biologie artikel (Interpretation und charakterisierung)

Anwendung der gentechnologie-

3.Anwendung der Gentechnologie Wie jede neue Technik eröffnet Gentechnologie dem Menschen neue Verhaltensoptionen. In der Vergangenheit haben technologische Durchbrüche nicht nur positive Ergebnisse gezeitigt. Technologie wurde und wird nicht nur zum Nutzen, sondern auch zum Schaden von Menschen eingesetzt. Besonders zwiespältig wurde in jüngerer Zeit die Entwicklung der Atomtechnik erlebt. Nicht zu reden von der Bombe, auch die sogenannte friedliche Nutzung der Kernenergie wird heute von vielen mit gewichtigen Argumenten abgelehnt. Verwundern kann es deshalb nicht, daß der Gentechnik viel Skepsis (gesundes Mißtrauen) entgegengebracht wird.
Deshalb müssen die Wissenschaftler, vor allem aber die anwendende Industrie ihre Karten offen auf den Tisch legen. Sie müssen erklären, welche Ziele sie verfolgen und warum Gentechnik hierfür besser als andere Alternativen geeignet ist.
Ein globales Abwägen der Chancen und Risiken der Gentechnologie ist wegen der vielen unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten verfehlt. Bei jedem einzelnen Projekt der Gentechnologie müssen Chancen und Risiken aufs Neue erwogen werden. An einigen wichtigen Beispielen soll versucht werden, dies darzustellen.

3.1. Landwirtschaft und Ernährung
Bei einem gegebenen Technologiestandard bedarf es zur Ernährung einer Person eine bestimmte Minimalfläche. Multipliziert mit der Anzahl Menschen auf der Erde ergibt sich wegen der Bevölkerungsexplosion ein super-exponentiell wachsender Bedarf an landwirtschaftlicher Nutzfläche, der schon erschreckend bald die weltweit zur Verfügung stehenden Flächen übersteigt. Schon im 19. Jahrhundert stellte der Engländer Malthus solche Überlegungen an. Seine pessimistischen Prognosen trafen aber nicht ein, weil er den enormen Produktivitätszuwachs in der Landwirtschaft nicht einkalkuliert hatte. In den letzten 50 Jahren ist es, um nur ein Beispiel zu nennen, durch klassische Genetik und Düngung gelungen, den Ertrag von Weizen um 300% zu steigern.
Wir haben heute jedoch wieder allen Anlaß pessimistisch zu sein. Die Bevölkerungsexplosion ist global weiter ungebremst, die Monokultur Mensch nimmt der übrigen Natur - für alle zunehmend sichtbar - den Lebensraum. Die natürliche Flora und Fauna muß zunehmend dem Flächenbedarf für Wohnen, Verkehr und Landwirtschaft weichen. Ein fortgesetztes Produktivitätswachstum in der Lebensmittelindustrie ohne gleichzeitige drastische Maßnahmen zur Kontrolle der Geburten kann deshalb auf Dauer sicherlich keine Lösung sein. Wenn wir jedoch darin Übereinstimmen, daß Geburtenkontrolle besser ist als die Regulation der Bevölkerungsdichte durch den Hungertod, dann gibt es zur Produktivitätssteigerung in der Lebensmittelindustrie auf lange Sicht keine Alternative, da eine Verlangsamung, geschweige denn ein Stopp des Bevölkerungswachstums noch nicht abzusehen ist. Es gibt deshalb global betrachtet - außer für wenige Priviligierte - auch kein \"Zurück zur Natur\". Schon seit Jahren ist die pro Kopf Produktion von Nahrungsmitteln trotz der hohen absoluten Steigerungsrate am sinken.

Pflanzenzucht
Die Ziele der Zucht von Nutzpflanzen sind seit alters her Qualitätsverbesserung, Ertragssteigerung und Verbesserung der Widerstandsfähigkeit. Die Gentechnologie stellt Methoden bereit, um diese Ziele effektiver als bisher zu erreichen. Sie wird die bisherige Pflanzenzüchtung in wichtigen Punkten ergänzen, aber nicht verdrängen. Wunder sind leider nicht zu erwarten.
Versuche zur Ertragsverbesserung (Beispiele)
a) Biologische Stickstoffixierung
Stickstoff ist ein lebenswichtiger Baustein für alle Lebewesen. Leider können Pflanzen den Stickstoff aber nicht aus der Luft aufnehmen, sondern nur über die Wurzeln in der Form von Nitraten oder Ammonium. Der Ertrag auf den Feldern ist deshalb direkt mit der Intensität der entsprechenden Stickstoffdüngung gekoppelt. Die Herstellung des Stickstoffdüngers verbraucht sehr viel Energie, so daß hohe Kosten für den Landwirt entstehen. Zudem verseuchen die Nitrate unser Trinkwasser. Eine Verringerung der weltweiten Produktion von ca. 75 Mill. Tonnen Stickstoffdünger jährlich ist deshalb wünschenswert.

Im Gegensatz zu den höheren Pflanzen haben manche Bakterien die Fähigkeit, Stickstoff direkt aus der Luft aufzunehmen. Daraus ziehen z.B. die Erbse und andere Leguminosen ihren Nutzen, in dem sie sich die entsprechenden Bakterien als Haustiere halten. Die Rede ist von den Knöllchenbakterien, die mit den Leguminosen vergesellschaftet, in Symbiose, leben.
Es gibt verschiedene gentechnologische Forschungsansätze mit dem Ziel, andere Nutzpflanzen als die Erbse zur biologischen Stickstoffixierung zu befähigen:
Eine Methode ist die Übertragung der für die Stickstoffixierung notwendigen bakteriellen (nif) Gene direkt in die Pflanze. Dies ist bereits gelungen, die Gene sind auch aktiv, aber ihre Produkte, insbesondere das Enzym Nitrogenase, arbeiten in den Pflanzen in Gegenwart von Sauerstoff nicht. Das ist ein Lehrbeispiel dafür, daß die Übertragung von Genen aus einem Organismus in einen anderen nicht ohne weiteres erwarten läßt, daß deren Produkte dann dort funktionieren.
Wesentlich vielversprechender ist der Versuch, die Bakterien so zu verändern, daß sie eine Symbiose auch mit anderen Wirtspflanzen eingehen. Daran wird intensiv gearbeitet und es ist zu hoffen, daß dies langfristig gelingen wird.
b) Resistenzen gegen Herbizide, Schädlinge, Kälte etc.
Zur Zeit sind über 800 verschiedene Herbizide auf dem Markt. Herbizide kommen zum Einsatz, um sogenanntes Unkraut auf Feldern zu vernichten. Die Nutzpflanze darf hierfür nicht anfällig sein. Viele Felder werden nach dem Prinzip der Fruchtfolge bestellt, d.h. daß in aufeinanderfolgenden Jahren verschiedene Nutzpflanzen angebaut werden, die sich in ihren Resistenzen unterscheiden. Deshalb muß jeweils ein sehr spezifisches Pflanzengift gespritzt werden. Wenn es gelänge, alle Nutzpflanzen einer Fruchtfolge gegen das gleiche Herbizid resistent zu machen, dann könnte die Anzahl der existierenden Herbizidsorten reduziert werden. Dies könnte eine Standardisierung der Handhabung und damit größere Sicherheit gewinnen helfen. Zudem ist es ein mit der Gentechnik erreichbares Ziel, biologisch abbaubare Herbizide herzustellen, die nicht mehr wie herkömmliche Herbizide unser Grundwasser verseuchen.
Dem Argument, daß durch die Anwendung eines effektiven Herbizids (und sei es noch so leicht abbaubar), die Artenvielfalt auf dem Feld reduziert werde, ist entgegenzuhalten, daß der Flächenverbrauch der Landwirtschaft (bei gleicher Produktion) ohne Herbizide noch größer wäre und damit in der Gesamtbilanz der Naturverbrauch ebenso.
Mit Hilfe der Gentechnik können Pflanzen auch gegenüber tierischen Schädlingen und gegenüber Pilzbefall resistent gemacht werden. Bei vielen Nutzpflanzen könnte zudem der Ertrag gesteigert werden, wenn es gelänge, wie es bei einigen Kulturpflanzen mit Hilfe der klassischen Züchtungsgenetik seit Jahrtausenden bereits versucht wird, sie an die jeweiligen Standorte und Witterungsbedingungen optimal anzupassen.

Tierzüchtung
Der Nutzen der Tierzucht für die Welternährung muß angesichts der geschilderten Gegebenheiten in Frage gestellt werden. Wegen der wesentlich höheren Effektivität pflanzlicher Nahrungsmittelproduktion dürfte Fleischkonsum zunehmend ein Privileg der Reichen werden.
Das Züchten von Nutztieren hat jedoch eine lange Tradition und wird auch in Zukunft mit Sicherheit nicht eingestellt werden. Es werden auch zunehmend gentechnische Methoden hierbei eingesetzt werden. In der Presse wurden ausgiebig transgene Schweine diskutiert, die über ein zusätzliches Gen für ein Wachstumshormon verfügen. Dieser unausgewogene Eingriff in den Schweineorganismus bedingte neben einer Vergrößerung der Körpergröße auch Arthritis (= chronische Gelenksentzündung).
Ich würde die Fortsetzung dieser speziellen Zuchtlinie als unverantwortlich bezeichnen. Die Herstellung unglücklicher Geschöpfe gelingt dem Menschen jedoch nicht erst mit Hilfe der Gentechnik. Nirgends sonst wird das so deutlich wie bei einigen - mit klassischer Kreuzungsgenetik erzeugten - Hunderassen.

3.2. Umweltschutz

Abfallbeseitigung
Die Bevölkerungsexplosion auf dieser Erde stellt uns nicht nur vor das Problem der Welternährung. Ein anderes Problem ist die Abfall Produktion. Ohne umfassende technologische Veränderungen ist absehbar, wann uns die Abfall-Lawine überrollt. Es gilt durch technologische Verbesserungen in vielen Bereichen gegenzusteuern. Vorrang muß dabei die Abfallvermeidung besitzen. Es ist aber absehbar, daß hierdurch allein das anstehende Problem nicht gelöst werden kann. Auch der Abfallbeseitigung muß eine wichtige Rolle zugewiesen werden. Welchen Beitrag könnte die Gentechnologie hier leisten?
Seit eh und je zersetzen Mikroorganismen chemische Verbindungen in ihre Bestandteile oder wandeln sie um und tragen somit wesentlich zum Stoffkreislauf auf der Erde bei. Der Mensch macht sich diese Fähigkeit der Mikroorganismen in vielfältiger Weise zunutze. In Kläranlagen werden die privaten und die industriellen Abwässer durch gezielt eingesetzte Mikroben gereinigt. Durch die Verwendung gentechnologischer Methoden könnte deren Effektivität verbessert werden. Wahrscheinlich könnten gentechnologisch veränderte Mikroorganismen auch auf Chemikalien angesetzt werden, die sich bisher noch einer biologischen Zersetzung entziehen.

Biologische Schädlingsbekämpfung
Ein anderes Umweltproblem ist die Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft. Hier spielt die chemische Bekämpfung leider noch eine sehr große Rolle. Alternative biologische Methoden sind prinzipiell vorzuziehen. Die Frage darf aufgeworfen werden, ob die Gentechnologie zur Schwächung der Schädlinge und zur Stärkung der Nützlinge einsetzbar ist. Verschiedene Projekte sind in der Diskussion. Nur ein Beispiel soll angesprochen werden:
Bacillus thuringiensis ist ein insektenpathogenes Bakterium, das vorwiegend gegen Raupen einsetzbar ist. Das von diesem Bakterium produzierte hochspezifische Insektengift wird von einem einzigen Gen codiert und könnte durch gentechnologische Methoden nicht nur in ausreichender Menge gewonnen, sondern auch in seinem Wirkungsspektrum verändert werden, so daß es Nützlinge nicht angreift.

3.3. Medizinische Anwendungen
Zu den Anwendungen der Gentechnologie, die den Menschen direkt betreffen, gehören diejenigen im medizinischen Bereich. Hormone und Impfstoffe sollen kurz besprochen werden.
Hormone

Insulin

Insulin ist ein wichtiges Hormon der Bauchspeicheldrüse, welches bei einer Form der Zuckerkrankheit in zu geringen Konzentrationen gebildet wird. Bis vor kurzem wurde das Insulin aus der Bauchspeicheldrüse von Rindern gewonnen, eine kostspielige Methode. Zudem ist das Rinder-Insulin nicht völlig baugleich mit dem menschlichen Hormon. Inzwischen ist es möglich, aus Bakterien, in die das Insulin-Gen vom Menschen eingeführt wurde, das Hormon zu isolieren. Leider ist bisher die zu erwartende Kostensenkung noch nicht eingetreten, nicht zuletzt deshalb, weil die großtechnische Herstellung des Hormons in der Bundesrepublik lange verzögert worden ist.

Blutbildende Hormone
Keinen Zweifel an der Nützlichkeit der Gentechnologie besteht bei der Produktion von Hormonen, die mit herkömmlichen Methoden aufgrund ihrer sehr niedrigen Konzentration im Säugetierorganismus bisher nicht gewinnbar waren. Beispiele sind blutbildende Hormone.
Das gentechnisch gewonnene Hormon \"Erythropoietin\" fördert die Bildung roter Blutkörperchen. Mediziner applizierten z.B. bereits 1987 25 anämischen (\"blutarmen\") Patienten unterschiedliche Dosen dieses Hormons. Alle Patienten, die eine effektive Dosis verabreicht bekamen, reagierten positiv. 12 Patienten, die zuvor ständig auf Bluttransfusionen angewiesen waren, wurden geheilt.
Ein anderes der gentechnisch hergestellten Hormone, G-CSF, das die Bildung weißer Blutkörperchen anregt, wurde bei zunächst 16 Krebspatienten angewendet. Ein dramatischer Nebeneffekt der üblichen Chemotherapie bei Krebs ist die Zerstörung des Knochenmarks. Dadurch werden Krebspatienten anfällig für Infektionen. Dieses Risiko hat bisher die Bekämpfung von Krebs wesentlich behindert und z.B. die möglichen Dosen von Medikamenten begrenzt. Hier kann das Hormon G-CSF teilweise Besserung schaffen. Gaben des Hormons G-CSF bewirkten bei den 16 Patienten, daß sich ihr Knochenmark sehr viel schneller als normal von den Folgen der Chemotherapie erholte.
Das Hormon GM-CSF, das ebenfalls die Bildung weißer Blutkörperchen fördert, konnte bei AIDS-Patienten die Konzentration der weißen Blutkörperchen, die als Teil des Abwehrsystems in zu niedrigen Konzentrationen vorkamen, dosisabhängig auf normale Werte und darüber steigern.
Die klinischen Ergebnisse mit den gentechnologisch gewonnenen Hormonen zeigen, was die Versuche an Zellkulturen und dann Tierversuche bereits hatten vermuten lassen: Die in Bakterien vermehrten Hormone entfalten ihre Wirkung im Menschen effektiv und zwar als körpereigene Substanzen - anders als viele Pharmaka - in spezifischer Weise, ohne ersichtliche Nebenwirkungen.

Impfstoffe
Unser Immunsystem reagiert auf körperfremde Substanzen, auch auf eingeschleuste Viren, mit der Bildung von Antikörpern. Die Impfung von Personen mit veränderten Viren, die zwar noch eine Immunantwort auslösen können, aber nicht mehr pathogen sind, ist eine der Perspektiven der angewandten Gentechnologie. Im Falle des Hepatitis-B-Virus, das eine Form der Gelbsucht auslöst, ist dies bereits gelungen.
Es ist bekannt, daß zur Zeit weltweit daran gearbeitet wird, auch einen Impfstoff gegen Aids zu gewinnen. Die Hoffnung, Aids durch die Gewinnung eines Impfstoffes zu eliminieren, gründet sich vor allem auf die Methoden der Gentechnologie, die es erlauben, das Virus in seine Einzelteile zu zerlegen und zu analysieren.
Durch die Presse gingen Berichte über künstlich Aids-infizierte Mäuse und wurden als Indiz für die Perversion der Gentechnologen hingestellt. Es wurde kaum ein Gedanke darauf verwendet, daß es die Intention der hieran beteiligten Forscher ist, mit Aids-infizierten Mäusen den vielen Aids-infizierten Menschen zu helfen. Die Vermehrung von Viren in fremden Wirten kann eine Möglichkeit sein, ihnen ihren pathogenen Charakter zu nehmen. Der erste Impfstoff überhaupt, der gegen die Pocken, wurde 1798 von dem englischen Arzt Jenner gefunden, der bemerkte, daß an Kuhpocken erkrankte Melkerinnen gegen die menschlichen Pocken immun waren. Gegen seine Impfungen gab es damals wütende Proteste. Inzwischen gelten die Pocken als ausgestorben, nicht die Kühe und erst recht nicht die Menschen.
Wer möchte die Verantwortung übernehmen, Experimente mit Aids-infizierten Mäusen als verantwortungslos zu bezeichnen, wenn sie die kleinste Hoffnung bieten, einen Impfstoff gegen Aids zu gewinnen?

Durch die Gentechnik kann man die Erbinformation (DNS) gezielt verändern. Dies geschieht in mehreren Schritten:

1. Die Isolierung des Gens erfolgt durch Spaltung mit Restriktionsenzymen, die selektiv an bestimmten Basenfolgen angreifen.
2. Durch verschiedene Methoden der Sequenzanalyse der Nukleinsäure, erfolgt die Strukturaufklärung des Gens bzw. der Signalstrukturen und damit die Aufstellung von Genkarten und die Bestimmung der spezifischen Restriktionsstellen der jeweils verwendeten Enzyme.
3. Zur Einschleusung des Gens in die Zelle, muß das Gen zunächst auf einen Vektor übertragen werden. Vektoren sind eines der wichtigsten Instrumente der Gentechnik. Sie dienen als Träger der DNS der isolierten, einzuschleusenden Gens. Dieser Vektor muß ein vom Hauptgenom der Wirtszelle unabhängiges REPLIKON sein. Diese Eigenschaft trifft auf Viren und Plasmide zu.

PLASMIDE: Frei, im Zellkern vorkommende Erbträger in Bakterien. Plasmide sind kleine, ringförmige, doppelsträngige DNS-Moleküle mit weniger Genen.