Das Ende eines Mythos: Pflanzen – und Menschen! – besitzen artfremde Gene

8. Juni 2015 | von:

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Die Revolution des Genome editing, vor allem die Erfindung des CRISPR-Cas9-Verfahrens vor drei Jahren, hat das Potenzial, einem im Anti-Gentechnik-Lager oft zur Dämonisierung verwendeten Begriff den Garaus zu bereiten: Frankenfood. Er soll einen der zentralen Kritikpunkte symbolisieren: Die Gentechnik erschaffe neue Pflanzen oder Tiere, indem so genannte “Fremdgene” von einer Art zur anderen übertragen werden. Die entsprechenden Bilder kennt jeder: Tomaten mit Fischkörper und Kinder, die von Monster-Gemüse bedroht werden.

“Pflanzen und Organismen, die sich nicht miteinander kreuzen können, werden auf unnatürliche Weise miteinander vermischt”, so einer der typischen Angst schürenden NGO-Beiträge. “Frankenfood = Gentechnisch veränderte Lebensmittel”. “Ein neuartiges Gen lässt sich zusammenbasteln aus einem Pflanzenvirus, einem Bodenbakterium und einer Petunie – und so wird eine Art von botanischem Frankenstein geschaffen.”

Genome editing und andere molekularbiologische Verfahren der neuen Generation ermöglichen Wissenschaftlern, die DNA eines Organismus zu schneiden, aufzuteilen und neu zusammenzusetzen ohne genetisches Material aus anderen Arten einzufügen. Der Arctic Apple (gv-Apfel, der beim Aufschneiden nicht braun wird) nutzt eine Technik, die als Gene silencing bezeichnet wird, um die Expression eines Enzyms zu unterdrücken, welches zum Braunwerden führt. Und die Innate-Kartoffel von Simplot, bei der sich keine schwarzen Druckstellen bilden und bei der die potenziell gefährlichen Acrylamide nahezu vollständig eliminiert sind, wurde ermöglicht durch “editierte” Gene aus wilden Kartoffelarten, um so unerwünschte Eigenschaften zu unterdrücken.

Während gerade eine starke technologische Dynamik die Verfahren in Landwirtschaft und Biomedizin umwälzt, haben die überholten Frankenstein-Bilder noch immer Bestand. Sie tauchen bei Protestmärschen auf und sind auf zahlreichen Webseiten zu sehen. Das wird vermutlich auch so bleiben, da die meisten GVO-Produkte, die sich heute auf dem Markt befinden – Herbizidtoleranz und Insektenresistenz bei Mais, Sojabohnen und Baumwolle – das Ergebnis neu eingeführter Gene sind. Und die Gentechnik-Kritiker prangern immer wieder an, dass das Übertragen “fremder Gene” von einer Art auf eine andere ein ökologisches Desaster heraufbeschwört – eine Verletzung der natürlichen Ordnung, wie sie behaupten.

Und was sagt die Wissenschaft dazu?

Unter Wissenschaftlern ist die Verwendung des Begriffes “fremde Gene” umstritten. Es ist noch nicht lange her – nur ein paar Jahrzehnte -, dass die Wissenschaftler glaubten, Gene seien unveränderlich und die Evolution linear. In der Standardtheorie der natürlichen Selektion war es ausgeschlossen, dass komplexe Organismen plötzlich Gene aus anderen Arten übernehmen könnten.

In den 1970er Jahren begann dieses Denkmodell in sich zusammenzubrechen, als Transposons, umgangssprachlich “springende Gene”, entdeckt wurden. Man fand heraus, dass 85 Prozent des Mais-Genoms und die Hälfte des Menschen-Genoms aus Genen besteht, die sich von einem Ort zu einem anderen bewegt haben. “Gesprungen” sind sie meist innerhalb der jeweiligen Art, aber eben nicht immer. Wissenschaftler bezeichnen das als “horizontalen Gentransfer”, im Unterschied zum “vertikalen”, auf dem die Evolutionstheorie basiert. Anfangs dachten die Wissenschaftler, solche Ereignisse seien selten und kämen beim Menschen nicht vor. Und nun?

“Es scheint, unser eigenes Genom ist ein Flickenteppich aus ursprünglichem genetischen Material von verschiedenen Orten mit unterschiedlichen Geschichten”, so Cedric Feschotte, Genetiker an der University of Utah in einem Artikel für das Magazin Aeon. Horizontaler Gentransfer “ist weit mehr allgegenwärtig und radikaler in seinen Folgen, als wir es uns vor zehn Jahren haben vorstellen können”, stimmt W. Ford Doolittle zu, Biochemiker an der Dalhousie University in Nova Scotia.

KillergemüseInzwischen ist die Vorstellung von “Fremdgenen” immer absurder geworden. Anfang des Jahres haben Alistair Crisp und Chiara Boschette (Cambridge, UK) in Genome Biology veröffentlicht, dass sie im Menschen 145 Gene identifiziert haben, welche die (ziemlich durchlässigen) Artgrenzen überwunden haben. Unser AB0-Blutgruppensystem zum Beispiel haben wir wohl von Bakterien geerbt.

Die Gesamtzahl der so eingeführten Gene macht nur einen winzigen Bruchteil unserer 20.000 Gene aus, ein Transfer etwa alle vier Millionen Jahre, also kein Ereignis, das regelmäßig alle tausend Jahre passiert. Die Forschung ist noch neu und es werden wohl noch viele solcher Beispiele gefunden werden, aber inzwischen ist es ganz klar: Der Mensch ist ein DNA-Mischmasch aus Bakterien, Pilzen, Algen und weiteren nahen und entfernten Verwandten.

Und wie eine Wissenschaftlergruppe im April in Gene festgestellt hat, hat horizontaler Gentransfer die Genome sowohl der Wirbeltiere wie der Wirbellosen geprägt. Dafür führen sie weitere Beispiele aus der Entwicklung des Menschen an. Eine aktuelle Studie hat gerade diese Befunde mit weiteren Einzelheiten ergänzt. Danach überlappen sich die Aminosäure-Sequenzen von Mensch und Hefe um erstaunliche 32 Prozent. Die Wissenschaftler injizierten menschliche Gene in Hefezellen und fanden heraus, dass sie in Hunderten von Fällen auch dort funktionierten.

“Es ist schon erstaunlich”, sagt der Evolutionsbiologe Matthew Hahn der Indiana University in Bloomington, der nicht an der Studie beteiligt war. “Es bedeutet, dass die gleichen Gene auch eine Milliarde Jahre nachdem sich ihr weiterer Weg getrennt hat, die gleichen Funktionen ausführen.” ”Das zeigt sehr schön das gemeinsame Erbe aller Lebewesen”, so der Systembiologe Edward Marcotte von der University of Texas in Austin.

Dieses gemeinsame Erbe, das alle eukaryotischen Organismen einschließlich des Menschen und Prokaryonten wie Pilze miteinander teilen, hilft uns zu erklären, warum gentechnisch veränderte Pflanzen oder Tiere die eingeführten Fremdgene sicher in Proteine umsetzen können: Der genetische Code ist in allen Lebensformen ähnlich. Dies bedeutet, dass eine bestimmte DNA-Sequenz in allen Organismen für das gleiche Protein codiert. Und das bedeutet wahrscheinlich auch, dass vergleichbare Gene in verschiedenen Organismen ähnliche Funktionen haben.

Nur aufgrund dieser Ähnlichkeit der Proteinsequenzen können die Wissenschaftler die DNA an bestimmten Punkten schneiden und andere Gene hinzufügen – das ist die Essenz der Gentechnik. Dies ist kein “Verbrechen gegen die Natur”. Die Natur, so scheint es, hat nicht viel Respekt vor sogenannten Artgrenzen.

Das heutige Wissen um den horizontalen Gentransfer war kaum vorhanden, als GVO eingeführt wurden und sich die Frankenfood-Mythen verbreiteten. Wenn man weiß, was man heute weiß über die Promiskuität von Genen in der realen Welt, ist es schwer vorstellbar, sich noch über ein natürliches Bakterienprotein aufzuregen, das in Sojabohnen eingeführt wurde, um Schädlinge abzuwehren, oder über Gene für Herbizidtoleranz in Mais – zumindest dann nicht, wenn man der Wissenschaft folgt.

Jon Entine

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Jon Entine ist Geschäftsführender Direktor des Genetic Literacy Project und Senior Fellow am World Food Center /  Institute for Food and Agricultural Literacy, University of California, Davis. Der hier übersetzte Text ist zuerst bei Gentic Literacy Project erschienen.

 

 

Mehr zum Thema bei Gute Gene, schlechte Gene:

Kommentare

  1. Gerhart Ryffel sagt: 8. Juni 2015

    Es ist aus wissenschaftlicher Sicht unbestritten, dass alle Organismen ein gemeinsames Erbe haben und der genetische Code universell ist. Der horizontale Gentransfer ist aber sehr selten, alle vier Millionen Jahre. Dies zeigt, dass das Einbringen von Fremdgenen in einen Organismus mit gentechnischen Methoden eine ganz andere Dimension hat. Es ist daher sicher angezeigt, diese natürliche Grenze nicht leichtfertig zu überschreiten, da Prozesse, die Jahrmillionen dauern, bei der Gentechnik von einem Tag auf den anderen erfolgen können. Wir wissen nicht, was diese neu eingebrachten Gene in den Organismen auslösen, da sie ja in einer Population fixiert werden können. Aufgrund dieses Unwissens ist es sicher angezeigt, primär nur arteigene Gene zu transferieren (Cisgenese) oder mit Genome Editing bestehende Gene zu mutieren. Falls ein Fremdgen eingebracht werden soll (Transgenese), ist eine Weitergabe an andere Individuen in einer Art zu verhindern (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25523171).
    PS Die Darstellung ist irreführend, da die Arbeit in „Genome Biology“ und „Gene“ identisch ist und nur in „Genome Biology“ erschienen ist (kein Übersetzungsfehler).

  2. L. Manassn sagt: 8. Juni 2015

    “Dieses gemeinsame Erbe, das alle eukaryotischen Organismen einschließlich des Menschen und **Prokaryonten wie Pilze** miteinander [...]”

    Pilze sind keine Pro-, sondern Eukaryonten ;-)

    Ansonsten ist das ein sehr schöner Beitrag!

  3. Heinz-Josef Hirsch sagt: 30. August 2015

    In seinem Beitrag unterstreicht Jon Entine, dass transgene Organismen und damit auch transgene Kulturpflanzen im Grunde nichts Besonderes sind, weil sie auf ganz natürliche Weise entstehen können.
    Einschränkender Widerspruch dagegen wird im Kommentar von Gerhart Ryffel sichtbar. Er verweist in diesem Zusammenhang auf seine Publikation “Transgene flow: facts, speculations and possible countermeasures.”
    Ich habe mir diese Arbeit etwas näher angeschaut und komme zu dem Schluss: Wenn man den Begriff GMO durch “UMO” ersetzt, ansonsten aber den Text so lässt (natürlich abgesehen von den mit Namen erwähnten modifizierten Sorten und spezifischen Literaturzitaten), dann könnte man zu ganz ähnlichen Schlussfolgerungen kommen.
    Was heißt “UMO”? Ich habe mir mal die Freiheit genommen, Veränderungen im Erbmaterial, die insbesonderen aus Strahlenbeschuss resultieren, als “unidentifizierte” Mutationen zu bezeichnen. Also bedeutet “UMO” so was wie ein durch “unidentifizierte Umlagerungen/Mutationen modifizierter Organismus” oder einfacher “eine neue herkömmlich Kulturpflanze aus Mutagenese-Züchtung”. Sagen wir es noch anders: Alle “unidentifizierten” Mutationen, die im Prinzip nichts oder wenig mit der Veränderung zu tun haben müssen, die für die neue Eigenschaft einer neuen Kulturpflanze zuständig sind, die also Nebenprodukte der Mutagenesen sind.
    Warum betone ich oben insbesondere “Umlagerungen”? Nun, während eine Basenänderung an identischen Stellen ab und an in einer Sorte oder Art zu verschieden Zeiten immer mal wieder vorkommen kann, sind verschiedene Umlagerungsereignisse, die exakt zu identisch veränderten Sequenz führen, in einer Population extrem unwahrscheinlich und somit singuläre Ereignisse, wenn auch vielleicht nicht ganz so selten wie “transgene” Ereignisse.
    Somit werden diese “singulären Mutationen” durch den hektarweisen Anbau jeder neuen Kulturpflanze von einem Tag auf den anderen massiv durch Auskreuzung in Wildpopulationen verbreitet. Die Effekte, die von “unidentifizierten” Mutationen auf Wildpopulationen ausgehen könnten, überstreichen das ganze Spektrum der Effekte, die Mutationen nach sich ziehen können: Stoffwechseländerung, Proteinwechselwirkungsänderung, Methylierungsmusteränderungen u.s.w. Trotz dieses Unwissens hat das alles bisher niemanden gestört. Ich bin kein Ökologe, aber mich würde interessieren, wieviele Arbeiten sich mit diesem Thema beschäftig haben im Vergleich zur Zahl der Arbeiten mit GMOs. Der Vorteil der GMOs, um Genflüsse und eventuelle Effekte zu studieren, liegt auf der Hand: Leicht nachzuweisen. Aber wie weist man das bei “unidentifizierten” Mutationen nach? Und wie weist man eventuelle Effekte auf Wildpopulationen und Ökosysteme nach?
    Aus meiner Sicht war es daher schon immer inkonsequent für GMOs Regeln aufzustellen, weil sie so einfach zu erfassen sind, und die “UMOs” mehr oder weniger zu ignorieren.
    Letztlich ist es eine Verschwendung von Recourcen. Daher würde ich lieber den Schluss ziehen: So lange man tatsächlich nicht eine Gefahr konkret benennen kann, die von einem GMO ausgeht, diese genau so zu behandeln wie die “normal” gezüchteten und nicht in vorauseilendem Gehorsam auch für die letzteren strengere Regeln zu fordern.
    (Beiträge über Mutationen und Mutanten gab’s auch ein paar im Forum.)

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