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Bei der Unterteilung der verschiedenen Sektoren der Gentechnik gibt die Farbe Aufschluss über die Einsatzgebiete. Die grüne Gentechnik beschäftigt sich mit der genetischen Modifikation von Pflanzen und allen Methoden und Fragen, die sich darum drehen.
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Team Grüne Gentechnik Lehrer
Immer öfter hört man von genetisch veränderten Produkten aus der Landwirtschaft. Bei genetisch veränderten Lebensmitteln gehen bei den meisten die Alarmglocken los. Aber was hat es mit diesen genetisch modifizierten Pflanzen auf sich? Welche Risiken gibt sie und was ist das Pro und Contra von genveränderten Pflanzen?
Die grüne Gentechnik wird auch als grüne Biotechnologie bzw. Agrogentechnik bezeichnet. Angewendet wird die grüne Gentechnik hauptsächlich in der Landwirtschaft und der Lebensmittelindustrie. Gentechnisch veränderte Pflanzen werden als transgene Pflanzen bezeichnet.
Bei der grünen Gentechnik werden Pflanzen gentechnisch verändert und erforscht, um Resistenzen, Erträge oder Nährstoffe zu verbessern.
Die Bezeichnung transgen gilt für Pflanzen, die genetisches Material von fremden Organismen empfangen haben. Wird arteigenes Material verwendet, um Pflanzen genetisch zu modifizieren, werden diese als cisgene Pflanzen bezeichnet.
Neben der roten und weißen Gentechnik bildet die grüne Gentechnik einen der größten Sektoren in der Biotechnologie.
Was sich hinter der weißen und roten Gentechnik verbirgt, kannst Du in den Erklärungen Weiße Gentechnik und Rote Gentechnik auf StudySmarter herausfinden.
Die grüne Gentechnik bzw. Biotechnologie widmet sich der Optimierung von Pflanzen durch gentechnische Veränderungen. Zu den erstrebenswerten Eigenschaften und Zielen zählen verbessertes Wachstum, höhere Beständigkeit und Resistenzen gegen äußere Faktoren sowie eine verbesserte Aufstellung der Nährstoffe.
In der Gentechnik gibt es stets mehrere Methoden, die zum Ziel führen können. Das primäre Ziel ist hier immer das Einbringen von Genmaterial oder das Manipulieren des schon vorhandenen Erbguts. In der grünen Gentechnik werden die drei folgenden Methoden am häufigsten verwendet:
Die Übertragung von DNA durch sogenannte Vektoren ist eine der gängigsten Methoden der grünen Gentechnik. Vektoren sind Transportmittel für genetisches Material und werden hauptsächlich zur genetischen Modifikation von Bakterien und Pflanzen genutzt.
In der Gentechnik bezeichnet ein Vektor ein Transportmittel für Nukleinsäuren (DNA). Für einen Gentransfer wird ein gewünschtes DNA-Fragment (Erbgut) in einen Vektor integriert. Anschließend wird der Vektor als Träger und Transportmittel der Fremd-DNA in einen entsprechenden Organismus eingebracht.
Die vermutlich am häufigsten verwendeten Vektoren in der Gentechnik sind die sogenannte Plasmide. Plasmidvektoren sind ringförmige DNA-Strukturen, welche aus Bakterien isoliert werden. Im Labor können Plasmide mit gewünschten DNA-Fragmenten ausgestattet und anschließend wieder in andere Zellen integriert werden.
Wie genau Fremd-DNA in einen Plasmid und anschließend in Zellen eingebracht wird, erfährst Du in der StudySmarter Erklärung zur Herstellung rekombinanter DNA.
In der Grünen Gentechnik macht man sich hier die Eigenschaften von Pflanzenpathogenen zur nutze. Agrobacterium tumefaciens ist für viele Gentechniker die erste Wahl, wenn es um das Einschleusen von DNA in Pflanzenzellen geht.
Es handelt sich um ein Bakterium, dessen natürliche Wirte Pflanzen sind. Diese haben die Fähigkeit, DNA in eine Pflanzenzelle zu integrieren und so eine Tumorbildung auszulösen. Diese Eigenschaft machen sich die Gentechniker*innen zunutze und verwenden das Bakterium, um DNA-Fragmente in Pflanzenzellen einzubringen.
Hierbei wird die tumorinduzierende Gensequenz des Bakteriums durch ein gewünschtes DNA-Fragment ausgetauscht, indem die gewünschte DNA durch ein Plasmid in das Bakterium eingebracht wird.
Eine andere Methode ist das Schießen von DNA-Fragmenten, was als Genkanone oder im Englischen als gene gun bezeichnet wird. Hierbei wird das gewünschte Genmaterial auf Gold- oder Wolframpartikeln fixiert und mit Gasdruck und einer speziellen Gerätschaft auf die Zelloberfläche geschossen. Je kleiner die Partikel sind, desto effizienter ist auch die Transformation. Kleine Partikel können nämlich besser durch die Zellmembran bzw. Zellwand gelangen.
Als Transformation wird die Aufnahme von Fremd-DNA durch eine Zelle bezeichnet. Das Resultat von einer Transformation ist eine genetisch veränderte Zelle.
Die letzte geläufige Methode des Gentransfers bei Pflanzen ist die sogenannte Protoplastentransformation. Hierbei werden sogenannte Protoplasten zum Gentransfer verwendet.
Protoplasten sind Pflanzenzellen ohne Zellwand. Sie besitzen also lediglich eine Zellmembran. Protoplasten können hergestellt werden, indem die Zellwand von Pflanzenzellen aufgelöst wird.
Für eine Protoplastentransformation wird zunächst der Protoplast aus einer Pflanzenzelle isoliert. Hierfür wird die Zellwand des Protoplasten durch Enzyme entfernt. Enzyme wie Cellulase und Pektinase werden verwendet, welche die Zellwand-Hauptbestandteile Cellulose und Pektin auflösen.
Danach wird das Erbgut entweder über einen kurzen Elektroschock oder über den Einsatz von PEG (Polyethylenglykol) in die Zelle eingeschleust. Beide Methoden machen die Zellmembran durchlässiger, sodass das genetische Material leichter in die Zelle eindringen kann. Es entsteht ein genetisch veränderter Protoplast. Aus diesem Protoplast kann nun eine transgene Pflanze gezüchtet werden.
Die grüne Gentechnik findet sich hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie und der Landwirtschaft wieder. Indem man transgene Pflanzen herstellt, können den herkömmlichen Nutzpflanzen zusätzliche Merkmale verliehen werden. Zu den wichtigsten Merkmalen transgener Pflanzen gehören erhöhter Ertrag, Resistenz gegen Fressfeinde und Klimabedingungen sowie Ergänzung von Nährstoffen.
Bis 2009 durften gentechnisch veränderte Pflanzen in Deutschland angebaut werden. Ein bekanntes Beispiel ist MON 810.
Die Abkürzung MON 810 beschreibt einen gentechnisch modifizierten Mais, welcher ein Gift gegen Insekten produzierte. Da die Auswirkungen auf das Ökosystem und die Umwelt zu groß und schwer absehbar waren, wurde der Anbau wieder verboten. In anderen Teilen der Welt ist der Anbau jedoch noch erlaubt.
Ein weiteres Beispiel ist der Golden Rice, welcher als Antwort auf den weitverbreiteten Vitamin-A-Mangel in Entwicklungs- und Schwellenländern entwickelt wurde.
Beim sogenannten Golden Rice handelt es sich um Reis mit einem hohen Beta-Carotin-Gehalt, der dem Vitamin-Mangel entgegenwirken soll. Beta-Carotin ist ein Provitamin, welches vom Körper zum eigentlichen Vitamin umgewandelt werden kann. Auf diese Art und Weise müssen Vitamine nicht zusätzlich zugeführt werden, sondern können einfach über die Ernährung ergänzt werden.
In der Biologie wird die grüne Gentechnik genutzt, um die Eigenschaften und potenziellen Nutzen von Pflanzen besser zu verstehen. Um bestimmte Eigenschaften einbringen oder ausschalten zu können, muss ein Gentechniker erst einmal wissen, welche Gene für welche Ausprägungen verantwortlich sind. Die Forschung an Pflanzen ist also die Basis für alle weiteren gentechnischen Arbeiten.
In jedem Bereich der Gentechnik gibt es Argumente, die sowohl für als auch gegen die Verwendung gentechnischer Methoden sprechen.
Ein klarer Vorteil sind die verbesserten Erträge, die im Umkehrschluss die Wirtschaftlichkeit für Landwirte steigert. Außerdem können Resistenzen die Beschädigung durch Umwelteinflüsse wie Schädlinge minimieren. Dadurch kann der fragwürdige Einsatz von giftigen Pflanzenschutzmitteln (Pestizide) eingeschränkt werden.
Pflanzenschutzmittel haben einen negativen Einfluss auf die Produktqualität und auf die natürliche Flora und Fauna der Umwelt.
Neben der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit haben die Erhöhung von den Erträgen und die Verbesserung der Resistenz gegen Umwelteinflüsse ein weiterer Vorteil bzw. ein weiteres Potenzial. Besonders in Entwicklungsländern, welche aufgrund klimatischer Bedingungen und geringer Entwicklung der Wirtschaft unter Nahrungsknappheit leiden, könnten transgene Pflanzen sinnvoll sein. Durch erhöhte Erträge, verbesserte Nährstoffe und erhöhter Resistenz könnten transgene Pflanzen Nahrungsknappheiten entgegenwirken.
Natürlich bringen Chancen jedoch auch immer Hindernisse mit sich. Das größte Problem ist, dass Risiken und Gefahren, welche von transgenen Organismen ausgehen, noch nicht ausreichen erforscht sind. So ist es z. B. nicht abzusehen, ob die gentechnischen Veränderungen ein Risiko für Umwelt oder Konsumenten bergen.
Während kritische Konsumenten besonders die Auswirkungen des Verzehrs von genetisch veränderten Produkten fürchten, schätzen viele Expert*innen diese Gefahr als gering ein. Das liegt daran, dass die enthaltenen Nährstoffe (Kohlenhydrate, Proteine, Fette, Mineralien und Vitamine) durch die genetische Modifikation nicht direkt verändert werden, sondern nur die Zusammensetzung bzw. die Menge beeinflusst wird.
Das viel größere Risiko, welches von transgenen Pflanzen ausgeht, sind negative Auswirkungen auf natürliche Lebensräume. Da transgene Pflanzen unter anderem resistenter gegen Umwelteinflüsse sind, haben sie einen Vorteil gegenüber natürlichen Pflanzen. Bei einer unkontrollierten Ausbreitung könnte es so zur Verdrängung von natürlichen Pflanzenarten mit großem Einfluss auf entsprechende Ökosysteme und deren Biodiversität kommen.
Gentechniker*innen versuchen solche Szenarien zu verhindern, indem transgene Pflanzen gentechnisch unfruchtbar gemacht werden. Solche Einschränkungen der Fruchtbarkeit sind nicht immer verlässlich.
In folgender Tabelle sind die Pro und Contra Argumente für die gentechnische Veränderung von Pflanzen noch einmal kurz und knapp zusammengefasst:
| Pro | Contra |
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Was ist grüne Gentechnik (Beispiele)?
Die grüne Gentechnik befasst sich mit der genetischen Veränderungen von Pflanzen mit dem Ziel, die Nährstoffe, Erträge oder Resistenzen zu verbessern. Beispiel hierfür sind der Golden Rice und die Anti-Matsch Tomate.
Wo wird die grüne Gentechnik angewendet?
Die grüne Gentechnik wird in der Lebensmittelindustrie sowie in der Landwirtschaft eingesetzt.
Warum ist die grüne Gentechnik umstritten?
Die grüne Gentechnik ist umstritten, da ungewollt Veränderungen im Genom auftreten können, die nicht vorhersehbare Folgen haben können. Außerdem können gentechnisch veränderte Pflanzen auf Dauer zu Resistenzbildungen bei Schädlingen führen.
Wie funktioniert grüne Gentechnik?
Die grüne Gentechnik bedient sich den Werkzeugen des Genome Editings. Es wird mit Hilfsmitteln gezielt in das Genom der Pflanzen eingegriffen und dieses so verändert, dass ein Vorteil entsteht. Das kann durch Einbringen von Genen, aber auch durch das Ausschalten geschehen.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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