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Wissenschaftlern des Leibniz-Institutes für
Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle ist es gelungen, Gene für Enzyme aus
Raps (Brassica napus) zu isolieren, die für die Synthese von
phenolischen Bitterstoffen im Samen verantwortlich sind (The Plant
Journal 38: 80-92, 2004). Dadurch ist es möglich, transgene
Rapspflanzen herzustellen, deren Samen weniger oder gar keine
Bitterstoffe mehr enthalten. Aufgrund ihres hohen Proteingehaltes
könnten diese Samen künftig als Nahrungsmittelzusatz verwendet werden.
Die Arbeit der Hallenser Wissenschaftler ist Teil des BMBF-geförderten
Großprojektes "NAPUS 2000 - gesunde Lebensmittel aus transgener
Rapssaat." |
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Raps ist eine Pflanze mit weit unterschätztem
Potenzial. Bisher diente sie als wichtiger Lieferant für Speise- und
Industrieöle. Zusätzlich enthalten die Samen jedoch auch jede Menge
Protein, das reich an seltenen Aminosäuren ist und in seiner Qualität
dem von Soja nicht nachsteht. Dieser Proteinanteil könnte in Zukunft
als Nahrungsmittelzusatz verwendet werden. Zur Zeit fristet der
reichhaltige Pressrückstand jedoch noch ein klägliches Dasein als
Abfallprodukt. Selbst Hühner vertragen den Eiweißzusatz nur in Maßen.
Fressen sie zuviel davon, bekommen sie Verdauungsprobleme und ihre
Eier riechen fischig (und schmecken auch so). Der Grund sind die für
Kreuzblütler typischen phenolischen Bitterstoffe, die nicht nur im
Samen, sondern in der ganzen Pflanze vorkommen. Diese antinutritiven
Substanzen sorgen dafür, dass der Pressrückstand und auch das Mehl
davon bitter schmecken und sich durch Oxidation dunkel verfärben -
beides keine guten Voraussetzungen, um ihn weiter für die menschliche
Ernährung zu verarbeiten.
"Die Idee des Projektes besteht darin, in einem
Modellversuch transgene Pflanzen herzustellen, in deren Samen die
Synthese der Bitterstoffe reduziert bzw. blockiert wird", erklärt
Carsten Milkowski, Wissenschaftler am IPB. Welche Enzyme an der
Biosynthese dieser sogenannten Sinapine beteiligt sind, ist schon seit
20 Jahren bekannt. Für eine gentechnische Veränderung der Pflanzen
mussten jedoch die für die Enzyme codierenden Gene aus Raps isoliert
werden. "Das gleicht mitunter einer Suche nach der Stecknadel im
Heuhaufen", sagt der promovierte Biologe. Denn Pflanzen besitzen eine
enorme Ausstattung an Genen. Viele dieser Gene kommen in mehreren
Kopien vor und codieren für ähnliche Enzyme, andere wurden im Laufe
der Evolution stillgelegt und existieren nur noch als Pseudogene. Aus
diesem Dschungel das richtige Gen zu fischen ist deshalb oft extrem
schwierig und zeitaufwendig. "Gemeinsam mit drei weiteren
Wissenschaftlern haben wir zwei Jahre gebraucht, um die Gene der
beiden entscheidenden Syntheseenzyme zu isolieren und funktionell zu
charakterisieren."
"Die gentechnische Veränderung der Rapspflanzen
(Transformation) wird von unseren Partnern, dem Resistenzlabor der
Deutschen Saaten-Union und den Pflanzenzüchtern der Universität
Göttingen durchgeführt", erklärt Milkowski. Ersten Ergebnissen
zufolge, scheint der gewählte Versuchsansatz erfolgversprechend zu
sein und tatsächlich zu einer Reduktion der Bitterstoffe in den
transgenen Rapssamen zu führen. Trotzdem müssen natürlich auch
mögliche Einflüsse des Gentransfers auf allgemeine agronomische
Eigenschaften wie Blühdauer, Standfestigkeit und Leistungsfähigkeit
der transgenen Pflanzen überprüft werden. Erst wenn sich hier keine
nennenswerten negativen Auswirkungen festmachen, dürfen sich die
Pflanzen im Freiland bewähren. Neben den üblichen ökologischen
Verträglichkeitsstudien, gibt es auch für die transgenen Pflanzen noch
viele Fragen zu klären: Welche Rolle das Sinapin für die Pflanze
spielt, ist noch nicht hinreichend geklärt. Ob die Pflanze also auch
ohne Sinapin klarkommt, ist demnach nicht bekannt. Dass Sinapin bitter
schmeckt, ist möglicherweise ein wirksamer Schutz vor Fressfeinden -
der dann nicht mehr gegeben wäre. Außerdem dienen Folgeprodukte des
Sinapins einem effektiven UV-Schutz der Raps-Keimpflanzen. Diese
möglichen Nachteile könnten von der Pflanze kompensiert werden, indem
sie die ausgeschalteten Enzyme zu ersetzen versucht und andere Gene
für ähnliche Enzyme aktiviert.
Hintergrund
Transformation von Pflanzen
Die gängigste Methode, Pflanzen gentechnisch zu
verändern ist die Transformation mit Agrobakterien. Agrobacterium
tumefaciens ist ein natürlich vorkommendes Bodenbakterium, das bei
bestimmten Pflanzen tumorähnliche Wucherungen im Übergangsbereich
zwischen Wurzeln und Spross (Wurzelhalsgallentumor) auslösen kann.
Dabei zwingt das Bakterium die Pflanze, spezielle Aminosäuren für die
eigene Ernährung zu produzieren, indem es Abschnitte seiner eigenen
DNA (mit den notwendigen Aminosäure - Synthesegenen) in die
Pflanzenzelle schleust. Wissenschaftler nutzen diesen Trick der Natur
für ihre Zwecke. Sie ersetzen die Tumorgene auf der Bakterien-DNA
durch jene Gene, die sie gerne in der Pflanze hätten (z.B. für eine
Herbizid- oder Insektenresistenz). Der Transport der DNA in die
Pflanzenzelle wird dann, wie gehabt, den Agrobakterien überlassen.
Transformation von Raps
Konkret bei Raps werden mehrere tausend Keimlinge
in kleine Scheiben geschnitten und in einer Lösung mit Agrobakterien
getränkt. Der gewünschte Transfer und Einbau der Fremd-DNA in das
Pflanzenchromosom erfolgt nur zu einem äußerst geringen Prozentsatz.
Aus den transformierten Scheibchen kann man dann durch Zugabe von
bestimmten pflanzlichen Hormonen wieder ganze Pflanzen heranziehen.
Bis die ersten transgenen Rapspflänzchen in die Erde kommen, vergehen
etwa neun Monate. Auf diese Art und Weise können fremde Gene (z.B. für
eine Herbizd- oder Insktenresistenz) in die Pflanzen eingeschleust
werden. Ähnlich funktioniert auch das Ausschalten bereits vorhandener
Pflanzengene.
NAPUS 2000
NAPUS 2000 ist ein Verbundprojekt mit bis zu 20
Partnern aus Züchtung, Wissenschaft und Industrie. Es wird vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert und von der
Norddeutschen Pflanzenzucht KG koordiniert. Hauptziel ist eine bessere
Nutzung der natürlichen Ressourcen von Raps. Neben der Veränderung der
Proteine soll z.B. auch die Ölfraktion des Rapssamens durch
Anreicherung mehrfach ungesättigter Fettsäuren verbessert werden. Das
Projekt beinhaltet zudem eine umfassende Technikfolgenabschätzung und
Ansätze zur Bewertung der Akzeptanz von gentechnisch veränderten
Pflanzen und deren Produkte in der Bevölkerung. Sogar ein
Wurstproduzent ist beteiligt, der Rapsprotein (das gut quillt und
nicht den Beigeschmack von Soja hat) für knackige Würstchen verwenden
will. |
