Nutzen und Vorteile

Geringere Verwendung von Agrochemikalien

Eine der hauptsächlichen Interessen ist es, die Verwendung von Chemikalien in der Landwirtschaft zu reduzieren. Die Forschungsarbeiten auf dem Gebiet Toleranz gegenüber Agrochemikalien trägt diesem Wunsch Rechnung. Der Anbau von herbizidtoleranten Pflanzen ermöglicht ein reduziertes Ausbringen von Chemikalien. Es können Total-Herbizide verwendet werden, die eine bessere Umweltverträglichkeit aufweisen aufgrund ihrer kürzeren Verweildauer im Boden. Wildkräuter können gezielter und in späteren Entwicklungsstadien bekämpft werden. Dies wäre besonders wichtig für Länder, die sehr fruchtbare Böden besitzen und aufgrund dessen eine extensive Unkrautbekämpfung vornehmen müssen. Insektenresistente Pflanzen können den Einsatz von Insektiziden reduzieren. Hier steht das Einbringen von Genen für das Bt-Endotoxin im Vordergrund. Das Schadinsekt sticht die Maispflanze an und frisst diese von innen heraus auf. Die konventionelle Bekämpfung benötigt bis zu 6 Spritzungen pro Anbausaison. Mit Hilfe der genetisch veränderten Pflanzen wäre dies auf eine Spritzung gegen sonstige Schädlinge zu reduzieren. 

Seit 1996 ist der Anbau von insektenresistenter Baumwolle in einigen Ländern erlaubt. Diese Baumwolle wurde mit einem Gen für ein Bt-Toxin modifiziert, das gegen die Schädlinge Cotton Bollworm und Tobacco Budworm wirkt. In den USA reduzierte sich die Verwendung von Insektiziden von 1995 bis 1998 um 1000 Tonnen. Besonders für das Anbaugebiet China machte sich der Einsatz insektenresistenter Baumwolle bemerkbar. Die Anzahl der Spritzungen für die gentechnisch veränderte Baumwolle betrugen ein- bis zweimal pro Jahr im Gegensatz zu der konventionellen Baumwolle, die im gleichen Zeitraum bis zu 20 mal mit Insektiziden behandelt werden musste.

Neue Lösungen, wenn Chemie versagt

Es gibt Schadorganismen, wie Viren und Nematoden, gegen diese kann auf chemischem Weg nichts ausgerichtet werden. Die klassischen Bekämpfungsmethoden, wie Kulturhygiene, Fruchtwechsel, etc. sind mit großem Aufwand und Verlusten verbunden. Mit Hilfe gentechnischer Veränderungen könnten Möglichkeiten gefunden werden, diesem Problem zu begegnen. So weist beispielsweise das Einbringen eines Cystein Proteinase-Inhibitors in Reis darauf hin, dass auf diesem Weg eine Toleranz gegenüber Nematoden erreicht werden könnte (VAIN et al. 1998).

Ressourcen- und Umweltschonung

Die durch tolerante bzw. resistente transgene Pflanzen mögliche Reduzierung der Anwendung von Chemikalien könnte zu einer geringeren Chemikalienherstellung führen. Daraus ergibt sich ein reduzierter Energieaufwand, der zusätzlich durch die geringeren Transport- und Ausbringungskosten unterstützt wird.

Die Aufbereitung und Aufreinigung von Rohstoffen für die Industrie belastet häufig die Umwelt durch Schadstoffe, hohen Energieaufwand und Wasserverbrauch. Die Produktion von “reinen” Ausgangsstoffen könnten die notwendigen Aufreinigungsprozesse reduziert werden. Ein Beispiel hierfür ist die Gewinnung von Amylopektin aus der Kartoffel für die Herstellung von Kleister, Seifen, et.. Momentan steht beim Robert Koch-Institut ein Antrag zum Inverkehrbringen einer Kartoffelsorte mit veränderter Stärkezusammensetzung zur Beurteilung an.

Reduzierung der Bodenbelastung durch herbizidtolerante Pflanzen

Herbizidtolerante Pflanzen können einen Beitrag zu Reduzierung der Bodenbelastung beitragen. Zu einem frühen Zeitpunkt im Jahr, wenn die Kulturpflanzen noch klein sind, bilden Ackerkräuter eine bodenbedeckende und schützende Schicht. Diese schützt den Boden vor Erosion durch Wind und Regen. Zusätzlich kann sich eine Mikrofauna entwickeln. Später im Jahr übernimmt die transgene Kulturpflanze diese Aufgaben. Durch den Einsatz von herbizidtoleranten Kulturpflanzen können nun Spritzungen vorgenommen werden, mit der die Ackerkräuter noch im fortgeschrittenen Entwicklungsstadium entfernt werden können. Dadurch wird auf Dauer das Wasserhaltevermögen des Bodens gewährleistet und die Mikrofauna erhalten.

Effektivere Nutzung von bestehenden landwirtschaftlichen Flächen

Zur Sicherstellung der Ernährungsgrundlage müssten bei einer beständig anwachsenden Weltbevölkerung die Ackeranbauflächen weiter ausgedehnt werden. Zu den ohnehin bereits bedrohten Lebensräumen vieler Tiere kommt die Überweidung von Weideflächen, Brandrodungen von Regenwaldgebieten und der Einsatz von Agrochemikalien. Die Grüne Gentechnologie wird diese Entwicklungen nicht aufhalten oder stoppen können. Aber sie kann durch effektivere Pflanzen, die neben Resistenzeigenschaften auch die Möglichkeit haben, auf nicht optimalen Standorten zu wachsen, mit helfen, Lösungswege für die bereits bestehenden Probleme aufzuzeigen.
Das Einbringen von Resistenzen in Pflanzen könnte zu einer Reduktion des Verlustes von Ernten führen. Gerade Pflanzenkrankheiten, die durch Viren ausgelöst werden können mit Hilfe des konventionellen Pflanzenschutzes nur uneffektiv bekämpft werden. 

Extreme Standorte für Pflanzen, wie sehr trockene oder salzhaltige Böden, könnten nutzbar gemacht werden. So wurde es jetzt möglich, mit Hilfe gentechnischer Veränderungen salztolerante Tomatenpflanzen zu erzielen. Diese Tomatenpflanzen können auf Böden mit hoher Salzkonzentration wachsen, blühen und Früchte ausbilden. Dabei wird das Salz in den Blättern angereichert, nicht in der Frucht selbst (ZHANG et al. 2001).

Höhere Qualität der Lebensmittel

Bei einer Erhöhung der Qualität von Lebensmitteln werden den Nahrungsprodukten zusätzliche Eigenschaften übertragen, wie z. B. eine verbesserte Lagerfähigkeit, geschmacksverbessernde Aspekte oder gesundheitsfördernde Eigenschaften (z. B. Vitamine).

Für eine Verbesserung der Lagerfähigkeit, die gerade in Ländern mit geringer technischer Ausstattung wichtig ist, gilt das möglichst lange Gesunderhalten der Pflanzen und ihrer Produkte. Schwache und verletzte Pflanzen sind ein Ziel von Sekundärinfektionen beispielsweise durch Pilze. Diese bilden wiederum Toxine, welche sehr gesundheitsschädlich sind. Durch den Maiszünsler befallene Maispflanzen sind ein bevorzugtes Objekt für die Besiedlung durch Pilze. Der mit dem Bt-Gen ausgestattete Mais schützt sich selbst durch die Produktion des Endotoxins gegen den Maiszünsler und damit auch gegen Sekundärinfektionen. 

Mitte der Neunziger Jahre, 1994, kam die erste gentechnisch veränderte Tomate in den USA auf den Markt, die Flavr-Savr-Tomate (‚Geschmacksretter’). Diese Tomate wurde auf eine längere Haltbarkeit hin verändert und dementsprechend auch als “Anti-Matsch-Tomate” bekannt. Bei der transgenen Tomate werden weitere Reifeprozesse nach der Ernte durch die Blockierung des zellwandabbauenden Enzyms Polygalacturonase hinausgezögert. Die Flavr-Savr-Tomate kann am Stock reifen, entwickelt dort ihr volles Aroma und ihre Inhaltsstoffe und kann ungekühlt transportiert werden. Herkömmliche Tomaten müssen unreif gepflückt und gekühlt transportiert werden, damit sie die langen Transportzeiten unbeschadet überstehen. Zum Nachreifen werden sie im Nachhinein mit Ethylen begast. 

Ein Beispiel für die zusätzliche Ausstattung von Lebensmitteln mit beispielsweise Vitaminen stellt der in seinem Vitamin A-Gehalt verbesserte “Golden Rice” dar. Vitamin A-Mangel ist in den Ländern, die sich überwiegend von Reis ernähren, ein großes Problem. Die Reispflanze bildet das notwendige Provitamin A nur in den grünen Bestandteilen der Pflanze, nicht aber im Reiskorn selber. Gerade bei Kleinkindern, die überwiegend von Reis ernährt werden, kommt es zu Mangelerscheinungen wie erhöhte Infektionsanfälligkeit, Nachtblindheit, in schweren Fällen bis hin zur Erblindung und Wachstumsstörungen. Konventionelle Züchtungen waren nicht in der Lage, dem Reiskorn die Fähigkeit zur Speicherung von Vitamin A zu verleihen.

An der ETH Zürich gelang es einer Arbeitsgruppe mit Hilfe der Gentechnik, 2 Gene aus der Osterglocke und ein Gen aus dem Bakterium Erwinia uredovora in Reispflanzen zu überführen. Diese gentechnische Veränderung von Reis ermöglichte die Züchtung einer Reissorte, die das Provitamin A bildet und im Korn speichert. Bei der Nahrungsaufnahme wird das Provitamin A im Körper in Vitamin A umgewandelt. 

Es folgen etliche Jahre des Testens, um die Unbedenklichkeit der neuen Reislinien für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sicher zu stellen. Danach müssen die Sorten von den jeweiligen nationalen Behörden bewilligt werden, damit sie bei den lokalen Züchtern in wiederum mehrjährigen Versuchsreihen weiter untersucht werden können. Bis zum Zeitpunkt des großflächigen Anbaus der neuen Reissorte wird noch geraume Zeit verstreichen.

Nachwachsende Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe sind organische Stoffe pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die ganz oder in Teilen als Rohstoffe für die Industrie oder als Energieträger genutzt werden. Im Gegensatz zu fossilen Rohstoffen erneuern sie sich jährlich oder in überschaubaren Zeiträumen.

Stärke

Nach Cellulose ist Stärke einer der begehrtesten nachwachsenden Rohstoffe. Biochemisch gesehen ist Stärke ein Polysaccharid, das aus einzelnen Zuckerbausteinen (Glukose) aufgebaut ist. Es treten zwei Formen von Stärke auf: Amylose und Amylopektin. Innerhalb der Industrie werden beide Stoffe zu einer Vielzahl von Produkten verwendet, wobei das Amylopektin den größten Anteil mit 75 % ausmacht. Ihren Einsatz findet die Stärke konventionell in der Papierindustrie, wobei sie mittlerweile auch zur Herstellung von Kosmetika, als Waschmittelrohstoff etc. verwendet wird. Mais, Weizen und Kartoffel sind die vorherrschenden Lieferanten für den Rohstoff Stärke. Allerdings belastet die komplizierte Trennung der Stärkevarianten Amylose und Amylopektin voneinander durch entstehende Schadstoffe und hohen Wasser-/Energieverbrauch die Umwelt. Die Gentechnik ermöglicht es, ein Enzym, das für die Bildung von Amylose verantwortlich ist, in der Kartoffel zu inhibieren. Mittlerweile kann die Stärkezusammensetzung in der Kartoffel gezielt verändert werden. Beim Robert Koch-Institut steht momentan ein Antrag zum Inverkehrbringen einer Kartoffelsorte mit veränderter Stärkezusammensetzung zur Beurteilung an.

Öle und Fette

Weitere nachwachsende Rohstoffe sind Öle und Fette für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche. Im Food- wie auch Non-Food-Bereich finden sich Anwendungsgebiete, wobei im Non-Food-Bereich zwischen direktem und indirektem Einsatz unterschieden wird. Direkte Einsatzbereiche betreffen beispielsweise Schmierstoffe im technischen Bereich, sowie in der Kosmetik- und Pharmaindustrie. Für den indirekten Einsatzbereich werden die Öle und Fette in ihre Fettsäuren und Glycerine zerlegt. Diese Bestandteile finden Verwendung in Seifen, als Waschmittel- und Reinigungszusätze, wie auch in der Kunststoff-, Leder- und Gummiindustrie. Als Lieferanten dieser Rohstoffe dienen Pflanzen wie Raps, Sonnenblume und Sojabohne. Im Rahmen der Gentechnologie werden unter anderem folgende Ziele verfolgt:

  • Das Erhöhen des Öl- bzw. Fettgehaltes der Samen oder Früchte durch Senken des Zucker- oder Eiweißsyntheseweges, bzw. die Steigerung der Fettsynthese.
  • Die Steuerung der Synthese einer bestimmten Fettsäure. Ziel ist es hierbei für die Industrie, reinere Ausgangsstoffe zu erhalten.
  • In den USA wird seit 1994 eine laurinsäurereiche Rapssorte angebaut und seit 1997 besteht die Zulassung für eine Sojabohne mit höherem Ölsäuregehalt.

Bioplastik aus Pflanzen

Von Seiten der Kunststoff verarbeitenden Industrie besteht Interesse, Polyhydroxyfettsäuren beispielsweise als Rohstoffe für biologisch abbaubare Verpackungen einzusetzen. Polyhydroxyfettsäuren sind unverzweigte Polymere, von denen das bekannteste, das PHF (Poly(3-Hydroxybuttersäure), kurz Poly(3HB) von Bakterien als Speicherstoff gebildet wird. Eine große Anzahl von Bakterien und Pilzen können Poly(3HB) abbauen und als Kohlenstoffquelle nutzen. Die Enzyme, die zur Bildung von Poly(3HB) nötig sind, sind mittlerweile identifiziert und könnten nun zu Modellversuchen in Pflanzen eingebracht werden. Da es sich hierbei um 3 Enzyme handelt, gestaltet sich dies allerdings als sehr anspruchsvoll. 
Bakterien selbst als Poly(3HB) -Quelle zu nutzen, entfällt aufgrund der Unwirtschaftlichkeit, da externe Kohlenstoffquellen zur Verfügung gestellt werden müssten. Pflanzen können dagegen aus CO2 selbstständig ihre benötigten Kohlenstoffe bilden. Dazu kommt, dass Pflanzen keine Poly(3HB) -abbauenden Enzyme besitzen und dass Poly(3HB) in der Pflanzenzelle angereichert wird. Als erstes Pflanzenmodell wurde Arabidopsis thaliana verwendet, wobei mittlerweile die Transformation mit Poly(3HB) -bildenden Enzymen auch in Nutzpflanzen Einzug gehalten hat. Derartige Pflanzen könnten eine interessante Anbaualternative darstellen. So ist die Produktion von Pflanzen denkbar, die neben ihrer klassischen Ernteprodukte, wie Stärke oder Öle, auch Poly(3HB) produzieren.