Grüne Gentechnik Flashcards
Bedeutung von Pflanzen für den Menschen (Übersicht)
Nahrung
Futterpflanzen
Gewürze/Süßsstoffe
Geliermittel
Genussmittel
Medikamente
Drogen
Technische Produkte (Düfte, Fasern, Gerbstoffe, Farbstoffe, Holz)
Fossile Brennstoffe
Biokraftstoffe
Kautschuk
Wachse
Lacke, Öle, Harze
Kork
Dekoration
Methoden der klassischen Züchtung
Auslesezüchtung
Kombinationszüchtung /Kreuzungszüchtung
Hybridzüchtung (-> Heterosiseffekt)
Einkreuzen einzelner Eigenschaften (Bsp. Zwergwüchsigkeit)
Protoplastenfusion (über Artgrenzen hinweg)
Vegetative Vermehrung über Gewebekulturen
Wann ist eine Pflanze transgen?
Immer dann, wenn Transformation stattgefunden hat -> wenn DNA von außen herangetragen wird
Übersicht: Methoden der Erzeugung transgender Pflanzen
Direkte Transformation
Protoplastentransformation
Elektroporation
Biolistische Trafo
Transformation mit Agrobacterium tumefaciens:
Protoplastentransformation
- Präparation von Protoplasten
- Zugabe von DNA, Polyethylenglykol (PEG), zweiwertigen Ionen -> Destabilisierung der Plasmamembran
Nachteil
Regeneration von Pflanzen aus Protoplasten ist sehr umständlich & zeitaufwendig
Elektroporation
- Protoplasten, normale Zellen, Gewebe, Embryokulturen, Kalluskukturen, …
- Anlegen eines kurzen Strompulses mit hoher Spannung (ca 2000 Volt) -> Poren in der Membran
- erfolgreich angewandt für alle wichtigen Getreide
Was ist der Heterosis Effekt?
Besondere Leistungsfähigkeit von Hybriden gegenüber reinerbigen Eltern
Kombinations-/Kreuzungszüchtung
Ziel: Erhöhung der genetischen Variabilität
Einbringen von Variabilität durch Kreuzung
- zufällige Verteilung der elterlichen Chromosomen in Meiose I
- diploide homozygote Elterngeneration -> Gameten -> uniforme heterozygote F1 Generation -> 4 Gameten (große genetische Vielfalt)
Crossing over
Austausch von Stücken zwischen homologen Chromatiden während der Prophase I
-> erhöht Diversität
Hybridzüchtung
Kombination dominanter „positiv wirkender“ Allele
- aber: Vermehrung der Hybridpflanzen führt zu Auskreuzen der positiven Eigenschaften (wegen Heterozygotie) -> Saatgut muss jedes Mal neu gekauft werden
- Mais wird fast ausschließlich als Hybrid-Mais verkauft, um Heterosis Effekt auszunutzen
Worauf muss bei Hybridzüchtung besonders geachtet werden?
Effektive Verhinderung von Selbstbefruchtung notwendig
- z.B. durch manuelle Emaskualtion (Entfernung der Staubblätter, die Pollen enthalten)
- Einsatz von männlich sterilen Linien (CM/S-Linien: cytoplasmatisch männliche Sterilität)
Einkreuzen von Zwergwüchsigkeit
Vorteil Zwergwüchisger Pflanzen:
- fallen nicht so leicht um
- Pflanze verbraucht weniger Ressourcen für die Produktion von „Stroh“
-> besserer Ernteindex
Gibberellinsäure = Wichtiges Phytohormon, bewirkt Sprosslängenwachstum
Einkreuzen Einzelner Eigenschaften
A Elitelinie (hoher Ertrag) X B Donorlinie (Zwergwüchsig)
1. Kreuzen und anschließend selbsten der F1 Generation -> homozygotes Gen für Zwergwüchsigkeit
2. wiederholtes Rückkreuzen mit Elitelinie und Selbsten
-> Auskreuzen der anderen Donorgene
Es werden immer Chromosomenabschnitte eingekreuzt, keine einzelnen Gene!!!
Mutationszüchtung
Erhöhung der natürlichen Mutationsrate durch z.B.:
- Röntgenstrahlung
- UV-Strahlung
- Gamma-Strahlung
- Chemikalien
Bsp.: mittlerweile über 30000 Sorten (v.A. Getreide)
- Farbe (Grapefruit)
- Zwergwuchs (Reis Calrose 76)
-Gerste golden promise
- Resistenz (japanische Birne gegen Pilzkrankheit)
Kreuzung über Artgrenzen hinweg
In seltenen Fällen möglich - bei nah verwandten Arten
Bsp. Triticale: Kreuzung aus Triticum (Weizen) und Secale (Roggen) AABB X RR
Genome anders zusammengesetzt (Tetralogie, diploid)
1. Transplantation des noch lebenden Embryos auf Nährmedium -> Entwicklung steriler haploider Pflanzen
2. Behandlung mit Colchizin
- Gift der Herbstzeitlosen
- bindet an Tubuli—Monomeren -> Mikrotubuli können nicht bilden
Verdopplung der Chromosomenzahl ohne Zellteilung
-> fertiles. Hexaploides Triticale kann entstehen AABBRR
Kreuzung über Artgrenzen hinweg -> Erzeugung von Protoplasten
-> Erzeugung von Protoplasten
Nur Fusion verschiedener Zellen, statt ganzer Pflanzen
1. Pflanzliches Gewebe mit Pektinase behandeln (löst Mittellamele auf, isoliert)
2. einzelne Zellen mit Zellwand mit Cellulase behandeln (löst Zellwand auf, zellwandfrei)
3. Protoplasten = isolierte, zellwandlose Pflanzenzellen, die in iso-osmotischer Lösung gehalten werden
Kreuzung über Artgrenzen hinweg -> Protoplastenfusion
- Mischung von Protoplasten aus Mesophyllzellen und Kalluszellen (undef. Gewebe)
- Anlagerung der Zellen durch Zugabe von Polyethylenglykol (oder elektrischer Spannung)
- Verschmelzung der Protoplasten zu 1 Zelle mit Erbgut aus beiden Ursprungszellen
Protoplastentransformation
Präparation von Protoplasten
Zugabe von DNA, Polyethylenglykol und zweiwertigen Ionen -> Destabilisierung der Plasmamembran
Nachteil: Regeneration von Pflanzen aus Protoplasten ist sehr umständlich und zeitaufwändig
Elektroporation
Protoplasten. Normale Zellen, Gewebe, Embryokulturen, Kalluskulturen
Anlegen eines kurzen Strompulses mit hoher Spannung (ca 2000 Volt) -> Poren in der Membran
Erfolgreich angewandt für alle wichtigen Getreide
Biolistische Transformation
- Hauptsächlich verwendete und effektivste Methode des direkten Gentransfer -> Mehrzahl der kommerziell verwendeten genetischen Nutzpflanzen
- DNA-beladene Gold- oder Wolframpartikel werden mit hoher Geschwindigkeit auf Pflanzenzellen geschossen
- Zellen, Gewebe, Kalluskulturen, ganze Pflanze
- transients (vorübergehende) Trafo möglich
- Trafo von Organellen möglich
- Nachteil: transformierte Zellen werden beschädigt
Transformation von Organellen
- was geht (nicht)
- Vorteile
Schwierigkeiten
- Plastidentransformation durch Biolistik möglich (chloroplasten, Leukoplasten, …)
- Trafo von Mitochondrien in Pflanzen bisher nicht möglich
Vorteile transgender Plastide:
- Zielgerichteter DNA Einbau durch homologe ReKombination
- Hohe Kopienzahl des
- Keine Gene-silencing Effekte, wie sie im Kerngenom vorkommen können
- Mehrere Gene als 1 Operon mit nur einem Promotor hintereinander schalten
- in der Regel enthalten Pollen keine Plastiden -> keine Auskreuzung des Transgens
Schwierigkeiten
Erlangung der Homoplasie (alle Plastide mit gleicher, transformierter DNA)
Bestandteile Plasmide
- ori: Replikationsursprung zur Vermehrung in E.coli
- Resistenz Gen mit bakteriellem Promotor zur Selektion in E.coli (Ampicillin)
- Markergenmit pflanzlichem Promotor u Terminator zur Selektion transformierter Pflanzen (Kanamycinresistenz) -> muss in der Pflanze exprimiert werden
Plasmide zur direkten Transformation.
Gene of interest (zu transformierendes Gen) + pflanzlicher Promotor &Terminator
Wichtig:
- Pflanze. Vermehr keine Plasmide (nur Bakterien) -> bei transgener Pflanze hat immer Einbau des Plasmids als lineare DNA in Genom stattgefunden
- Auch lineare DNA kann zur Trafo genutzt werden
Warum funktioniert Transformation mit Agrobacterium tumefaciens?
Pflanzenpathogen -> bewirkt Wurzelhalstumore
Pathogenität abhängig von Tumorinduzierendem Plasmid (Ti-Plasmid)
Transfer DNA (T-DNA) auf Ti-Plasmid wird in Pflanzenzellen übertragen und in Genom integriert => natürlicher Geningenieur
Aufbau eines Ti-Plasmids
T-DNA: Gene tragen eukaryotische Promotoren und Terminatoren, um in der Pflanze aktiv sein zu können
vir-Region (ausgeschaltet, wenn nicht in Pflanze): Gene für Übertragung der T-DNA
Opinkatabolismus: Abbau und Verwendung der aufgenommenen Opine
ori
Transfergen für Konjugation zwischen Agrobakterien
Biotechnologische Wirkweise der Trafo mit A.tumefaciens
Gensequenzen LB, LR = notwendig und hinreichend für Erkennung der T-DNA
- zwischen Grenzen kann beliebige DNA eingebracht werden
- Ti-Plasmide ohne Hirmonbiosynthese-Gene = entwaffneter Ti-
Gene des Ti-Plasmids können auf verschiedene Vektoren verteilt werden = binäre Vektorsysteme
Binäre Vektorsysteme
großes Plasmid = Helferplasmid mit vir-Genen aber ohne T-DNA verbleibt in A.tumefaciens -> Stamm, verbleibt dann unverändert
kleines Plasmid (5-14kBp): mit T-DNA und Elementen zur einfachen Handhabung
z.B. mit:
- Resistenzgene für Selektion in Bakterien und Pflanzen
- ori für Vermehrung in E.coli u A.tumefaciens
-> Klonierung und Vermehrung des Plasmids in E.coli
-> dann Transformieren von Agrobakterien mit dem Plasmid
Transformation von Pflanzen mit Agrobacterium - Bsp. Tabak
Typische Situation: Regeneration ganzer Pflanzen über Kallus-Stadium
- Inkubation von Blattstücken in Agrobakteriensuspension (30 min.)
- auslegen der Blattstücke auf Medium (2 Tage)
- umlegen der Blattstücke auf Medium mit Antibiotika I Phytohormone
-> abtöten der Agrobakterien
-> Selektion transformierter Pflanzenteile (Kanamycin)
-> Bildung von Kalli, aus denen Sprosse entstehen
- abschneiden der Sprosse und umsetzen auf neues Medium
- Sprosse bewurzeln sich => Transgene Pflanze
- Tabak kann vegetativ vermehrt werden
Allgemeines zur Trafo mit Agrobacterium
- Vielzahl kommerziell verwendeter transgener Pflanzen wurden so transformiert
- Trafo üblicherweise über Gewebe oder Kalluskulturen
- v.A. Bei dicotyledons Pflanzen (Monokotyle wie Gräser, Getreide eher mit Biolistik)
- bei einigen Arten ist Keimbahntrafo möglich -> blühende Pflanzen Transformieren und transgene heterozygous Samen erhalten
Aktuelles Modell der Insertion von T-DNA in pflanzliches Genom
- DNA im Kern
natürlicher Doppelstrangbruch im Genom -> Einbau im Rahmen von Reparaturarbeiten
Anlagerung der T-DNA durch Mikrohomologien
(4-6 Basen, die zufällig passen)
Synthese eines T-DNA Doppelstrangs durch DNA-Polymerase
-> linke Grenze wird immer zuerst eingebaut => Gene of interest an linke und Resistenz an Rechte Grenze
Was ist ein Gen?
= DNA-Abschnitt, der für die Bildung einer RNA-codiert
- mRNA (Protein)
- tRNA
- rRNA
…
Promotorelemente: cis-Elemente
Bindestelle für Transkriptionsfaktoren: trans-Faktoren
Konstitutive Promotoren
Aus Agrobacterium tumefaciens:
- Promotoren & Terminatoren von Opin-Synthese-Genen
-> nos (nopalin-Synthase)
-> ocs (Ocotopin-Synthase)
-> mas (Mannopin-Synthase)
Aus Blumenkohlmosaikvirus:
- 35S Promotor (CaMV-35S)
CaMV-35S-Promotor
- starker, konstitutiv aktiver Promotor, in fast allen Geweben aktiv
- „enhanced“ Version mit 2-4 enhancer Kopien = verstärkt
- am häufigsten verwendeter Promotor in wissenschaftlich u kommerziell verwendeten transgenen Pflanzen
- z.T. auch andere virale Promotoren FMV-35S
Konstitutive Promotorsystem aus Pflanzen in transgenen Pflanzen
Ubiquitin-Promotor
- Ubiquitin = in allen eukaryotischen Pflanzen exprimiert
- markiert andere Proteine = Ubiquitinierung -> polyubiquitinierte Proteine werden abgebaut
Bsp.: Mais-Ubiquitin-Promotor-System
Aktin-Promotor
- Aktin = Protien des Cytoskelets
- in allen Zellen exprimiert
Bsp.: Reis-Aktin-1-Promotor-System
Induzierbare Promotoren in transgenen Pflanzen: Ethanolschalter
alcR/alcA-Sytem von Aspergillus nidulans = Ethanolschalter
- erlaubt A.nidulans Nutzung von Ethanol als als Kohlenstoffquelle
-> AlcR: Transkriptionsaktivator
-> AlcA: Alkoholdehydrogenase
-> AldA: Aldehyddehydrogenase
alcR wird ständig exprimiert
Zu expremierendes Gen steht unter Kontrolle eines artifiziellen Promotors aus CaMV-35S-Minimalpromotor (allein keine Expression) und AlcR-Bindestellen aus alcA-Promotor
Induzierbare Promotoren in transgenen Pflanzen
- Ethanol Schalter
- Tetracyclin-regulierte Induktion bzw. Reprimierung
- Steroid-induzierbare Systeme
- induzierbare pflanzliche Promotoren
-> verwundungsinduziert
-> pathogen-induziert
-> Hitzeschock-/Kälteschockinduziert
-> Lichtinduziert/-reprimiert
Gewebe-/Organspezifische pflanzliche Promotoren
z.B.: wurzel-/frucht-/samenspezifisch
Anpassung der codierenden Region des Transgens
-
Codongebrauch (codon usage/ codon bias)
- degeneriertet genetischer Code
- verschiedene Organismen bevorzugen unterschiedliche Codons
- Anpassung daran -> bessere Expression - Entfernung kryptischer Introns
- Anpassung an den pflanzlichen GC Gehalt
- Entfernung von ATTA-Sequenzen (führen zu schnellem Abbau von RNAs)
Markergene Übersicht
Antibiotikaresistenzen
Herbizidresistenzen
Andere Systeme z.B.
- MannosephosphatIsomerase aus E.coli
Markergene: Antibiotikaresistenzen
häufig z.B.:
gegen Kanamycin: Neomycin-Phosphotransferase nptII aus E.coli
- Kanamycin bindet an 30S UE von 70S Ribosomen & inhibiert Translation
- nptII: phosphoryliert Kanamycin -> inaktiv
gegen Hygromycin: Hygromicin-Phosphotranspherase hph aus E.coli
- Hygromycin bindet 30S- & 40S-UE pro-/eukaryotischer Ribosomen & inhibiert Translation
- hph: phosphoryliert Hygromycin -> inaktiv
Working auf Organellen (insbesondere Plastiden)
Markergene: Herbizidresistenzen
Herbizid = Unkrautvernichtungsmittel
Herbizidresizenz = häufig euch die gewünschte neue Eigenschaft
- gegen Glyphosat
- gegen Phosphinotricin
- gegen Nitril-Herbizide
- gegen Chlorsulfuron-Herbizide
Markergene: Mannosephosphat-Isomerase
aus E.coli
Prinzip:
- transformierte Zellen/Gewebe werden auf Mediuim mit Mannose angezogen
- Mannose wird in Zellen aufgenommen & durch Hexokinase phosphoryliert -> Mannose-6-Phosphat (M6P)
- M6P akkumuliert & inhibiert die Glykolyse -> Wachstumsstillstand
- Mannosephosphat-Isomerase setzt M6P zu Fructose-6-Phosphat um
Reportergene
Codieren für leicht nachweisbar Genprodukte
Bsp.:
- ß-Glucoronidase (GUS) aus E.coli
-> spaltet Verbindungen mit Glucoronsäuren, was blauen Farbstoff ergibt
- Luciferasen aus Glüchwürmchen oder Bakterien: Substrat (Luciferin) -> Produkt + Licht
Nachteil dieser Systeme: Substrat muss zugegeben werden
- grün-fluoreszierendes Protein (GFP) der Qualle Aequorea vicotria: Protein, das unter UV-/Blaulicht grün fluoresziert
=> Reportergene werden i.d.R. nicht als Markergene verwendet (zu umständlich)
=> praktisch zur Untersuchung von Promotoraktivitäten
Erzeugung markerfreier transgener Pflanzen
- unabhängige (aber gleichzeitige) Transformation von Markergene und Transgenen
-> genetische Trennung (Bsp. Yieldguard)
Nachteile:
- Doppeltransformanden kommen selten vor
- Integration trotzdem häufig gekoppelt
- Kreuzungen = zeitintensiv
- bei vegetativ vermehrten Pflanzen nicht möglich - Herausschneiden/ Excision des Markergens:
Rekombinase wie Cre/lox von P1Phage schneidet DNA & fügt die wieder zusammen -> Markergene eingeschlossen zwischen loxP Stelle % Einbau des Cre-Gens + eingeschlossen um induzierbaren Promotor
Homologe Rekombination (HR)
… zum gezielten ausschalten von Genen
Gängige Methode bei Mikroorganismen, Tieren
Bei Pflanzen: sehr geringe Frequenz der HR -> hier quasi nicht verwendbar
Gezieltes ausschalten von Genen: Überblick
Mikroorganismen, Tiere: homologe Rekombination
Pflanzen:
- Antisense-Expression
- Cosuppression
- RNA-Interferenz (RNAi)
Antisense-Expression
Ein Gen / eine cDNA wird in revers-komplementärer Richtung (antisense) exprimiert:
Zielgen und antisense Gen binden aneinander
-> doppelsträngige RNA dsRNA entsteht
=> Inhibierung der Translation & Abbau dr dsRNA
Cosuppression
= starke Überrepression einer zusätzlichen Genkopie führt zum ausschalten des Transgens und des endogenen Gens
RNA-Interferenz (RNAi)
= Expression einer doppelsträngigen RNA inhibiert die Expression des Zielgens
= Sense-antisense Expression
=> effektivste Methode der Genausschaltung bei Pflanzen
Post transcriptional gene silencing PTGS
Mechanismus, der hinter antisense, RNAi und Überexpression steht
Funktionsweise:
1. doppelsträngige RNA Zwischenstufe
2. RNAse „Dicer“ erkennen dsRNA und zerteilen diese
3. RISC erkennt mRNA aus kleinen Fragmenten
4. RISC zerteilt mRNA -> Expression des Gens ausgeschaltet
-> es wird nicht am Zielgen selbst agiert, sondern durch einbringen eines weiteren Gens, wodurch auch Zielgen ausgeschaltet wird
-> direkt am Gen eingreifen: CRISPR-CAS-9 bringt Umbruch
CRISPR/Cas9: Komponenten
Die neue Genschere aus bakteriellem „Immunsystem“: Fremd DNA (z.B. von Phage ) wird spezifisch erkannt & zerschnitten
3 Komponenten
- crRNA: spezifisch für zu erkennende DNA
- tracrRNA: bindet an Cas9 & ist an Erkennung der crRNA beteiligt
- Cas9: bindet beide RNAs und schneidet Ziel-DNA
CRISPR/Cas9: biotechnologische Anwendung
System funktioniert auch in Eukaryonten
- tracrRNA & crRNA werden als single-guide RNA (sgRNA) fusioniert
- Konstrukt für Expression der Guide-RNA und Cas9 wird in Pflanzenzelle transformiert
- nach dem Schneiden kommt es zu Reparatur-> dabei häufige Fehler (Insertion/Deletion) -> defektes Gen -> wird ausgeschaltet
- CRISPR/Cas9 Konstrukt kann nachträglich herausgekreuzt werden => Defekt im Gen ist stabil eingebracht & wird weitervererbt
Ist CRISPR/Cas9 Gentechnik?
Die kleinen Mutationen, die hereingebracht werden sind identisch zu natürlichen Muatationen
Herbizide
= Unkrautvernichtungsmittel
Giftet die auf pflanznespezifsich Prozesse wirken
z.B. Photosynthese, ASBiosynthese -> häufiger Zielort = Chlorolasten (Plastide)
selektive Herbizide: wirken gegen bestimmte Pflanzen(Gruppen)
- häufig monokotyle Pflanzen (Gräser/Getreide etc.) vs. dikotyle Pflanzen
Totalgerbizide: wirken gegen alle Pflanzen
ca 10% Ernteverlust durch Unkräuter: Konkurrenz um Platz, Nährstoffe, Licht
Prinzip der Nutzung von Herbizidresistenzen bei Nutzpflanzen
- Sensitive Nutzpflanzen werden mit einem Resistenzen versehen
- Einsatz hochwirksamer Totalherbizide => nur transgene Nutzpflanzen überleben
Strategien zur Erzeugung herbizidresistenter Pflanzen
- Überexpression des betroffenen Enzyms
- aus der gleichen Pflanze
- aus anderen Pflanzen / Organismen (häufig Bakterien) - Expression eines resistenten Enzyms
- natürliche resistente Enzyme
- Mutation eines sensitiven Enzyms - Abbau / Inaktivierung des Herbizids durch nicht-pflanzliches Enzym
- Verstärkung der natürlichen Entgiftungsreaktionen der Pflanze
Herbizidresistenz: Glyphosat
Möglichkeiten zur Erzeugung Glyphosatresistenter Pflanzen:
1. Überexpression der EPSP-Synthase
2. Verwendung einer mutierten EPSP-Synthase, die Glyphosat nicht bindet
- EPSP Synthase des A.tumefaciens Stammes CP4 ist glyphosatresistent
- pflanzliche EPSP synthase aus z.B. Mais, die mutiert wurde
3. Abbau/Inaktivierung des Glyphosats durch nicht-pflanzliche Enzyme
- G.Spaltung durch G.Oxidase
- G.Modifizierung durch N-Acetyltransferase
Wie wirkt Glyphosat und Phosphinotricin?
Resistenzgene?
Glyphosat:
Totalherbizid
Inhibiert die Biosynthese der aromatischen AS Tyrosin, Phenylalain, Tryptophan (Shikimatweg zur Synthese aromatischer AS)
-> Resistenzgene:
-> RoundupReady Soja (MON) A.t.Trafo,
-> RoundupReady Mais (GA21) Biolistik Trafo
Phosphinotricin:
Totalherbizid
Beeinflusst Stickstoffassimilation, in dem es kompetitiv Glutamin-Synthetase inhibiert -> Ammonium (NH4+) kann akkumulieren -> Zellgift
-> Resistenzgene: bar-Gen (Bialaphos-resistent) / pat-Gen (Phosphinotricin-Acetyltransferase) aus verschiedenen Streptomyces-Stämmen => LibertyLink Baumwolle/ Reis (Agrobacterium/Biolositik Trafo)
Verbreitung Herbizid resistenter Nutzpflanzen
Glyphosatresistenz: 60-100& der Herbizid resistenten transgenen Nutzpflanzen
Danach: Phosphinotricin-Resistenz (z.B. Basta (in D verboten) oder Liberty
Andere resistenzen: nur sehr vereinzelt
Ist Clearfield Raps gentechnisch verändert?
Nein -> konventionell gezüchtet
Rapspollen chemisch mutagenisiert -> Pflanzen gezogen -> auf Herbizid selektioniert
Herbizidresistenz: ALS-Inhibitoren
ALS = Acetolatsynthase
erstes Enzym in der Biosynthese verzeiwegter Aminosäuren
Angriffspunkt für verschiedene Herbizide:
-Imidazolinone
- Phenylharnstoff
- Triazolopyrimidine
Punktmutationen bewirken Toleranzen gegenüber bestimmten oder allen ALS-Inhibitoren
Bt-Toxin
Bacillus thuringiensis = Natürliches Insektizid
Sporenbildendes Bakterium mit Insektiziden Proteinkristallen
Kristallproteine:
Cry-Protein, Bt Toxin, δ-Endotoxin
- 400 bekannte Proteine in 55 Klassen
- cry-Gene = Plasmid-codiert
- cry-Proteine = sehr giftig für bestimmte Insekten
Bsp.
Cry-1-Klasse: gegen Schmetterlinge (Raupen)
Cry-3-Klasse: gg Käfer
Cry-10-Klasse: gg Dipteren
Bt-Toxine im Einsatz
Sprühpräparate aus Sporen und Proteinkristallen
- in Deutschland seit ca 40 Jahren im Einsatz
- häufig im ökologischen Anbau (Bio-Bauern)
- Marktanteil: Agrochemikalien 1%, biologische Bekämpfung 40%
Bt-Toxine in transgenen Pflanzen
1987 erste Klonierung einzelner Cry-Gene & Einsatz in transgenen Pflanzen
- Expression bestimmter Cry-Proteine
z.B. Cry1Ab gg Raupen des Maiszünslers, MON810 YieldGardMais
Cry1Ac gg Raupe des Baumwollkapselbohrers MON531 BollgardBaumwolle
- Sorten mit kombinierten Eigenschaften „stacked traits“
Bollgard II (Monsanto): Cry1Ac + Cry2Ab
…
Stacked Traits
= Kombinierte Eigenschaften
Kombination mehrere Cry-Gene oder/und Cry.Gene mit Herbizidresistenzen nehmen stark zu (2+17 77% der Anbaufläche transgener Nutzpflanzen)
SmartStax (Monsanto & Dow)
- 2 Herbizidresistenzen (Glyphosat, Phosphonotricin), 6 Cry.Gene -> 8 Transgene
- Markteinführung SmartStax Mais 2010 USA & Kanada
- Zulassung EU November 2013 als Futtermais
Neue Eigenschaften transgener Pflanzen: Überblick
Herbizidresistenz
Insektenresistenz
Stacked Traits
Krankheitsresistenz
Input Traits
Output Traits
Input Traits
Eigenschaften Zusammenhängend mit Anbau der Pflanzen („Anbaueigenschaften“)
Dienen im allgemeinen der Ertragssteigerung /-Stabilisierung
- Herbizidresistenz
- Insektenresistenz
- Krankheitsresistenz
- Trockenheitsresistenz
- …
Gentechnische veränderte Pflanzen der ersten Generation fast ausschließlich mit Input Traits => nutzen v.a. Landwirt:innen
Output Traits
Produkteigenschaften
Dienen im allgemeinen der qualitativen Verbesserung des Produktes
- verbesserte Haltbarkeit (Lagerung, Transport)
- verbesserte Zusammensetzung (mehr/neue Nähr-/Inhaltsstoffe)
- einfachere Verarbeitung
- …
=>. Unzen Verbraucher:innen
Wichtigste Nahrungsmittelpflanzen (Erträge 2010 in Mio. Tonnen)
Mais 844
Reis 672
Weizen 651
Kartoffeln 324
Gentechnikrecht in Deutschland
- wichtige Ziele
- was wird geregelt
Ziele:
1. Schutz von Mensch, Umwelt und Sachgütern vor schädlichen Auswirkungen gentechnischer Verfahren und Produkte
2. schaffen eines rechtlichen Rahmens für die Erforschung, Entwicklung, Nutzung und Förderung der Gentechnik
geregelt wird …
Erzeugen von und arbeiten mit GVOs
Freisetzen
Zulassungsverfahren in Deutschland und EU
Freisetzung
- Freilandverscuhe mit GVOs für. Estimate Zeit an einem/ mehreren Standorten
- genehmigende Behörden: BVL
- öffentlich: Bekanntmachung & Anhörung
- keine Verarbeitung für Lebensmittel / Futter
Inverkehrbringen
- kommerzielle Nutzung (Abgabe an dritte) einer gg-Pflanze
- EU-weite Verfahren
- Anbau der gv-Pflanze nach Freisetzungsrichtlinie der EU
Risiko …
- … Abschätzung
- … Wahrnehmung
Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit x Schadenshöhe
Risikowahrnehmung
- beeinflusst durch viele Faktoren (2 zentrale)
1. Furcht (korreliert mit Kontrollmangel, befürchteten Auswirkungen, Katastrophenpotential, Zunahme des Risikos über Zeit, tödliche Konsequenzen)
2. Unbekanntheit (korreliert mit Nichtbeobachtbarkeit, Neuheit, unbewusste, Ausgesetztsein, Mangel an Expertenwissen, verzagteren Konsequenzen)
