sie den Bedarf an Fungiziden drastisch reduzieren. Sicherheitsaspekte, die zum Beispiel die Auskreuzung oder die Verunkrautung betreffen, müssen diskutiert werden, könnten sich aber als irrelevant erweisen, da derart genmanipulierte Sorten grundsätzlich identisch mit resistenten Sorten wären, die durch herkömmliche Züchtung entstehen.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind jedoch große Fortschritte in der Gentechnologie nötig, die noch nicht in Sicht sind. Die derzeitige Technologie bringt Produkte hervor, die insbesondere wegen der ungewissen epigenetischen Effekte fragwürdig und meiner Meinung nach deshalb noch nicht reif für die Vermarktung sind. Wir sollten die Technologie aber nicht verteufeln, sondern verbessern, damit die Produkte die Sicherheitsanforderungen erfüllen und echten gesellschaftlichen Nutzen bringen.

Die Tatsache, dass es im Grunde immer nur um Herbizidtoleranz oder Insektenresistenz durch das Bt-Gen geht, wenn wir an genmanipulierte Pflanzen denken, zeigt, dass wir noch ganz am Anfang stehen, das Potential grüner Biotechnologie zu nutzen. Über beide Eigenschaften lässt sich diskutieren. Man kann sie begrüßen oder als schädlich erachten, je nach ökonomischem und politischem Standpunkt. Fest steht jedoch, dass Gentechnologie helfen kann, ernste Probleme zu lösen. Zum Beispiel konnte die Papaya-Produktion auf Hawaii durch die Züchtung einer transgenen Papayasorte gerettet werden, die gegen den Ringspot-Virus resistent ist. Sinnvoll wäre auch, Wege zu finden, die Pestizide wirklich reduzieren und nicht nur ersetzen. In jedem Fall aber müssen Forscher und Entwickler jedes mögliche Risiko ernst nehmen.


Dr. Cesare Gessler
ist Forschungsleiter für Pflanzenpathologie am Institut für Pflanzenwissenschaften der ETH Zürich und Leiter des Forschungszentrums SafeCrop am Istituto Agrario San Michele all’Adige bei Trient in Italien.
cesare.gessler@ipw.agrl.ethz.ch