Grüne Gentechnik Eine Variante der Transformation von

Kulturpflanzen

Autorin oder Autor __________________________________________________

Adresse __________________________________________________

Betreuende Lehrperson __________________________________________________

Elmas Pinar, 4e

Stationsweg 21, 8806 Bäch

Herr Heiner Hirzel

Maturaarbeit Oktober 2011

1

Inhaltsverzeichnis

1. Vorwort 2

2. Abstract 3

3. Einleitung 4

4. Methoden einer Form der Transformation am Beispiel der Acker- Schmalwand 6

4.1. Polymerase- Kettenreaktion 8

4.2. Gelelektrophorese 9

4.3. Klonierung 10

4.4. Transformation von Escherichia coli 11

4.5. Restriktionsanalyse 12

4.6. Transformation von Agrobakterium tumefaciens 12

4.7. Transformation der Acker- Schmalwand 13

4.8. Der Nachweis mit dem Beta- Glucuronidase- Gen 15

5. Resultate 16

5.1. Polymerase- Kettenreaktion 16

5.2. Gelelektrophorese 17

5.3. Klonierung 19

5.4. Transformation von Escherichia coli 21

5.5. Restriktionsanalyse 22

5.6. Transformation von Agrobakterium tumefaciens 24

5.7. Transformation der Acker- Schmalwand 25

5.8. Der Nachweis mit dem Beta- Glucuronidase- Gen 27

6. Politische Situation in der Schweiz 28

6.1. Das Moratorium 28

6.2. Ziele des Nationalen Forschungsprogramms 59 28

6.3. Meinungen aus dem Schweizer Volk 30

6.3.1. Ein Befürworter der Grünen Gentechnik 30

6.3.2. Ein Gegner der Grünen Gentechnik 33

7. Diskussion 39

8. Quellenverzeichnis 40

9. Eigenständigkeitserklärung 42

10. Glossar 43

11. Anhang 47

2

1. Vorwort

Da ich mich für die Fächer Biologie und Chemie interessiere, beschloss ich meine Arbeit in einem

dieser Fächer zu verfassen. Als ich mich anfangs Oktober 2010 mit meinem Onkel unterhielt, der

Chemiker ist, erzählte ich ihm von der Maturaarbeit. Anschliessend berichtete er von gentechnisch

veränderten Lebensmitteln, die z.B. in Amerika verkauft werden. Er sagte, dass vor allem Mais, Soja,

Raps und Baumwolle so verändert worden sind, dass sie bessere Eigenschaften besitzen. „Dabei geht

dieses Verfahren teilweise über die Art der Pflanze hinaus und unterscheidet sich von der

klassischen Züchtung!“, meinte er. Er gab mir auch Bücher zu dieser Thematik. Je mehr ich über die

Grüne Gentechnik las, desto grösser wurde mein Interesse. Mich faszinierte einerseits die Tatsache,

dass Wissenschaftler heute durch ihr Wissen in lebende Organismen eingreifen können. Durch die

neuste Technik sind sie fähig bis in das Erbgut der Pflanzen einzudringen und sie so gezielt zu

verändern. Andererseits überlegte ich mir, inwiefern die Grüne Gentechnik einen Einfluss auf das

Leben der Menschen habe. Ich merkte schnell, dass sie nicht nur die Ökologie, sondern auch die

Wirtschaft und Gesellschaft beeinflusst. Besonders die politische Auseinandersetzung zwischen

Kritikern und Befürwortern dieser Technik überzeugte mich, dieses Thema zu wählen.

Bevor ich jedoch auf meine Arbeit eingehe, möchte ich mich zunächst bei denjenigen bedanken, die

mich unterstützten. Eine sehr grosse Hilfe erhielt ich von Dr. Asuka Kuwabara, die mit mir die

Experimente durchführte. Auch bedanke ich mich bei Prof. Dr. Wilhelm Gruissem und Dr. Johannes

Fütterer, die mir als Leitkräfte der ETH die Erlaubnis einer solchen Forschungsarbeit gaben. Ebenfalls

schätze ich die Zeit, die sich Jan Lucht und Stefan Scheidegger genommen haben, um meine Fragen

über die politische Situation in der Schweiz bezüglich der Grünen Gentechnik zu beantworten. Zu

guter Letzt danke ich Herrn Hirzel dafür, dass er sich bereit erklärt hat, mich während der Arbeit als

Betreuungslehrer zu begleiten.

3

2. Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit folgenden Fragen:

1. Welches ist die häufigste Art eine Kulturpflanze zu transformieren und wie erfolgt die

Transformation?

2. Welches sind die wichtigsten Argumente eines Befürworters bzw. Gegners zur Grünen

Gentechnik?

Für die erste Fragestellung arbeitete ich mit der Acker- Schmalwand, einer Modellpflanze, an

welcher ich die einzelnen Schritte einer Transformation darzustellen versuchte. Ich entschied mich

für diejenige Transformationsmethode, die mit Hilfe eines Bakteriums Agrobakterium tumefaciens

möglich ist. Denn diese Variante ist sicher und liefert mir brauchbare Resultate. Die Resultate sind ein

wichtiger Bestand meiner Arbeit. Zudem ist es die Variante der Transformation, die viele Forscher in

der Schweiz ausüben. Dieser Frage folgten weitere Unterfragen:

Welches sind die angewandten Techniken bei der Transformation?

Ich verwendete für die Polymerase- Kettenreaktion einen Thermozykler, der die Temperatur für die

Reaktion regelte. Im Thermozykler wurden meine Promotersequenzen vervielfältigt. Für die

Gelelektrophorese gebrauchte ich eine Apparatur, die das Agarosegel in ein elektrisches Feld

einschloss. Auf diese Art konnten die DNA- Fragmente der Grösse nach aufgetrennt werden und ich

überprüfte, ob es sich um die richtigen Fragmente handelt. Um die Transformation an der Acker-

Schmalwand nachzuweisen, nutzte ich ein Lichtmikroskop.

Wo liegen die Schwierigkeiten der Experimente?

Ich stellte fest, dass die Polymerase- Kettenreaktion eine schwierige Angelegenheit ist. Die

spezifische Temperatursetzung der Primer ist entscheidend für die Vervielfältigung der richtigen

Sequenz. Wenn eine Durchschnittstemperatur gesetzt wird, wie ich es zu Beginn machte, werden

andere DNA- Sequenzen synthetisiert.

Die Antwort auf die zweite Frage stützt sich auf die Interviews mit Jan Lucht, einem Befürworter der

Grünen Gentechnik, und Stefan Scheidegger. Dabei interessieren mich vor allem die Unterfragen:

Akzeptiert die Schweizer Bevölkerung die Gentechnik in der Landwirtschaft deshalb nicht, weil sie zu

wenig über die Technologie weiss?

Meine Interviews ergaben, dass die Schweizer Bevölkerung sehr skeptisch zur Grünen Gentechnik

steht. Ihre Skepsis rührt aber nicht daher, dass sie nicht aufgeklärt ist. Im Gegenteil, die Forscher

versuchen die Bevölkerung in ihre Projekte einzubeziehen. Trotzdem verzichtet die Mehrheit auf den

Konsum von gentechnisch veränderten Lebensmitteln. Das Verhalten der Bevölkerung wird durch die

Medien und Gerüchte bestimmt. Die Erfolge der Technologie haben kaum einen Einfluss auf sie.

Hindert das Moratorium die Forschung auf dem Gebiet der Grünen Gentechnik in der Schweiz?

Aufgrund des Moratoriums ist der kommerzielle Anbau von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen

in der Schweiz verboten. Darunter leidet die Forschung stark, weil die GV- Pflanzen nicht in das

natürliche Umweltleben eingeschlossen werden. Die Wissenschaftler sind nicht imstande, mögliche

Risiken auszuschliessen oder zu untersuchen. Die Erkenntnisse aus dem Labor und den

Freilandversuchen sind sehr wichtig, aber oft nicht ausreichend. Ausserdem kommt es zu einem

starken Rückgang der Forscher aus dem Gebiet der Grünen Gentechnik.

4

3. Einleitung

Wie ich bereits im Vorwort angesprochen habe, gibt es grundlegende Unterschiede zwischen der

traditionellen (auch klassischen) Pflanzenzüchtung und der Grünen Gentechnik. Beide Methoden

streben jedoch das Ziel an, die Pflanze schmackhafter, nähr- oder ertragreicher zu züchten. Dabei

spielt die Erbsubstanz der Pflanze eine wichtige Rolle. Sie enthält z.B. die Informationen für die

Blütengrösse und -farbe, Stiellänge und Krankheiten jeder Pflanze.

Wichtige Kulturpflanzen wie den Mais haben wir der traditionellen Pflanzenzüchtung zu verdanken.

Während Jahrhunderten wurden Pflanzen mit besseren Eigenschaften innerhalb einer Art

ausgewählt und untereinander gekreuzt, wodurch sich die männlichen und weiblichen Gene in der

nächsten Generation zufällig kombinierten. Gregor Johann Mendel (1822) war einer der

bedeutendsten Naturforscher. Er machte wichtige Kreuzungsexperimente und entdeckte Regeln zur

Vererbung, die auch heute noch gelten. Der Aufwand dieser Kreuzungsexperimente ist sehr gross.

Dies veranschaulicht das Zuchtziel einer pilzresistenten Kartoffel. Da die Kartoffel pilzanfällig ist,

scheint es für den Schweizer Bauern sehr schwierig einen grossen Ertrag zu erwirtschaften. Deshalb

versuchte der Schweizer Bauer seit über einem Jahrhundert die Resistenzeigenschaften aus

Wildkartoffeln auf Kulturkartoffeln zu übertragen (Abb. 1). Vorerst beanspruchte der Prozess der

klassischen Züchtung viel Zeit und Geld. Denn nebst der Resistenzeigenschaft wurden viele andere,

auch nachteilige Eigenschaften weitervererbt. Nach vielen Kreuzungen wurden mittels klassischer

Züchtung pilzresistente Kartoffelsorten hergestellt. Das grösste Problem bestand darin, dass die

gezüchtete Sorte dem Erreger nur über eine begrenzte Zeit standhalten konnte. Durch die

Gentechnik, die ihr eigentliches Aufblühen im Jahre 19711 erlebte, wurde ein schnelleres Verfahren

der Züchtung entwickelt. Ausserdem erfolgt die Übertragung der Resistenzgene auf eine gezielte

Weise. Die Erbanlagen werden nicht zufällig vermischt, sondern man extrahiert das gewünschte Gen

aus einer Pflanze und baut es in die Zielpflanze ein. Dabei werden auch die Erscheinungen von

unerwünschten Eigenschaften vermieden. Dem anzufügen ist, dass die Gentechnik auch die

Artengrenze aufsprengt, d.h. es können Gene in eine Pflanze eingebaut werden, die beispielsweise

aus dem Genom eines Bakteriums stammen. Auf diese Weise erlangen viele Kulturpflanzen für sie

bislang unbekannte Eigenschaften, wie die Produktion von Giften. Die Abbildung 2 veranschaulicht

einen Feldversuch mit gentechnisch veränderten Kartoffeln aus dem Jahre 2010.

Abb. 1: links; resistente Wildsorte, rechts; Abb. 2: Feldversuch mit GV- Kartoffeln, rechts

anfällige Kultursorte unten Kulturkartoffeln, die keine Resistenz

gegenüber dem Pilz aufweisen

1 Ray Wu und Ellen Taylor gelang es mit der Entdeckung von Restriktionsenzymen eine Sequenz von zwölf Basen aus einem Virus namens Lambda- Phage herauszutrennen.

5

Das Ziel meiner Forschungsarbeit ist es, eine Variante der Transformation von Kulturpflanzen kennen

zu lernen. Dabei entschied ich mich für die Variante mit Agrobakterien, weil sie sich mit

unterschiedlichen Methoden der Molekularbiologie befasst. Ausserdem ist sie die am häufigsten

ausgeführte Form der Transformation in der Schweiz, natürlich nur für Forschungszwecke. Die

verschiedenen Techniken, die für die Transformation angewandt werden, tragen auch zu einem

wichtigen Teil meiner Arbeit bei. Ich habe einen grossen Wert darauf gelegt, dass die Leser die

Methoden der Transformation wie PCR oder Gelelektrophorese verstehen und eine Verknüpfung zu

den angewandten Techniken herstellen können. Schliesslich gliederte ich den wissenschaftlichen Teil

meiner Arbeit in zwei Phasen, die auch im Inhaltsverzeichnis unter den Kapiteln 4 und 5 aufgeführt

sind, wobei ich zunächst auf den theoretischen Teil der einzelnen Schritte eingehe, die Informationen

dazu liefere und anschliessend meine eigenen Resultate zu den Schritten zusammenfasse. Die

einzelnen Verfahren der Transformation habe ich an der Acker- Schmalwand (Arabidopsis thaliana)

angewandt, weil sie wichtige Vorteile besitzt2: Im Jahre 2000 gelang es einigen Wissenschaftlern, das

Genom der Pflanze vollständig zu sequenzieren. Ausserdem besitzt sie ein ziemlich kleines Genom

von 125 Millionen Basenpaaren. Arabidopsis hat einen Generationszyklus von nur acht Wochen und

ist in einem kleinen Raum haltbar. Zu Letzt kann sie durch das Agrobakterium tumefaciens

transformiert werden. Ich übertrug den Promoter der Gene namens AIN, M17, TMM, MUTE und M10

in die Pflanze. Dabei handelte es sich um Promotersequenzen aus dem Genom der Arabidopsis. Die

Resultate zu meinen Methoden zeige ich am Promoter MUTE, diese Entscheidung traf ich aus

Übersichtsgründen. Am Schluss der Experimente möchte ich feststellen können, wo sich meine

Promoter aktiv verhalten, d.h. wo es zu einer Transkription bzw. Translation in der Pflanze kommt.

Nebst dem wissenschaftlichen Teil der Grünen Gentechnik beschäftigte ich mich mit der politischen

Situation in der Schweiz. Hierzu interessierten mich die stärksten Argumente der Befürworter und

Gegner der Technologie. Ich stellte mir ausserdem die Frage: „Was bringt das Moratorium für eine

Wissenschaft wie die Gentechnik?“

2 Im Quellenverzeichnis (QV): Internet

6

4. Methoden einer Form der Transformation am Beispiel der Acker- Schmalwand

Exkurs

Entdeckung der DNA3

Schon im Jahre 1928 entdeckte der britische Bakteriologe Frederick Griffith, dass sich genetische

Informationen zwischen Bakterien übertragen konnten4. Dafür experimentierte er mit zwei

verschiedenen Bakterienstämmen (Pneumokokken). Die Bakterien des S- Stamms waren mit einer

Kapsel ausgestattet, lebten und waren virulent5, die Bakterien des R- Stamms enthielten keine

Kapsel, lebten und waren nicht virulent. Zunächst injizierte er die Bakterien des S- Stamms in lebende

Mäuse, die kurz danach starben. Die Kapsel schützte die Bakterien vor dem Immunsystem der

Mäuse. Den gleichen Versuch machte er mit den Bakterien des R- Stamms. Die Mäuse lebten nach

der Injektion weiter, da bei den Bakterien die Kapsel fehlte und sie durch eine Immunabwehr

unschädlich gemacht werden konnten. Als Griffith die Bakterien des S- Stamms durch Hitze abtötete

und sie mit den Bakterien des R-Stamms mischte, stellte er das Erstaunliche fest: Die Maus, in welche

er das Gemisch spritzte, fiel tot um. Offenbar übernahmen die nicht virulenten Bakterien die

Fähigkeit zur Kapselbildung von den Bakterien des S- Stamms. Den Beweis lieferte Oswald Avery

1944. Er ging davon aus, dass die Erbinformation in Form der Desoxyribonukleinsäure in den Zellen

der Bakterien, Pflanzen und Tieren gespeichert ist. Deshalb isolierte er die DNA der hitzeabgetöteten,

virulenten Bakterien und mischte es in eine Lösung mit lebenden, nicht virulenten Bakterien. Die

Maus starb wieder. Avery stellte auch folgende Bedingungen an die DNA:

1. Der Stoff muss viele Infomationseinheiten speichern können!

2. Er muss fähig sein, sich identisch zu verdoppeln, damit die ganze Information bei der

Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben wird!

3. Die DNA muss sich verändern können, d.h. mutationsfähig sein (als Folge: Die biologische

Evolution)!

3 Glossar

4 Im QV: Internet

5 Virulenz (lat. virulentus= giftig)

7

Aufbau der DNA

Über die Struktur der DNA forschten die Biochemiker James Watson und Francis Crick, wofür sie

1962 einen Nobelpreis erhielten. Die Erbinformation besteht aus einer Helix. Dabei vereinen sich

zwei Einzelstränge, die antiparallel zueinander stehen, über Wasserstoffbrücken6 miteinander. Die

kleinste Einheit der DNA sind die Nukleotide: Die über Phosphatbrücken verbundenen

Desoxyribosemoleküle (Zucker) bilden dabei das Rückgrat der Helix. Die genetische Information ist in

vier Basen gespeichert (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin), wobei je eine Base an ein Zuckermolekül

geknüpft ist. In der Helix paaren sich die Basen Adenin mit Thymin und Cyosin mit Guanin (Abb.13).

Abb. 3: Wasserstoffbrücken zwischen Adenin, Thymin und Guanin, Cytosin

6 Starke zwischenmolekulare Kräfte bzw. Dipol- Dipol- Kräfte zwischen positiv polarisierten H- Atomen und negativ polarisierten O- und N- Atomen (auch Fluoratom; dieses kommt aber in der Nukleinsäure nicht vor).

8

4.1. Polymerase- Kettenreaktion

Die Polymerase- Kettenreaktion (PCR) ist die Methode der Molekularbiologie, die der Vervielfältigung

von DNA- Fragmenten dient7. Bevor ein Enzym die DNA- Fragmente herstellen kann, muss zunächst

die Doppelhelix aufgetrennt werden. Dies ist der Schritt der Denaturierung. Dabei wird die DNA auf

94°C erhitzt und die Wasserstoffbrücken beginnen sich zu lösen. Anschliessend wird die Temperatur

auf ca. 55°C gesenkt, worauf der Annealingschritt folgt. Die Primer, die das zu vervielfältigende DNA-

Fragment definieren, lagern sich bei ca. 2°C unter ihrem Schmelzpunkt an die entsprechenden

Sequenzen. Der Schmelzpunkt ist von der Länge und der Basenart abhängig. Die DNA- Polymerase

spielt bei der PCR ebenfalls eine wichtige Rolle. Sie beschleunigt die Synthese von DNA aus

Desoxyribonukleotiden an einem Strang. Dies ist der Schritt der Elongation. Der Start einer Synthese

wird durch das 5‘OH- Ende der Primer festgelegt. Da die Polymerase- Kettenreaktion bei hohen

Temperaturen stattfindet, eignet sich die Taq- Polymerase. Dieses Enzym ist die DNA- Polymerase

eines Bakteriums, das in Geysiren (bei ca. 70°C) lebt. Also ist sie hitzebeständig.

Die Vervielfältigung der Fragmente steigt exponentiell an. Die angelagerten Primer bleiben bei jedem

Zyklus erhalten. Sie sind ein Teil des PCR- Produktes. Wenn die DNA- Polymerase die Synthese

beendet hat, trennt sich der DNA- Doppelstrang wieder und es lagern sich neue Primer an den

spezifischen Stellen der DNA an. Erst im 3. Reaktionszyklus entsteht der definierte Abschnitt (Abb. 5).

Die Taq- Polymerase synthetisiert die Grundbausteine der Nukleinsäure bis das gewünschte

Fragment in grösserer Menge vorhanden ist. In der Abbildung 4 ist ein Thermozykler dargestellt,

welches die Temperatur, die Zeit und die Anzahl der Zyklen automatisch regelt.

1. Zyklus

2. Zyklus

3. Zyklus

Abb. 4: Der Thermozykler Abb. 5: PCR (Auftrennung der Doppelhelix,

Primeranlagerung und Verlängerung der DNA)

7 Mühlhardt Cornel. Der Experimentator. 2003. S. 73.

9

4.2. Gelelektrophorese

Die Gelelektrophorese dient der Analyse von DNA- Molekülen, welche der Grösse nach aufgetrennt

werden8. Ein Agarosegel, das in einer ionisierten Pufferlösung liegt, steht unter dem Einfluss eines

elektrischen Feldes (Abb. 6). Weil die DNA- Moleküle negativ geladen sind, werden sie vom positiv

geladenen Pol (Kathode) angezogen. Während kleinere, negativ geladene Moleküle schneller durch

das Gel in Richtung Kathode wandern, legen grössere Moleküle einen kleineren Weg zurück. Mit

dieser Methode können auch die PCR- Produkte analysiert werden. So kann man überprüfen, ob die

gewünschten Fragmente synthetisiert wurden. Weil die DNA- Moleküle von Auge nicht erkennbar

sind, kann man die Nukleinsäure durch den Farbstoff Ethidiumbromid im Gel sichtbar machen9. Das

Anfärben der Nukleinsäuren mit Ethidiumbromid ist ein übliches Verfahren der Gelelektrophorese.

Die Ethidiumbromid- Moleküle lagern sich zwischen die Basen der Nukleinsäure und verursachen

dabei eine erhöhte Absorption von Licht. Die Fähigkeit zur Lichtausstrahlung bleibt jedoch

unverändert. So wird die Intensität der Lichtausstrahlung erhöht. Unter Einwirkung von UV- Licht

kann das Resultat der Gelelektrophorese sichtbar gemacht werden. Denn es leuchten die Stellen auf

dem Gel heller, an denen sich Nukleinsäuren befinden.

Abb. 6: Gelelektrophoreseapparatur

8 QV: Internet 9 QV: Internet

10

4.3. Klonierung

Bei der Klonierung wird das zu untersuchende DNA- Fragment in ein Plasmid (Vektor) übertragen10.

In einem Vektor soll je ein Exemplar des DNA- Fragmentes enthalten sein. Der Vektor dient bei der

Transformation einer Pflanze als sog. "Genfähre", wobei das Fragment in eine Empfängerzelle

gelangt. In dieser Phase der Transformation spielt das Plamid pENTR von Escherichia coli eine

entscheidende Rolle (Abb. 7). Durch Restriktionsenzyme wird das Plasmid gschnitten. Es entstehen

sich überlappende Enden, die am 5'- Ende des unteren Stranges mit vier stickstoffhaltigen Basen

(GTGG) enden. Da die Basenabfolge des Plasmids durch das Sequenzieren bekannt ist, wurden dem

DNA- Fragment bei der PCR zusätzlich vier Basen CACC am 5'- Ende des oberen Stranges angehängt.

So bindet die DNA- Ligase den Promoter mit den Anfangsbasen CACC an den Strang des Plasmids mit

den komplementären Basen GTGG. Der Promoter befindet sich nun im Plasmid, in welchem ein

Antibiotikumresistenzgen für Kanamycin vorhanden ist. Dieses Resistenzgen trägt zur Selektion der

transformierten Bakterien von den nicht- transformierten Bakterien bei (im Kapitel 4.4. wird näher

auf dieses Phenomen eingegangen).

Abb. 7: Plasmid pENTR für die Klonierung, danach

befindet sich der Promoter an der rot markierten Stelle

10 QV: Internet

11

4.4. Transformation von Escherichia coli

Nach dem Klonieren wird das Plasmid in das Bakterium E. coli übertragen11. So kann das Bakterium

den aufgenommenen Plasmid in seiner Zelle durch Replikation vermehren. Diesen Vorgang

bezeichnet man als Transformation: Das DNA- Fragment, das ursprünglich aus dem Genom von

Arabidopsis stammt, wird in der Bakterienzelle kopiert, als wäre es schon immer ein Bestandteil

dieses Bakteriums gewesen. Für diesen Versuch müssen die Bakterien vorerst jedoch kompetent

gemacht werden, d.h. sie müssen in einen unstabilen Zustand überführt werden, damit sie die von

aussen zugeführte Plasmid- DNA aufnehmen können. Dieser Zustand kann bei E. coli nur künstlich

hergestellt werden, indem man es mit Calciumchlorid behandelt. Zwischen der negativ geladenen

DNA und der äusseren Membran von E. coli herrschen Abstossungskräfte. Das Calciumchlorid mildert

durch die Calciumionen (= Kationen) die abstossenden Kräfte. Damit die fremde DNA durch die

Zellwand gelangen kann, erfahren die Bakterien einen Hitzeschock. Für den Hitzeschock werden die

Bakterien bei Temperaturen von 42°C gehalten. Weil die Zellhülle der Bakterien vorwiegend aus

Proteinen zusammengesetzt ist, drohen sie bei 42°C zu denaturieren. Durch die Erwärmung

vergrössern sich zwar die Proteine, dies ist aber nur ein Übergangszustand. Denn die Bakterien sind

auf solche Veränderungen eingerichtet. Sie sind in der Lage solche Veränderungen rückgängig zu

machen. Im Übergangszustand, wenn die Proteine vergörssert werden, entstehen Poren in der

Zellhülle. Durch diese Poren kann die Plasmid- DNA hindurchwandern. Bei einer geeigneten

Temperatur von 37 Grad Celsius, diese Temperatur herrscht auch im menschlichen Darm, wird das

Resistenzgen für Kanamycin aktiviert. In einem Nährmedium, das mit diesem Antibiotikum

angereichert ist, vermehren sich die transformierten E. coli. Es entstehen sichtbare Kolonien.

Bakterien, die dieses Resistenzgen nicht enthalten, sind nicht überlebensfähig. Sie gehen zu Grunde.

Auch wenn man davon ausgehen kann, dass die Bakterien auf dem Nährmedium das Resistenzgen

enthalten, so ist es nicht zwingend, dass sie auch den Promoter haben. Grundsätzlich sind Bakterien

nur überlebensfähig, wenn sie ihre gesamte DNA verdoppeln können. So geben sie ihre gesamte

Erbinformation an die Tochterzellen weiter. Wenn ein Plasmid nicht geschlossen ist, d.h. den

Promoter enthält, so kann die Information nicht repliziert werden. Es erfolgt keine Zellteilung und

das Bakterium stirbt ab. Trotzdem kann sich während des Experiments ein Fehler eingeschlichen

haben und das Plasmid kann geschlossen werden, ohne den Promoter zu enthalten. Auf diese Weise

wäre das Bakterium zwar überlebensfähig, aber der Promoter würde sich nicht im Plasmid befinden.

Schliesslich wird das Plasmid derjenigen Bakterien extrahiert, die auf dem Nährmedium überleben

konnten. Eine Analyse der klonierten DNA liefert Ergebnisse darüber, ob der Promoter am Plasmid

gebunden hat. Sie wird als Restriktionsanalyse bezeichnet.

11 QV: Internet

12

4.5. Restriktionsanalyse

Die Restriktionsenzyme spalten den DNA- Doppelstrang in kleinere DNA- Fragmente, wobei jedes

Enzym an bestimmten Positionen der DNA schneiden kann12. Die Restriktionsenzyme stammen meist

aus dem Genom der Bakterien. In den Bakterien haben die Enzyme eine wichtige Aufgabe. Sie

durchtrennen die DNA derjenigen Viren, die sich ein Bakterium als Wirtszelle ausgesucht haben. Auf

diese Weise werden die Viren unschädlich gemacht. Jedes Restriktionsenzym erkennt eine definierte

Basensequenz und durchtrennt die DNA auf zwei unterschiedliche Arten:

1. Blunt end: Das Enzym schneidet die DNA gerade (Abb. 8)

2. Sticky end: Das Enzym kann auch die DNA versetzt durchtrennen (Abb. 9)

Abb. 8: Blunt end Abb. 9: Sticky end

4.6. Transformation von Agrobakterium tumefaciens

Der Name Agrobakterium tumefaciens stammt aus dem Lateinischen und bedeutet “Tumor

machendes Ackerbakterium”. Dieses Bakterium besitzt Tumor induzierende Plasmide. Das Ti-

Plasmid trägt Gene, die für Enzyme kodieren, welche in der Lage sind, zwei spezielle Phytohormone

zu synthetisieren. Diese Phytohormone entwickeln in Pflanzen Tumore (Wurzelhalsgalle, Abb. 10). Da

das Agrobakterium tumefaciens eigene DNA in pflanzliche Zellen übertragen kann, löst es in der

Pflanze Tumore aus. Natürlich integriert die pflanzliche Zelle, die von Agrobakterien befallen wird,

nicht das ganze Plasmid in ihre DNA. Der Teil des Ti- Plasmids, der in die pflanzliche DNA

aufgenommen wird, heisst Transfer- DNA (T- DNA). In der T-DNA liegt auch die Sequenz für die

Translation der oben erwähnten Enzyme.

Abb. 10: Transformation einer Pflanzenzelle durch ein Agrobakterium tumefaciens

12 QV: Internet

13

Zwischenüberlegung: Weshalb werden zwei Bakterien transformiert?

Bei Escherichia coli handelt es sich um ein Bakterium, das seine Plasmide sehr schnell vermehren

kann. Man erhält eine grosse Zahl von Plasmiden. So ist die Wahrscheinlichkeit grösser, dass mehrere

Bakterien der nächsten Generation den eingebauten Promoter enthalten. Ausserdem lässt sich E. coli

unter einfacheren Bedingungen kultivieren. Das Agrobakterium tumefaciens ist nicht in der Lage, die

aufgenommenen Plasmide in sehr grosser Zahl zu kopieren. Weil dieses Bakterium nur unter

umständlichen Bedingugen Zellteilung betreiben kann, kann die Zahl der transformierten Bakterien

gering sein. Um also mehrere Agrobakterien mit dem Promoter zu erhalten, müssen zunächst

mehrere klonierte Plasmide vorhanden sein.

4.7. Transformation der Acker- Schmalwand

Für die Übertragung des Promoters in die Pflanze, ist die Verletzung von Pflanzenzellen

vorausgesetzt13. Nach der Verletzung bildet die Pflanze Substanzen, die das Anheften der

Agrobakterien an die Pflanzenzellen verursacht. Auf dem Ti- Plasmid befindet sich ein Gen namens

vir, welches ein Restriktionsenzym synthetisiert (Abb. 11). Das Restriktionsenzym erkennt die rechte

und linke "Grenze" (LB und RB) der T- DNA und schneidet sie an diesen Stellen heraus. Das

Agrobakterium arbeitet sich dabei von der rechten zur linken Grenze hinüber und fügt die T- DNA ins

Pflanzengenom. Durch die Anlagerung eines Proteins an den DNA- Einzelstrang entsteht ein T- DNA-

Proteinkomplex (Abb. 12). Dieser Komplex wird auch durch Genprodukte von vir in die Pflanze

übertragen.

Abb. 11: Ti- Plasmid mit T- DNA, LB= left

border, RB= right border, ori= origin bzw.

Replikationsursprung, an dieser Stelle kopiert

die DNA- Polymerase das Plasmid

13 Kempken Frank. Gentechnik bei Pflanzen. 2006. S. 83ff.

14

Abb. 12: T- DNA Trennung aus einem Plasmid

15

4.8. Der Nachweis mit dem Beta- Glucuronidase- Gen

Das β- Glucuronidase- Gen weist die Aktivität der transformierten DNA nach14. Das Plasmid, welches

in die pflanzliche Zelle integriert werden soll, enthält nebst dem gewünschten DNA- Fragment

(Promoter) noch das β- Glucuronidase- Gen. Die Information des Gens ermöglicht die Synthese eines

Enzyms namens β- Glucuronidase, welches die Substanz X- Gluc spaltet. Dafür wird das X- Gluc

hydrolysiert, wobei das Edukt 5-Brom-4-chlor-indoxyl gebildet wird. Wenn dieser Stoff mit der Luft in

Kontakt gerät, bildet sich der blaue Farbstoff 5,5'-Dibrom-4,4'-dichlor-indigo Abb. 13). Der Farbstoff

lässt sich nur in den Zellen nachweisen, wo das Enzym β- Glucuronidase hergestellt wird. Das Enzym

wiederum wird nur dort hergestellt, wo das GUS- Gen zur Transkription bzw. Translation angeregt

wird. Auf diese Art kann man unter dem Lichtmikroskop blau angefärbte Zellen beobachten. In

diesen Zellen ist die transformierten DNA (Promoter und GUS- Gen) aktiv.

Abb. 13: Enzymatische Spaltung von X- Gluc, das zunächst 5-Brom-4-chlor-indoxyl bildet (1) und nach dem

Kontakt mit der Luft zum blauen Farbstoff 5,5'-Dibrom-4,4'-dichlor-indigo oxidiert (2)

14 QV: Internet

16

5. Resultate

5.1. Polymerase- Kettenreaktion

Für die Polymerase- Kettenreaktion musste ich zunächst die Basenabfolge der Primer bestimmen,

welche die Startpunkte für die Vervielfältigung (PCR) definieren. Da die DNA- Polymerase vom 3‘-

Ende zum 5‘- Ende des DNA- Stranges arbeitet, lagern sich die Primer am 3‘- Ende an. Deshalb bildet

sich der erste Primer aus den der Promotersequenz am 5‘- Ende. Der zweite Primer ist komplementär

zur Promotersequenz am 3‘- Ende (Abb.14). Die Länge der Primer variiert zwischen 20- 25 Basen.

Die aufgeführten Basenabfolgen beziehen sich auf einen Einzelstrang. Die Basen werden

übersichtshalber abgekürzt: A= Adenin, C= Cytosin, G= Guanin und T= Thymin.

Promotersequenz des Gens: AT3G06120 (MUTE)

2265 Basen Basen: Schmelzpunkt15:

Primer 1: 5’- CA16CCAGCAATTTGAAAAATCC -3’ 21 B. 58 °C

Primer 2: 5’- CGAAGGGATTTAAGATGCTC -3’ 20 B. 58 °C

5’- Ende

CCAGCAATTTGAAAAATCCATCCAAGGTAATGCATGATTGCTTCAGCTGATAAGAAGATTCAAGATAGTGGCAT

GATGAACTCTCATGAAATTCCGGCAAGTGTCTTCAGCCCCATGTTGGCCAAAAAAGTTGATTGGTTTCGTGCTG

TGAAGGATTTTTTCTTGTGAACTATTGATGGTGAGCACTTTGCCATGTCCATTAGCCAATTGAAATGAATGAAA

ACGCAGAATTTACATTTCCTCTGTTACTACAATGAATATATTTTCTAGGAGGATCAGTGTGAATTTAACCAAACC

AATCCCATACCCAAACCAGACTGAAAATTGGTTGGTTTGGTTTTCGACCCTTGCATTGAATGTTAACCGATATCT

TGATCGAACGTGAGTTTTTTTTTTTTTTTTTCTTGTTTCATTGCCTTGTCGATCAATATTGTATATAACGTGATAGA

CCATGAACAAATTGAATATCGAAGTAGGAGTTAGATTTCTTTACTCGTAATTAAATGGGGCATGCACCTTGCAT

GTCTTATACGTATTGTAGCCTAACATTTGCGGCTACAAACATTTGTCACCAACATTTTCATTCCAGCTGCTTCCAC

AGTTTTGGGACTTCGGAGATAATGTATATGTGGATATGCATATATGAACCATAAAAATAAACGTTTGTCCAAAC

AAAACCACAAATAGAAGTGTTATCCAAGTGGGTTTGTTTCATAGAAAAAATATTGTCACTATAGCAATTTTTTTG

GTTAGGTTAAACCTTATTTAATGAAGTTTGTAATATGAATTGAGATATTGTTAACTTTGCAAAACAGAGCCGAA

ATTTTACGAATATCTCTTTATTAAAAATAAATAATATAATTTAAGAATACTTCTCGGGAGGAATCTTAATGAGCC

GTCCAGGTAGCTGAACAACTGAACTTTATCTTTGCTCCAAAGGTTATATCAATTTATGTTTTCTTGTAGAACCTAT

ATTTCATGCAAAAAGTTATCCATTAACCAATGGAAATTGGTTCCGACTAGTGATCAAGGAAAATGATGGAATCA

TCACGAATGAGAAATTTGTGGTATTAAATGACATAGTGATTAAGGAAAACAAAAAGTTGTAATTCAACTACAA

ACTATGTCGTAACTATTTATATTTTGTTACTTGTCAATGTTGTCATTTATCTTACAAAGTCAATAGGATAGAAGAT

GTGAAACATAATTACACAAAAACGATGTCATATAGAAACATGCGAAATCACATAATCATTTCATCACTTCGAAA

TTTCGTAGATTTCCAATCAGATACTACCCAATATGTTTGCTAATAGTAAGTAGTAAAAAACATATGTTACGCCAA

AAAAAACGGCTTTTGATGTACTTATTTTCCTTCATCGATCCATGAAAACTGTAAAACATCTCAATACAAACTAAA

CCTTTCCACCAGTATATGTCCGATTCAATGTTTTTTTACTTTGTGTATGTATCAGTGTATTATCTGTTAATAAAGA

GTAAAAGAAATCCATTTTTTCTTGTGAGGACACGCGGTAATTAAGAACAAAGAAGTGGCACAAGTGTAGAAAT

TAAACTAGAAGTAAAAGAAGGTGGTGCAAAGGCATGCACTCTAAATGAAAATACGATATTGAAATTCATAAAA

GACCTCACGCAGTGAATGTAAATGTAAATGTATCCAACTTCACAAACGTGACGTATCTTTGTGTATGCATACCTT

15

Der Schmelzpunkt wird durch die Formel auf Seite 6 ermittelt. 16

Die Nukleinbasen: Cytosin und Adenin werden zusätzlich an den Primer angehängt, damit sie ebenfalls synthetisiert werden ( PCR). Die Bedeutung der angehängten Anfangssequenz (CACC) wurde erklärt.

17

TTTCTTTACGTTGTTCTAATACATATCGATAGTAATAAGAGAGAGAAAGAGAAAAATCAAGAAGAGACAAAAG

AATGTCACGAGACAGCGACATAGTGCATTTATGAACCTTGAAAAGAAATTCTAAACCCTAATTATCACTTGTTGT

TGCGGCTGTATAAATACGACTTTGTTTTGAAGAATGTGTCGAACAAAGTGAAAACATAAGATCATCTTCTTCGT

TGATAGATCAATATAGGAACTCCAGAAGAGAATCTTGATCAATTAAGTATCATGTCTCACATCGCTGTTGAAAG

GAATCGAAGAAGGCAAATGAACGAGCATCTTAAATCCCTTCG

3’- Ende

Die ermittelten Primer wurden durch die Firma Invirtogen hergestellt. Sie ergänzten den zweiten

Strang zu jedem Primer. Bei der PCR trennen sich die DNA- Doppelstränge durch den

Denaturierungsschritt. Nur so können sie sich an eine DNA- Sequenz lagern.

Abb. 14: Beschriftung der DNA- Stränge und Primer (P).

Die Primer binden komplementär an die DNA- Stränge.

Die Synthese erfolgt vom 3‘- Ende zum 5‘- Ende der DNA.

5.2. Gelelektrophorese

Da die Länge und die Basenabfolge der Primer unterschiedlich ist, varriieren auch ihre

Schmelzpunkte. So ist auch die Temperatur der Primeranlagerung an die DNA unterschiedlich

(Temperatur der Primeranlagerung 2°C unter dem Schmelzpunkt der Primer). Um zu sehen, inwie

fern die Temperatur bei der PCR eine wichtige Rolle spielt, entschied ich mich vorerst für einen

Durchschnittswert von 54°C.

5‘-

-5‘

-3‘

3‘-

5‘- -3‘

3‘- -5‘

P1

P2

18

1. 2. 3. 4. 5. 6.

1. Musterband17

2. AIN

3. M17

4. TMM

5. MUTE

6. M10

Abb. 15: Gelelektrophorese meiner PCR- Produkte

unter UV- Licht

Auf der Abbildung 15 sollten die PCR- Produkte auf der Länge des roten Pfeiles sichtbar sein. Es sollte

dort ein heller Balken erscheinen, denn die Länge der Promoter liegt zwischen 2000- 2400

Basenpaaren. Die DNA- Fragmente dieser Länge, also zwischen 2000- 2400 Basenpaaren, sind auf der

rot markierten Stelle gekennzeichnet. Bei Nr. 2 und 5 ist ein schwacher Balken sichtbar. Vermutlich

kam es bei der PCR zu einer schwachen Synthese der gewünschten Sequenz. Die Resultate der PCR

waren zwar nicht brauchbar, aber sie liessen mich annehmen, dass die Bedeutung der

Temperatursetzung doch wichtig war. Ausserdem lagerten sich die Primer dieser Promotoren auch

an einer zweiten Stelle der DNA an. Man erkennt es an der Markierung weiter unten.

Dies bedeutet, dass die Anlagerungstemperaturen vielleicht zu niedrig waren, so dass sie die Primer

auch an anderen Sequenzen gebunden hatten. Daraus resultierend, lagen die Temperaturen für Nr.

3, 4 und 6 zu hoch, so dass die Primer nicht an die Sequenzen binden konnten.

Um meine Annahmen zu beweisen, startete ich eine zweite Polymerase- Kettenreaktion. Deshalb

erhöhte ich die Temperaturen für die Primeranlagerung auf 51°C bzw. 58°C.

2. PCR

Promotoren Temperaturen

AIN

MUTE

58°C

M17

TMM

M10

51°C

17 Dieses Musterband ist ein Vergleichsmuster. Damit kann ich die Länge meiner PCR- Produkte kontrollieren. ( Abb. 30)

19

1. 2. 3. 4. 5. 6.

1. Musterband

2. AIN

3. M17

4. TMM

5. MUTE

6. M10

Abb. 16: Zweite Gelelektrophorese

Die zweite PCR bestätigte einen grossen Teil meiner Annahmen: Tatsächlich spielte die Temperatur

eine entscheidende Rolle für die Anlagerung der Primer an der ausgesuchten Sequenz. Der zu Beginn

ausgewählte Durchschnittswert, verhinderte fast vollständig die Synthese der Promotersequenzen

TMM, MUTE, M10, M17 und AIN. Als die Temperaturen den verschiedenen Primern näher angepasst

wurden, erfolgte die Synthese der Promotersequenzen erfolgreicher. Dies zeigt die Abbildung 16 der

zweiten Gelelektrophorese. Man sieht die Banden bei Nr. 2, 4, 5 und 6. Die Nr. 3 (M17) scheint trotz

der Veränderung kein Band zu enthalten. Offenbar lag der Fehler woanders. Die erfolgreich

abgeschlossenen Produkte der PCR genügen mir für die weiteren Versuche, deshalb arbeite ich nicht

mehr mit dem Promoter des Gens M17.

5.3. Klonierung

Bei der Klonierung hatte ich ein Problem. Die Promoter von AIN, M17, TMM, MUTE und M10

konnten nicht an den Vektor pENTR synthetisiert werden. Dies nahm ich an, weil ich nach der

Restriktionsanalyse auf dem Agarosegel nur DNA- Fragmente gleicher Länge sah. Das Enzym, welches

im Promoter schneiden sollte, tat dies offenbar nicht, weil die Sequenz fehlte. Asuka und ich gingen

einzeln den Schritten nach, die wir bis zur Klonierung erledigt hatten. Woran lag wohl dieser Fehler?

Später las Asuka im Internet von einem Enzym namens Phusion. Dieses Enzym spielt bei der PCR eine

wichtige Rolle. Ausserdem arbeitet es effizienter als die Taq- Polymerase, die wir bevorzugten. Es

erstellt saubere Enden der PCR- Produkte. Nach der dritten PCR erwies sich, dass der Fehler

tatsächlich an der Taq- Polymerase lag, die unsorgfältig arbeitete. Denn wenn die PCR- Produkte

nicht den vorgegebenen Anfang der Basen (CACC) aufweisen, können sie nicht an die Vektoren

binden, welche die komplementären Basen enthalten.

20

Abb. 17: Gelelektrophorese nach Taq- Polymerase

In der Abbildung 17 wird meine misslungene Klonierung dargestellt. Die DNA- Fragmente der

Promoter MUTE und TMM sind alle gleich lang, nämlich 2601 Basen lang. Dies ist die exakte Länge

des pENTR- Vektors. Daraus resultiert, dass die 2267 Basen von MUTE und 2098 Basen von TMM gar

nicht in den Proben vorhanden waren.

Abb. 18: Gelelektrophorese nach Phusion

Aus der Abbildung 18 ist herauszulesen, dass die Promoter in den Plasmiden von E. coli enthalten

waren. Bei MUTE betrifft es die Bakterien aus der zweiten Kolonie. Obwohl die anderen Kolonien die

Promoter nicht enthielten, genügen mir die Bakterien aus der zweiten Kolonie für die Transformation

von Arabidopsis (Abb. 20). Für die weiteren Versuche mit Agrobakterien verwendete ich die

Promoter TMM aus der ersten Kolonie.

Obwohl ich mit Schwierigkeiten konfrontiert war und manchmal beinahe verzweifelte, empfand ich

die Feldarbeit als den interessantesten Teil meiner Maturaarbeit. Die Experimente waren vielseitig,

was mir grossen Spass bereitet hat.

MUTE TMM

21

5.4. Transformation von Eschericha coli

Auf dem Nährmedium wachsen die transformierten E. coli Bakterien heran (Abb. 19). Weil dieses

Medium mit Antibiotika angereichert ist, können nur solche Bakterien überleben und sich

vermehren, welche das Resistenzgen aufgenommen haben.

Abb. 19: Nährmedium für transformierte E. coli, Abb. 20: Auf der rot markierten Stelle sind

Bakterien mit unterschiedlichem Promoter werden transformierte E.coli sichtbar, die den Promoter MUTE

getrennt gezüchtet enthalten

Auch wenn man davon ausgehen kann, dass die Bakterien auf dem Nährmedium das Resistenzgen

enthalten, so ist es nicht zwingend, dass sie auch den Promoter haben. Grundsätzlich sind Bakterien

nur überlebensfähig, wenn sie ihre gesamte DNA verdoppeln können. So geben sie ihre gesamte

Erbinformation an die Tochterzellen weiter. Wenn ein Plasmid nicht geschlossen ist, d.h., den

Promoter enthält, so kann die Information nicht repliziert werden. Es erfolgt keine Zellteilung und

das Bakterium stirbt ab.

Trotzdem kann sich während dem Experiment ein Fehler eingeschlichen haben und das Plasmid kann

geschlossen werden, ohne den Promoter zu enthalten. Auf diese Weise wäre das Bakterium zwar

überlebensfähig, aber der Promoter würde sich nicht im Plasmid befinden.

Schliesslich wird das Plasmid derjenigen Bakterien extrahiert, die auf dem Nährmedium überleben

konnten. Eine Analyse der klonierten DNA liefert Ergebnisse darüber, ob der Promoter am Plasmid

gebunden hat. Sie wird als Restriktionsanalyse bezeichnet.

22

5.5. Restriktionsanalyse

Für diese Phase meiner Forschungsarbeit wählte ich ein Enzym, das einerseits im Vektor und

andererseits in der Promotersequenz die DNA schneidet. Ein Computer- Programm stellte mir eine

Auswahl von Enzymen dar, die für jedes Plasmid spezifisch aufgeführt waren. Durch die

unterschiedliche Basenabfolge meiner Plamide unterschied sich auch die Auswahl der

Restriktionsenzyme.

Ein Beispiel:

Die 685. Base des p-ENTR Vektors

bildet den Beginn der Promoter-

sequenz. Diese Information erhielt

ich durch Abbildung 21. Zudem

kannte ich die Länge der Basen für

den Promoter MUTE. So fand ich ein

Enzym, das im Promoter und im

Vektor schneidet. In der

nebenstehenden Abbildung ist das

Enzym rot unterstrichen.

Abb. 21: Restriktionsenzyme für den p-ENTR- MUTE aus dem oben erwähnten

Computerprogramm (NEB). Wenn man mit der Maus auf ein Enzym klickt, erfährt

man an welcher Basensequenz das Enzym schneidet.

23

Nach der Restriktionsanalyse wird mit einer erneuten Gelelektrophorese überprüft, ob man zwei

DNA- Fragmente sehen kann.

Promoter: MUTE

1. 2. 3. 4. 5.

1. Musterband

2. E. coli der 1. Kolonie

3. ˮ 2. Kolonie

4. ˮ 3. Kolonie

5. ˮ 4. Kolonie

Abb. 22: Gelelektrophorese

Die Plasmide (Vektor und Promoter) der E. coli wurden mit dem Enzym EcoRV behandelt. Es sind

jedoch nur bei den Bakterien der zweiten Kolonie zwei unterschiedlich lange Fragmente sichtbar

(Abb. 22). Für die folgenden Experimente arbeite ich mit den E. coli der zweiten Kolonie.

24

5.6. Transformation von Agrobakterium tumefaciens

Für meine Experimente verwendete ich einen Vektor namens pLB12, der mit einem meiner Promoter

verknüpft werden sollte. Die Promoter wurden aus dem Vektor pENTR durch Restriktionsenzyme

gelöst und in pLB12 integriert. Beide Vektoren wurden mit solchen Restriktionsenzymen behandelt,

damit die Enden der Nukleinsäuren überlappten. Dabei musste ich darauf achten, dass die Enden

auch komplementär zueinander waren.

Der Promoter wurde an die Stelle eingebaut, wo sich die Sequenz der Tumor auslösenden Gene

befand. Anschliessend gelangte das neue Plasmid (pLB12 und Promoter) in ein Agrobakterium. Das

Bakterium vervielfältigte das Plasmid durch den Kopiervorgang in seiner Zelle und war von nun an

Träger eines meiner Promoter (Abb. 23).

Abb. 23: Modell des Vektors pLB12 (CMr-ccdB= einer meiner Promoter, XVE=

Hormonrezeptor; hat keine Bedeutung für meine Arbeit, Kan= Kanamycin-

Resistenzgen für die Selektion der Agrobakterien, GUS= β- Glucuronidase- Gen;

Erklärung folgt im Kapitel „Nachweis mit dem GUS- Gen“)

25

5.7. Transformation der Acker- Schmalwand

Abb. 24: Die Acker- Schmalwand wurde mit transformierten

Agrobakterien infiziert

Abbildung 24 zeigt eine mit Flüssigkeit gefüllte Flasche. In der Flüssigkeit waren Nährstoffe gelöst, die

für das Überleben des Agrobakteriums sorgten. Für die erfolgreiche Infektion berücksichtigte ich zwei

Kriterien: Einerseits verwundete ich die Acker- Schmalwand mit der Schere, so fällt es den Bakterien

leichter, die Pflanze zu infizieren und die T-DNA zu übertragen. Andererseits war es wichtig, dass die

Keimlinge von den Bakterien überfallen wurden. Das zweite Kriterium spielt bei der Zellteilung eine

wichtige Rolle. Wenn die jungen Zellen der Pflanze infiziert werden, kann die gesamte genetische

Information mittels Zellteilung auf die Tochterzellen übergeben werden. Diese Zellen teilen sich

wieder und reichen die Information an ihre Tochterzellen weiter. Auf diese Weise ist in jeder Zelle

der aus den Keimlingen heranwachsenden Pflanzen die Information zu einem meiner Promoter

enthalten. Später lagerte ich die infizierten Pflanzen in einem Raum, der mit Licht gesättigt war. Die

Samen der Keimlinge verteilte ich auf einem Nährmedium, das Kanamycin enthielt. Nach zwei

Wochen war folgendes Ergebnis sichtbar.

26

Abb. 25: Nährmedium für die Acker- Schmalwand

Auf der Abbildung 25 erkennt man, dass die Samen der Acker- Schmalwand zu wachsen begannen.

Darunter befanden sich auch Samen, die nicht transformiert wurden und somit keine Resistenz

gegenüber dem Antibiotikum aufwiesen. Die aus den Samen entstandenen Pflanzen waren hellgrün

und hatten kein gesundes Wachstum. Die Blattränder begannen sich aufzulösen. Auf der rot

markierten Stelle entwickelte sich eine Pflanze, die gesund aussah und dunkel gefärbt war (Abb. 26).

Abb. 26: Eine antibiotikaresistente Pflanze, die den Promoter

MUTE enthält

27

5.8. Der Nachweis mit dem Beta- Glucuronidase- Gen

Unter dem Lichtmikroskop sah ich

die blaue Färbung einerseits an der

Blattoberfläche und andererseits in

den jungen Zellen der Acker-

Schmalwand. Damit konnte ich

beweisen, dass die Pflanze

tatsächlich den Promoter MUTE

enthielt. MUTE steuert die

Transkription bzw. Translation des

GUS- Gens. Weil das GUS- Gen in

den blau gefärbten Zellen aktiv ist,

bedeutet es, dass auch der

Promoter in diesen Zellen arbeitet.

Abb. 27: Ein Blatt der transformierten Acker- Schmalwand mit dem Promoter

MUTE unter dem Lichtmikroskop

28

6. Politische Situation in der Schweiz

6.1. Das Moratorium

In der Schweiz gilt seit dem 27. November 2005 ein Moratorium für die Anwendung der Grünen

Gentechnik. Zunächst wurde der Entscheid, ob man in der Schweiz gentechnisch veränderte Pflanzen

anbauen darf, auf das Jahr 2010 verschoben. Anschliessend verschob der Bundesrat den Entscheid

um weitere drei Jahre. Das Labor und die Freilandversuche sind vom Moratorium jedoch nicht

betroffen. Das Moratorium verbietet den landwirtschaftlichen Anbau gentechnisch veränderten

Saatguts. Bis 2013 sollten die Nutzen und Risiken der Gentechnik erforscht werden. Deshalb darf

man weiterhin Forschung im Labor und mit Freilandversuchen betreiben. „Die Technologie ist

absolut noch am Anfang18. Das Potenzial ist enorm. Wir werden in wenigen Jahren wahrscheinlich

Produkte herstellen können, die sinnvoll sind. Heute können wir noch keine Produkte herstellen, die

auch im Sinne der Ängste richtig sind“, sagt Cesare Gessler, ein Forscher auf dem Gebiet der Grünen

Gentechnik.

6.2. Ziele des Nationalen Forschungsprogramms 59

Für die Forschungszwecke wurde ein nationales Forschungsprogramm NFP59 durch den Bundesrat

aufgestellt19. Das Programm versucht Fragen zu klären, die mit Politik, Ökologie, Gesellschaft und

Technologie verbunden sind:

Die Koexistenz

Eine der Fragen, um die sich das Forschungsprogramm kümmert, ist die Koexistenz, d.h. das

gleichzeitige Vorhandensein von herkömmlichen, landwirtschaftlichen Produktionsmethoden und

der Gentechnik. Ein Landwirt oder Bauer soll die Freiheit haben zu entscheiden, ob er biologischen

Anbau betreiben oder gentechnisch verändertes Saatgut anpflanzen will. Genau dieses Problem

befürchten die Schweizer Bauern: Das gentechnisch veränderte Saatgut des Nachbarfeldes könnte

durch einen Windstoss auf dasjenige Feld gelangen, auf dem biologischer Anbau stattfindet. Dadurch

können die Pflanzen kaum unterschieden werden und der Konsument könnte sich nicht mehr darauf

verlassen, ein biologisches Produkt zu kaufen. Laut Art. 7 des Schweizerischen Gentechnikgesetzes

(GTG) muss aber die Produktion ohne gentechnisch veränderte Organismen geschützt bleiben.

Dieses Gesetz schützt auch die Wahlfreiheit der Konsumenten. Deshalb ist ein getrennter Warenfluss

ebenfalls wichtig für das Forschungsprogramm. Es besteht immerhin ein Risiko, dass das

transformierte Bodenbakterium, welches sich auf der transgenen Pflanze befindet, auch andere

Pflanzen transformieren kann.

Bis 2013 soll geklärt werden, welcher Abstand zwischen zwei unterschiedlich bewirtschafteten

Feldern notwendig ist, um die Koexistenz zu ermöglichen. Das Projekt 26 untersucht den getrennten

Warenfluss.

18 QV: Debatte 19 QV: Internet

29

Das Verhalten der Gesellschaft

Das NFP 59 setzte einen weiteren Schwerpunkt in der Forschung: Sie untersuchte das Verhältnis der

Gesellschaft zur Gentechnologie. Sie stellte fest, dass zwar die Angst bzw. Abneigung der

Bevölkerung zur Grünen Gentechnik seit dem Jahr 2002 leicht abnahm. Bei einer Meinungsumfrage

eines Experiments im Rahmend des NFP 59 waren aber trotzdem 62% der Befragten (also die

Mehrheit) dagegen, gentechnisch veränderte Lebensmittel zu konsumieren. 25% entschieden sich

deutlich für den Konsum von gentechnisch veränderten (GV-) Lebensmitteln und eine grosse Menge

forderte die Wahlfreiheit zwischen gentechnisch veränderten und unveränderten Lebensmitteln. Von

diesen 62%, die gegen den Konsum waren, schlugen nur 26% ein Verbot vor.

Die Feldversuche

Da die Freilandversuche vom Moratorium nicht betroffen sind, wurden bereits erste Experimente mit

transgenem Weizen durchgeführt. Für die Freilandversuche musste eine Bewilligung der zuständigen

Behörden eingeholt werden. Ausserdem wurde ein grosser Sicherheitsaufwand erbracht. Denn

Umweltschützer und Gentech- Kritiker versuchten die Experimente zu sabotieren. Die Feldversuche

in Zürich untersuchten das Resistenzgen gegen Mehltau und die biologische Sicherheit des

transgenen Weizens. Im Gewächshaus schien das Resistenzgen in der Pflanze kaum Nachteile zu

zeigen. Als sich die Pflanze der Umwelt näherte, tauchten jedoch bereits erste Probleme auf: Je nach

Weizensorte wirkte die Resistenz unterschiedlich. Zudem verfärbten sich die Blätter der Pflanze und

die Samenmenge reduzierte sich. Offenbar veränderte sich die Pflanze erst durch den leichten

Kontakt mit der Umwelt. Wie hätte sich die Pflanze wohl verhalten, wenn sie kommerziell angebaut

worden wäre? Aufgrund des Moratoriums werden viele Wissenschaftler keine Antwort auf diese

Frage finden können.

Das Moratorium gilt bewusst bis ins Jahr 2013, denn die Ergebnisse des Forschungsprogramms liegen

erst im Jahr 2012 vor.

30

6.3. Meinungen aus dem Schweizer Volk

6.3.1. Ein Befürworter der Grünen Gentechnik

Der Nutzen der Gentechnik an einem Beispiel aus China

Die Produktion des wichtigsten Textilrohstoffs, die Baumwolle, kann mit der weltweiten Nachfrage

kaum Schritt halten20. Den Pflanzenzüchtern war es schon lange ein Anliegen, den Ertrag der

Baumwolle zu steigern. Mit der klassischen Züchtung konnten ertragreichere Baumwollsorten

hergestellt werden. Die Gene für hohe Faserqualität konnten jedoch nicht auf eine Pflanzensorte

übertragen werden. Die Verbesserung dieser Eigenschaft war mit der klassischen Kreuzung nicht

möglich. Ein chinesisches Forscherteam war mit den bisher erzielten Ergebnissen bei weitem nicht

zufrieden. Die Qualität und die Quantität sollten die gleiche Bedeutung für die Baumwolle erhalten.

So versuchte das Forscherteam mit der Gentechnologie das Gen in die Pflanze zu bringen, welches

für die Produktion des Pflanzenhormons IAA verantwortlich ist. Das Pflanzenhormon IAA regt die

Entwicklung der Baumwollfaser an. Bei den Laborversuchen zeigte die neue Baumwollsorte einen

34% höheren Ertrag als die ursprüngliche Baumwolle. Dank der Gentechnologie hatte diese Sorte

feinere Fasern. Der Erfolg der Gentechnologie führte dazu, dass seit 1997 zwei Drittel des

Baumwollanbaus in China mit Gentech- Sorten besetzt sind. Darunter sind vor allem Baumwollsorten

vorhanden, die Resistenzgene gegen Insekten aufweisen.

Zum Erfolg der Grünen Gentechnik in China äusserte sich Jan Lucht, ein Befürworter (Abb. 28) dieser

Technologie, wie folgt: „Das Ereignis in China zeigt eine effiziente Möglichkeit Eigenschaften von

Pflanzen zu verändern21. Die Gentechnologie kann gezieltere Veränderungen im Erbgut erreichen, als

es die klassische Kreuzung erlaubt. Wissenschaftler erforschen das für das gewünschte Merkmal

verantwortliche Gen, isolieren es und transformieren die DNA in die Zielpflanze. Wenn die weiblichen

und männlichen Gene nicht zufällig verteilt werden, vermeidet man den Nebeneffekt von

unerwünschten Eigenschaften, die wie im Beispiel von China eine verschlechterte

Faserqualität der Baumwolle verursachten. Zudem ist es möglich, ein

artenfremdes Gen in eine Pflanze zu übertragen. Dies ist bei der klassischen

Züchtung unwahrscheinlich, da man Pflanzen gleicher Art miteinander kreuzt.

Meistens sind für eine Eigenschaft mehrere Gene verantwortlich. Mit der

klassischen Züchtung ist es schwierig verschiedene Gene unter einen Hut zu

bringen, wie es im oberen Beispiel angedeutet wurde.“

Abb. 28: Jan Lucht

20 Lucht Jan. Internutrition Point. 2011. S. 1. 21 Anhang: Ein Interview mit Jan Lucht. 2011.

31

Bringt die Grüne Gentechnik einen Nutzen für die Umwelt? „Natürlich kann sie so eingesetzt werden,

dass die Umwelt von der Grünen Gentechnik profitiert. Ein wichtiger Einfluss ist beispielsweise die

Insektenresistenz der Baumwolle aus China“ begann Jan Lucht, „Diese Baumwolle trägt ein Gen in

sich, das aus einem Bodenbakterium stammt. Das Gen regt die Pflanze an, ein Insektizid namens Bt-

Toxin zu produzieren, welches die schädlichen Insekten abtötet. Dank insektenresistenter GV-

Baumwolle konnte der Verbrauch an Insektiziden verringert werden. Eine Untersuchung, die 14 Jahre

andauerte, bewies, dass der Einsatz von Pflanzenschutzmittel weltweit auf 150 Millionen Kilogramm

sank. Dies war nur dank der Gentechnik in so kurzer Zeit machbar.“ Der Interviewte verknüpfte

diesen Gedanken mit dem CO2- Ausstoss von Transportwagen: „Wenn künftig weniger

Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden, verringert sich auch der Transport solcher Produkte. Somit

wird der weltweite CO2- Ausstoss reduziert“.

Die importierten Lebensmittel

In der Schweiz gilt das Moratorium, deshalb ist der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen

strengstens verboten. Aber 10% der weltweiten Ackerflächen werden schon heute mit diesen

Pflanzen bewirtschaftet. Deshalb könnte es möglich sein, dass durch den Import z.B. von Soja GV-

Lebensmittel in der Schweiz verkauft werden. Jan Lucht verifizierte diese Annahme teilweise: „Es ist

schwierig, GV- Pflanzen von den anderen vollkommen zu trennen. Denn ein leichter Wind reicht, um

das Saatgut der transformierten Pflanzen in Bewegung zu setzen. So können auf der Anbaufläche, wo

ursprünglich biologischer Anbau betrieben wurde, auch GV- Pflanzen heranwachsen. Doch beim

Import unterliegen die Lebensmittel regelmässigen Kontrollen. Mit den neusten Techniken kann man

schnell herausfinden, ob es sich um ein GV- Produkt handelt. Wenn das der Fall ist, wird es auf der

Packung angeschrieben. In der Schweiz als auch in der EU sind GV- Spuren von weniger als 0,9 %

zugelassen und müssen nicht gekennzeichnet werden, wenn die Sorte im Land bereits als Lebensmittel

zugelassen ist.“ Ich erfuhr von ihm, dass gentechnisch veränderte Lebensmittel auch in der Schweiz

verkauft wurden. Doch aufgrund heftiger Proteste wurden die Produkte auf dem Markt verboten.

Dies geschah vor dem Moratorium.

Eingeschränkte Forschung

Ich interessierte mich für die Einstellung von Jan Lucht zum Moratorium in der Schweiz. Er ist froh

darüber, dass das Labor und die Freilandversuche davon nicht betroffen sind. Doch es sei schade,

dass man GV- Produkte nicht auf dem Land anbauen kann. Bei den Freilandversuchen ist die Pflanze

nie ganz denselben Umweltfaktoren ausgesetzt wie auf dem Land. Wenn man nicht sehen kann,

welche Probleme die transformierte Pflanze auf dem Feld mit sich bringt, ist es schwierig, daran

etwas zu verbessern. Aus diesem Grund schränken die Freilandversuche viele Unternehmen wie die

Syngenta ein. Die Syngenta ist das grösste schweizerische Agrargeschäft. Es ist auch in der

Gentechnik tätig. Damit es bessere Pflanzen züchten kann, betätigt sich das Unternehmen auch im

Ausland.

32

„Die Angst vor dem Neuen“

Bei den Freilandversuchen der ETH in Lindau stiess der Anbau von transgenen Pflanzen auf heftigen

Widerstand der Schweizer Bürger (siehe Kapitel 6.3.2.). Sie zerstörten die Pflanzen und sabotierten

die Experimente der Forscher. Dies führte dazu, dass künftig solche Experimente mit grossen Kosten

und Aufwand verbunden waren: Die transgenen Pflanzen mussten seitdem mit elektrischem

Stacheldraht und von Sicherheitsleuten bewacht werden. Woher rührt die Angst der Schweizer

Bevölkerung gegenüber der Gentechnik? Jan Lucht geriet ins Stottern, als er diese Frage beantworten

musste. Ich merkte sofort, dass es sich um eine schwierige Frage handelte. Trotzdem sagte er: „Ich

vermute, die Leute haben Angst vor dem Neuen. Sie haben bislang keinen Berührungspunkt mit GV-

Lebensmitteln gehabt. Die Gentechnik bei Lebensmitteln wird heute sowieso als ein Tabuthema

angesehen. Bei Medikamenten ist die Gentechnik heute sehr gefragt. Ich bin mir sicher, wenn man die

Konsumenten mit den Produkten in Berührung bringen würde, wäre auch die Angst kleiner. Auf jeden

Fall wären die Produkte klar zu kennzeichnen. So könnte der Konsument selber entscheiden, ob er ein

GV- Produkt kaufen will oder nicht.“

33

6.3.2. Ein Gegner der Grünen Gentechnik

Die geschwächte Immunabwehr des Weizens

Schon seit die Menschen sesshaft sind, versuchen sie, die Pflanzen mit guten Eigenschaften

untereinander zu kreuzen. Es werden diejenigen Pflanzen bevorzugt, die aus der Kreuzung

entstanden sind und die besten Eigenschaften untereinander aufweisen (klassische Züchtung). Von

der klassischen Züchtung habe ich bereits in der Einführung gesprochen. Nun möchte ich anhand

eines Beispiels eine negative Folge dieser Form der Züchtung zeigen: Der Weizen hat als eine der

wichtigsten Getreide- und Nutzpflanzen auf der Welt seine Widerstandsfähigkeit gegen

Pilzkrankheiten verloren22. Der Ursprung dieses Problems liegt bei der klassischen Züchtung, die die

natürlichen Abwehrkräfte des Weizens schwächte. Die Menschen konzentrierten sich auf besseren

Ertrag und Geschmack und vernachlässigten das für das Auge Unsichtbare: Die Gesundheit der

Pflanze. Über lange Zeit schien die geschwächte Gesundheit keinen Einfluss auf die Pflanze zu haben.

Nun kehrte sich das Blatt und die negativen Auswirkungen machten sich bemerkbar. Die Qualität und

der Ertrag verschlechterten sich nach einiger Zeit. Die am häufigsten aufgetretene Krankheit nennt

sich „Stinkbrand“. Der Erreger, der den Stinkbrand auslöst, ist der Schadpilz23. Der Pilz infiziert die

Weizenkeimlinge und breitet sich während des Wachstums der Pflanze bis in die Stängel aus. Selbst

die Weizenkörner werden durch den Schadpilz infiziert. Auf diese Weise kann sich die Krankheit auf

andere Pflanzen übertragen.

Der Freilandversuch mit gentechnisch verändertem Weizen

Das Problem des Weizens beschäftigte die Forscher der ETH Zürich, sie glaubten in der Gentechnik

eine Lösung gefunden zu haben. Dabei wurde ein Gen, das das Wachstum des Schadpilzes hemmen

sollte, in eine Weizensorte transformiert. Da die Wirkung des Gens auf den Weizen im Labor und

Gewächshaus bekannt war, wagte es der Forscher der ETH Zürich, Christoph Sautter, den

gentechnisch veränderten Weizen im Freiland zu untersuchen. Im Freien sollte die Wirkung des Gens

in der Pflanze, die Wirkung des Gens auf den Schadpilz und das Verhalten des transformierten

Weizens in der Umwelt getestet werden. Bei den Versuchen sollen die Umweltfaktoren wie Wind,

Regen und Sonneneinstrahlung mitwirken. Die Erkenntnisse, die Christoph Sautter erlangte, zeigten,

dass die Umwelt einen Einfluss auf die transformierten Pflanzen hatte und das Verhalten der GV-

Pflanzen beeinflussen konnte.

Das Verhalten der Schweizer Bevölkerung

Beim Feldversuch in Lindau im Jahre 2004 liess sich auch das Verhalten der Schweizer Bevölkerung

gegenüber der Grünen Gentechnik analysieren. Obwohl es einige Wochen vor dem Feldversuch

Informationsveranstaltungen zum Thema „Anwendung der Gentechnik in Pflanzen“ gab, wurden die

Forscher mit einem heftigen Protest der Bevölkerung konfrontiert. Die Abneigung zur Grünen

Gentechnik führte so weit, dass die Forscher zunächst die Erlaubnis zum Freilandversuch vom Staat

nicht erlangten. Erst durch ein weiteres Gesuch wurde das Experiment genehmigt. „Doch woher

rührt die Abneigung der Bevölkerung gegenüber der Grünen Gentechnik?“, fragte ich Stefan

Scheidegger, einem Mildglied der Grünen Partei Schwyz (Abb. 29).

22 QV: Internet 23 Der Schadpilz produziert ein Toxin, das die Qualität der Pflanze verschlechtert und ihren Ertrag verringert.

34

„In der Psychologie gibt es zwei Arten, um Entscheidungen zu fällen24.

Die eine Art basiert auf der Logik und dem Wissen und die andere Art

befasst sich mit den Intuitionen und Bauchgefühlen. Ich denke, dass nach

den Bildern mit Hochtechnologien wie die Atomkraftwerkunfälle (neulich

in Fukushima), die Menschen nicht mehr mit dem Wissen entscheiden

wollen. Sie urteilen mit den Bildern, die in ihren Köpfen verankert sind.

Ausserdem nahmen die Forscher an, dass die Angst schrumpfen würde,

wenn die Menschen über die Gentechnologie informiert wären oder sie

in ihre Projekte einschliessen würden. Dies war nicht der Fall. Es zeigte

sich, dass das Wissen kaum einen Einfluss auf die Akzeptanz der Grünen

Gentechnik hatte. Es sind die Gefühle und Ängste, die entscheidend

sind.“ Abb. 29: Stefan Scheidegger

Der biologische Trend

Als weitere Ursache für die Ablehnung der Grünen Gentechnik, vor allem in Lebensmitteln, nannte er

den biologischen Trend, der sich in der heutigen Gesellschaft entwickelte. „Ein Konsument will, dass

seine Produkte lokal hergestellt, fair gehandelt und biologisch gezüchtet werden. Dieses Verhalten

förderten auch die Grosshändler Coop und Migros. Durch ihre Werbeplakate und -slogans haben sie

den Konsumenten dazu angeregt, biologische Produkte zu kaufen. Es stellte sich das Image ein:

„Wenn es biologisch ist, ist es gut.“, behauptete Stefan Scheidegger.

Ich fragte Stefan Scheidegger, ob er Angst vor der Grünen Gentechnik habe. „Wenn ich den Begriff

höre, dann kommt mir zunächst der Widerspruch zwischen „Grün“ und „Gentechnik“ in den Sinn“,

sagte er, „Das „Grüne“ symbolisiert für mich etwas Natürliches, wobei die „Gentechnik“ gezielt und

manipulativ geschieht. Ich bin sehr skeptisch gegenüber den Folgen. Für mich existiert die

Möglichkeit, dass schwerwiegende Folgen eintreten. Schliesslich brachte auch das Atomkraftwerk

Fukushima verheerende Folgen mit sich. Es waren ungewollte Folgen, aber sie bestanden durchaus.“

Die Gentechnik kann auch Leben retten

Vor ca. 20 Jahren gab es Proteste gegen gentechnisch hergestellte Medikamente. Aber der Nutzen

dieser Medikamente hatte offenbar dazu geführt, dass die Bevölkerung die Medikamente

akzeptierte.

Dazu bemerkte Stefan Scheidegger: „Es ist ein riesiger Erfolg, dass die Wissenschaft krebskranke

Leute oder Diabetiker heilen kann. Für solche Eingriffe ist den Wissenschaftlern auch jedes Mittel

heil. Wenn wir aber das Geschehen zu Ende denken, dann stellen wir fest, dass solche Lösungen im

Kleinen extrem scheinen. Aber je mehr wir diese Technik in Anspruch nehmen, desto komplizierter

wird es. Später beginnen Wissenschaftler sogar Kinder so zu verändern, dass sie die Augenfarbe

besitzen, die sich die Eltern ausgesucht haben. Da frage ich mich: „Wollen wir in einer solchen Welt

leben?““

24 Anhang: Ein Interview mit Stefan Scheidegger. 2011.

35

Das Moratorium

Der Gegner der Grünen Gentechnik unterstützt das Moratorium vollkommen: „Das Moratorium ist

sinnvoll, denn es ermöglicht einerseits den Politikern, andererseits dem Schweizer Volk und der

Wissenschaft eine Denkpause. Man kann sich überlegen, ob wir es in der Schweiz nötig haben,

gentechnisch veränderte Pflanzen zu züchten. Mir wäre es sogar lieber, dass das Moratorium um

weitere 20 Jahre verlängert werden würde. Es ist wichtig zu sehen, ob sich die getesteten Pflanzen

über längere Zeit ohne Risiken für die Umwelt entwickeln können.“ Ich sehe das Problem des

Moratoriums darin, dass sie die Forschung der Grünen Gentechnik in der Schweiz zum Erliegen

bringen könnte. Viele Privatunternehmen wie die Syngenta haben ihren Standort ins Ausland verlegt,

da sie ihre GV- Produkte in der Schweiz nicht kommerziell anbauen können. Auf meine These

antwortete Stefan Scheidegger auf die folgende Art: „Privat finanzierte Forschung ist sowieso nicht

gut. Meiner Meinung nach hat die Forschung von den privaten Interessen unabhängig zu sein. Es

besteht die Gefahr, dass Statistiken so gefälscht werden, wie es den Unternehmen passt. Deshalb soll

die private Forschung verboten werden und nur der Staat soll Forschung betreiben können. Der Staat

soll auch das für die Forschung notwendige Geld zur Verfügung stellen und Forschungsinstitute wie

die ETH unterstützen. Diese Institute sollen in der Lage sein, die wirtschaftlich interessanten Produkte

auszutesten. Aber es muss verhindert werden, dass während den Forschungsarbeiten ein GV- Produkt

auf den Markt gelangt. Denn wenn die GV- Produkte erst einmal auf dem Markt sind, kommt der

Konsument in Kontakt mit den Produkten. Ausserdem würden auf dem Markt die wirtschaftlichen

Interessen überwiegen. Man konzentriert sich auf den Gewinn und vernachlässigt die Gesundheit der

Umwelt und des Menschen. Deshalb ist es noch viel zu früh um bereits die Wirtschaft mit den GV-

Pflanzen zu versorgen. Die Schweiz ist ein attraktives Land. Sie bietet viele Vorteile wie einen guten

ÖV, tiefe Steuern und gut ausgebildete Leute. Es werden die meisten Privatunternehmen ihren

Hauptsitz in der Schweiz behalten wollen.“

36

Die globale Perspektive

„Alle fünf Sekunden verhungert ein Kind25!“ Das Zitat stammt vom UN- Sonderbeauftragten Jean

Ziegler, der über die Hungersnot in Afrika berichtete. Mit einer Verbesserung der Landwirtschaft

durch die Gentechnik könnte das Problem des Hungers gemildert werden. Stefan Scheidegger ist

anderer Meinung. Er befürchtet, dass die gentechnisch veränderten Kulturpflanzen ein grösseres

Risiko für die Landwirtschaft darstellen können, da die Wissenschaftler zu wenig über die Risiken

wissen. Er sieht den Hunger in Afrika als ein Problem, das aufgrund der globalen, ungerechten

Verteilung der Nahrung entstand. Zudem berichtete er, dass die Afrikaner keine finanziellen Mittel

hätten, dass sie in die Forschung stecken könnten. Wenn sie in Not sind, dann kürzen sie ihre

Ausgaben für die Bildung und Forschung. Somit wäre das Problem nicht gelöst.

Die ETH startete vor einigen Jahren eine neue Entwicklungshilfe für Afrika. Sie entwickeln einen GV-

Reis, dessen Vitamin A- Gehalt viel höher ist, als derjenige Reis aus Afrika. In dieses Projekt bezieht

die ETH auch Wissenschaftler aus Afrika ein. Ausserdem wird das Projekt finanziell vom Schweizer

Staat unterstützt.

„Es sind nicht nur das Geld und die Technik, die Probleme darstellen. Für mich ist es nicht korrekt, dass

wir in der Schweiz keine GV- Pflanzen anbauen, aber solche Produkte nach Afrika verschicken wollen.

Wenn die Produkte von der Qualität nicht so beschaffen sind, dass wir es in der Schweiz essen

könnten, sollten wir es nicht als Müll nach Afrika senden!“, beklagte sich Stefan Scheidegger.

25 Ebner Martin. TERRA. 2011. S. 38.

37

Zusammenfassung der wichtigsten Aussagen zum Verhalten der Schweizer gegenüber der Grünen

Gentechnik

Befürworter der Grünen Gentechnik: Gegner der Grünen Gentechnik:

Der Kontakt der Bevölkerung mit der Grünen Gentechnik würde ihr Verhalten positiv beeinflussen, dies bewies die heutige Akzeptanz der gentechnisch veränderten Medikamente. Der Kontakt kann in Form von gentechnisch veränderten Lebensmitteln sein, die auf dem Markt angeboten werden. Die Angst vor der Grünen Gentechnik rührt nicht daher, dass die Bevölkerung zu wenig weiss. Sie ist heute aufgeklärter denn je. Nicht der Geschmack oder der Preis der GV- Produkte verleitet die Menschen dazu, die Grüne Gentechnik abzulehnen. In der Schweiz gibt es keinen Anbau mit GV- Pflanzen, deshalb besteht die Angst vor einer Hochtechnologie. Ausserdem wurden Gerüchte von Gentech-Gegnern in die Welt gesetzt. Die Abneigung der Bevölkerung gegen GV- Pflanzen ist eher abnehmend, denn heute werden weltweit grosse Ackerflächen mit GV- Pflanzen angebaut. Das Moratorium wirkt sich negativ auf die Bevölkerung aus. Leute, die kaum etwas von der Grünen Gentechnik wissen, werden in ihrem Verhalten durch das Moratorium manipuliert. Das Moratorium trägt somit zu einer schlechten Stimmung im Volk bei.

Die Bevölkerung unterscheidet zwischen medizinischen und nicht-medizinischen Anwendungen der Gentechnik. Die medizinische Anwendung ist akzeptiert, weil ein grösserer Nutzen wahrgenommen wird.

Trotz den Informationen, die die Forscher der Bevölkerung liefert, um ihr Vertrauen zu gewinnen, hat das Wissen keinen Einfluss auf die Akzeptanz der Grünen Gentechnik. Die Ängste und Bauchgefühle sind wichtig für die Akzeptanz der Grünen Gentechnik. Die Entscheidungen haben keine logische Begründung. Sie sind spontan und stützen sich auf die Bilder der Vergangenheit (Bilder des Atomkraftwerkunfalls in Fukushima). Das Verhalten der Bevölkerung blieb konstant. Die Mehrheit der Schweizer ist gegen die Anwendung der Gentechnik in der Landwirtschaft. Das Moratorium gewährt der Wissenschaft und Politik eine Denkpause, um später in Ruhe über die Angelegenheit debattieren zu können. Es muss aber in dieser Zeit intensiv Forschung betrieben werden, damit die Debatten auf Fakten beruhen können.

38

Zusammenfassung der wichtigsten Aussagen zum Moratorium

Das Moratorium schränkt die Forschung ein, weil es den kommerziellen Anbau von GV- Pflanzen verbietet. Wenn die Pflanzen in der Umwelt integriert wären, zeigten sich Probleme, mit denen sich ein Forscher befassen könnte. Es ist schwierig alle Risiken im Labor einzuschätzen. Wo keine Probleme vorliegen, können keine Lösungen angesetzt werden. Wenn die Forscher einen Freilandversuch machen, müssen sie einen grossen administrativen Aufwand leisten. So geht viel Zeit verloren, die man für die Forschung hätte investieren können. Wenn die Bewilligung zum Versuch eingeholt ist, muss man mit hohen Kosten dafür sorgen, dass die GV- Pflanzen geschützt sind und keinen Schaden in der Umwelt verrichten können. Die Forschungsinstitute müssen auch das Gelände absperren, da Teile der Bevölkerung versuchen werden, die Experimente zu sabotieren. Die Absperrungs- und Sicherheitskosten sind oft höher als die des Experiments.

Während des Moratoriums müssen sich die Forscher intensiv mit den Risiken der Grünen Gentechnik befassen. Es darf keine GV- Pflanze kommerziell angebaut werden oder auf dem Markt erscheinen. Der Markt und die Umwelt sind unkontrollierbar. Es ist wichtig, dass die Freilandversuche an harte Auflagen verknüpft sind, so werden die Forscher nur solche Freilandversuche durchführen wollen, die nützlich für die Forschung sind. Die Arbeiten werden sorgfältiger geplant. -

39

7. Diskussion

Bei der Forschungsarbeit tauchten zwei Probleme auf: Zunächst wählte ich die falschen

Temperaturen für die Primer, die sich an den DNA- Strang anlagern sollten. Anschliessend ersetzte

ich die Taq- Polymerase durch ein präziser arbeitendes Enzym: Phusion. Die Erkenntnisse, die ich aus

den Experimenten im Labor gewann, zeigten mir, dass die Polymerase- Kettenreaktion schwierig ist.

Sie war diejenige Methode, welche am meisten Zeit beanspruchte. Die geführten Interviews

widerlegten meine erste These: „Akzeptiert die Schweizer Bevölkerung die Gentechnik in der

Landwirtschaft deshalb nicht, weil sie zu wenig über die Wissenschaft weiss?“ Sowohl Jan Lucht als

auch Stefan Scheidegger sind der Meinung, dass die Mehrheit der Bevölkerung diesbezüglich

genügend aufgeklärt ist. Es ist auch nicht mangelndes Wissen, das sie dazu bewegte, die Initiative

zum Moratorium zu unterstützen. Die Wissenschaft bemüht sich immer, bei Veranstaltungen die

Bevölkerung in die Projekte einzubeziehen und sie zu informieren. Deshalb kennen sie die Erfolge,

welche die Technologie mit sich bringt. Vielmehr lässt sich die Bevölkerung von den Gerüchten und

Horrorbildern der Gentechnik beeinflussen. Selbst das Moratorium trägt zu einer Stimmung bei, die

die Angst provoziert. Meine zweite These lautete: „Hindert das Moratorium die Forschung auf dem

Gebiet der Grünen Gentechnik in der Schweiz?“ Die These verifizierte sich. Viele Forscher verlassen

die Schweiz, weil sie schlechte Arbeitsaussichten haben (NZZ 21. Mai 2008). Selbst das Interesse der

jungen Forscher am Nationalen Forschungsprogramm 59 war seit dem Moratorium sehr gering.

Heute gibt es keine KMU mehr, die sich mit der Grünen Gentechnik in der Schweiz beschäftigt. Ich

bin derselben Ansicht wie Jan Lucht, dass das Moratorium die Entwicklung dieser Wissenschaft

beeinträchtigt. Es braucht Leute, die forschen. Wenn die Menschen eingeschränkt sind zu forschen

oder ihre Produkte auf dem Markt zu verkaufen, fehlt ein Anreiz. Sie beginnen sogar an der Zukunft

der Grünen Gentechnik zu zweifeln, besonders in der Schweiz.

40

8. Quellenverzeichnis

Literatur:

Ebner Martin. Joachim Jens. Korby Wilfried. Kreus Arno. Linder Paul. Von der Ruhren Norbert. TERRA,

Entwicklungsländer im Wandel, Leben in der „Einen Welt“. 2011. Ernst Klett Verlag. Stuttgart.

Kempken Frank. Kempken Renate. Gentechnik bei Pflanzen. 2006. Springer Verlag. Berlin.

Lucht Jan. Internutrition Point. Aktuelles zur grünen Gentechnologie. 2011. Zürich.

Mühlhardt Cornel. Der Experimentator, Molekularbiologie/ Genomics. 2003. Spektrum Akademischer

Verlag. Berlin.

Internet:

Fussnote 2: http://de.wikipedia.org/wiki/Acker-Schmalwand (27.08.2011)

4: http://www.webmic.de/avery.htm (21.08.2011)

8: http://de.wikipedia.org/wiki/Gelelektrophorese (21.08.2011)

9: http://de.wikipedia.org/wiki/Ethidiumbromid (21.08.2011)

10: http://de.wikipedia.org/wiki/Klonierung (28.08.2011)

11: http://de.wikipedia.org/wiki/Transformation_(Genetik) (28.08.2011)

12: http://de.wikipedia.org/wiki/Restriktionsenzym (20.05.2011)

14: http://de.wikipedia.org/wiki/Hydroxygruppe (07.09.2011)

19: http://www.nfp59.ch/files/downloads/Zwischenbericht_NFP59.pdf (03.10.2011)

22: http://www.feldversuch.ethz.ch/docs/infoblatt (06.10.2011)

27: http://de.wikipedia.org/wiki/Agrobacterium_tumefaciens (09.10.2011)

28: http://de.wikipedia.org/wiki/DNA-Ligase (09.10.2011)

30: http://de.wikipedia.org/wiki/Hydrolyse (09.10.2011)

31: http://de.wikipedia.org/wiki/Moratorium (09.10.2011)

32: http://de.wikipedia.org/wiki/Puffer_(Chemie) (09.10.2011)

33: http://de.wikipedia.org/wiki/X-Gluc (09.10.2011)

36:http://pixeloekonom.wordpress.com/2011/09/04/%E2%80%9Ekeiner-kann-ihn-

ersetzen%E2%80%9C-segen-und-fluch-charismatischer-unternehmenschefs-am-beispiel-steve-jobs/

(03.10.2001)

41

Interview:

Lucht Jan. Internutrition. Mai 2011. Zürich.

Scheidegger Stefan. Grüne Partei Schwyz. August 2011. Pfäffikon SZ.

Debatte:

18: Arena: http://www.videoportal.sf.tv/video?id=27711f3b-03b5-4a64-87f3-e54ecffd8aa4

(03.10.2011)

Bilder:

Abb. 1: http://www.its.sh.ch/fileadmin/its.sh.ch/Downloads/Referate/ITS-91019-ae-

Praesentation_A._Einsele_2.pdf (18.05.2011) S. 13

Abb. 2: http://www.its.sh.ch/fileadmin/its.sh.ch/Downloads/Referate/ITS-91019-ae-

Praesentation_A._Einsele_2.pdf (18.05.2011) S. 13

Abb. 3: http://de.wikipedia.org/wiki/Nukleotide (20.05.2011)

Abb. 4: Elmas Pinar (07.03.2011)

Abb. 5: http://www.flmnh.ufl.edu/cowries/amplify.html (07.03.2011)

Abb. 6: http://www.lgl.bayern.de/gentechnik/pcr.htm (09.03.2011)

Abb. 7: http://www.invitrogen.jp/gateway/k2400_01.shtml (20.05.2011)

Abb. 8: http://de.wikipedia.org/wiki/Restriktionsenzym (20.05.2011)

Abb. 9: http://de.wikipedia.org/wiki/Restriktionsenzym (20.05.2011)

Abb. 10:http://www.biosicherheit.de/basisinfo/294.bodenbakterium-gen-faehre.html (02.07.2011)

Abb.11:http://books.google.ch/books?id=_cHpifvW56QC&pg=PA90&lpg=PA90&dq=kempken+

gentechnik+bei+pflanzen+T+DNA&source=bl&ots=L7gqqvPe8X&sig=sFzJYFOFl5fwjjMLdGCBexvAUC0

&hl=de&ei=TSKTufzB6Wx0QWjv620BQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CBsQ6AE

wAA#v=onepage&q&f=false (02.07.2011)

Abb.12:http://books.google.ch/books?id=_cHpifvW56QC&pg=PA90&lpg=PA90&dq=kempken+gente

chnik+bei+pflanzen+T+DNA&source=bl&ots=L7gqqvPe8X&sig=sFzJYFOFl5fwjjMLdGCBexvAUC0&hl=d

e&ei=TSKTufzB6Wx0QWjv620BQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CBsQ6AEwAA#

v=onepage&q&f=false (02.07.2011)

Abb. 13: http://de.wikipedia.org/wiki/Hydroxygruppe (07.09.2011)

Abb. 14: http://de.wikipedia.org/wiki/Polymerase-Kettenreaktion (20.05.2011)

Abb. 15: Elmas Pinar (09.03.2011)

Abb. 16: Elmas Pinar (10.03.2011)

Abb. 17: Elmas Pinar (07.04.2011)

Abb. 18: Elmas Pinar (07.04.2011)

Abb. 19: Elmas Pinar (18.04.2011)

Abb. 20: Elmas Pinar (18.04.2011)

Abb. 21: http://tools.neb.com/NEBcutter2/ (28.04.2011)

Abb. 22: Elmas Pinar (05.05.2011)

Abb. 23: http://botserv1.uzh.ch/home/grossnik/curtisvector/inducible/index_i.html (02.07.2011)

Abb. 24: Dr. Asuka Kuwabara (10.06.2011)

Abb. 25: Elmas Pinar (01.07.2011)

Abb. 26: Elmas Pinar (01.07.2011)

Abb. 27: Elmas Pinar (07.09.2011)

42

Abb. 28: http://www.internutrition.ch/internutrition/who/index.html (06.10.2011)

Abb. 29: http://www.gruene-sz.ch/site/?page_id=386 (06.10.2011)

Abb. 30: http://www.calpaclab.com/products/DNA_marker_1kb_600ul_Quantitative_Ready_to_use-

11117-763.html (09.03.2011)

9. Eigenständigkeitserklärung

Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Maturaarbeit selbständig und ohne unerlaubte fremde

Hilfe erstellt habe und dass alle Quellen, Hilfsmittel und Internetseiten wahrheitsgetreu verwendet

wurden und belegt sind.

Unterschrift:………………………………………….. Datum:…………………………………………..

43

10. Glossar26

Agarosegel:

Agarose ist ein Mehrfachzucker und wird aus den Rotalgengattungen Gelidium und Gracillaria

gewonnen. Es ist ein starker Gelbildner. Durch Kochen in elektrisch leitenden Salzlösungen und

Giessen in eine Form entsteht das Agarosegel, das zur grössenmässigen Auftrennung von DNA- und

RNA- Molekülen im elektrischen Feld verwendet wird.

Agrobakterium tumefaciens27:

Das Agrobakterium tumefaciens ist ein pflanzenpathogenes Bodenbakterium. Es verursacht somit

Krankheiten an Pflanzen. Ausserdem lebt es im Boden, wo es organisches Material zersetzt.

Antibiotikum:

Antibiotika werden meist von Schimmelpilzen oder Bakterien gebildet. Ein Beispiel ist das Penicillin,

das aus dem Pilz Penicillium gebildet wird. Eine geringe Konzentration des Antibiotikums reicht aus,

um das Wachstum von anderen Mikroorganismen zu hemmen. Mit Antibiotika können auch

Infektionen bekämpft werden.

β- Galactosidase- Gen:

Das Gen enthält die Information für die Synthese eines Enzyms aus dem Bakterium Escherichia coli.

Normalerweise spaltet das Enzym den Milchzucker in die Zucker Glucose und Galactose. Es ist aber

auch fähig die chemisch ähnliche Substanz X- Gluc zu spalten. Beim Kontakt mit Sauerstoff oxidiert

die neue Substanz zu einem flauen Farbstoff. Somit ist das β- Galactosidase- Gen ein Indikatorgen,

weil die Genprodukte leicht nachweisbar sind.

Desoxyribonukleinsäure DNA:

Die DNA, vom Englischen Deoxyribonucleic acid, ist eine Kernsäure, die die genetische Information

speichert. Sie ist in allen Zellen vollständig enthalten.

DNA- Ligase28:

Enzyme, die DNA- Stränge miteinander verknüpfen.

DNA- Polymerase:

Sie ist ein Enzym, welches die Synthese der DNA aus den Nukleotiden an einem DNA- Strang

katalysiert. Das Enzym ist sehr wichtig bei der DNA- Replikation.

DNA- Sequenzierung:

Durch die DNA- Sequenzierung kann die Abfolge der Nukleotide in einem DNA- Molekül bestimmt

werden.

Enzym:

Ein Enzym ist ein Protein, das chemische Reaktionen katalysiert/beschleunigt.

26 Kempken Frank. Gentechnik bei Pflanzen. 2006. S. 219ff. 27 QV: Internet 28 OV: Internet

44

Ethidiumbromid:

Ist ein roter Phenanthridin-Farbstoff, der in der Molekularbiologie zum Nachweis der Nukleinsäuren,

DNA und RNA, verwendet wird. Phenanthridin ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der

stickstoffhaltigen Heterocyclen (= cyclische, chemische Verbindungen mit ringbildenden Atomen aus

mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen).

Gen:

Ein Gen kodiert meist für ein Eiweiss. Im Zellkern wird die Information eines Gens auf eine m- RNA

übertragen, die die Information zu den Ribosomen, den Eiweissfabriken, weiterleitet. In den

Ribosomen codiert jedes Basentriplett für eine Aminosäure29. Die Aminosäuren werden schliesslich

zu einem Protein aufgebaut. Auf diese Weise können Enzyme hergestellt werden.

Gentechnik:

Die Gentechnik ist ein Gebiet der Molekularbiologie und Biotechnologie. Sie ist eine Methode der

Verteilung oder Neuordnung von Nukleinsäuren. Dabei handelt es sich um gezielte Eingriffe ins

Erbgut und in den Stoffwechsel der Organismen. Ausserdem gibt es verschiedene Transformations-

Methoden. In dieser Arbeit wird nur auf die Transformation eingegangen, die das Agrobakterium

tumefaciens vermittelt. Die Gentechnik fand seit den frühen 70er Jahren weite Verbreitung und

heute ist sie die Grundlage für biologisch- medizinische Forschungsarbeiten wie für Krebs und HIV.

Grüne Gentechnik:

Bei der Grünen Gentechnik wendet man gentechnische Verfahren für Pflanzenzüchtungen an. Das

Resultat ist eine GV- Pflanze.

GV- Pflanzen:

GV- Pflanzen sind gentechnisch veränderte oder transgene Pflanzen.

Hydrolyse30:

Die Hydrolyse ist die Spaltung einer chemischen Verbindung durch die Reaktion mit Wasser. Ein

Wasserstoffatom wird an das eine Edukt weitergegeben und der verbleibende Hydroxyrest an das

andere Edukt gebunden.

Markergen:

Das Antibiotika- Resistenzgen ist ein Markergen. Mit dem Markergen kann man selektiv nur solche

Organismen anziehen, die ein entsprechendes Gen tragen. Beispielsweise überleben auf einem

Nährmedium mit Kanamycin nur Bakterien, die ein Gen haben, das das Antibiotikum unschädlich

macht.

Moratorium31:

Auf Lateinisch bedeutet morari etwas aufschieben, verlängern. Das Moratorium ist also eine

Entscheidung, die eine Handlung aufschiebt oder sie für eine Zeit lang unterlässt. Bei strittigen

Projekten kann die Arbeit unterbrochen werden, damit die Leute über einen Kompromiss

verhandeln, z.B. ein Flughafenbau.

29 Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine, insgesamt werden 20 Aminosäuren durch die DNA kodiert. 30 Im QV: Internet 31 Im QV: Internet

45

Plasmid:

Ein Plasmid ist ein ringförmiges, doppelsträngiges DNA- Molekül, welches in Bakterien vorkommt. Es

vervielfältigt sich von selbst, d.h. mit ausreichender äusserer Hilfe kann eine Kopie des Plasmids

hergestellt werden. Die Information für den Kopiervorgang enthält das Plasmid selber, bloss die

molekularen Werkzeuge und die Energie müssen von aussen zugeführt werden.

Primer:

Der Primer ist ein kurzes DNA- Molekül, das als Startpunkt für eine DNA- Polymerase funktioniert.

Promoter:

Ein Promoter ist der Bereich eines Gens, über den die Aktivität des Gens reguliert wird. Jedes Gen hat

einen für sich spezifischen Promoter.

Puffer32:

Ein Puffer ist ein Stoffgemisch, dessen pH- Wert sich bei Zugabe von Basen und Säuren kaum ändert.

Der pH- Wert ist ein Mass für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung.

Replikation:

Identische Verdoppelung der DNA. Präzise betrachtet handelt es sich bei der Replikation um die

Synthese des komplementären Stranges zu einem Einzelstrang. Es sind die Doppelstränge die nach

der Replikation identisch sind und nicht die Einzelstränge.

Ribonukleinsäure RNA:

Die RNA ist eine Nukleinsäure, die im Gegensatz zur DNA den Zucker Ribose und die stickstoffhaltige

Base Uracil statt Thymin enthalten.

Selektion:

Die Unterscheidung von transformierten und nicht transformierten Organismen mittels Markergene,

z.B. das Antibiotika- Reistenzgen.

Transformation:

Bei der Transformation wird genetische Information mittels isolierter DNA in Bakterien, Pilze, Algen,

Hefe oder Pflanzen übertragen. Die natürliche Form der Transformation beobachtete Griffith bei

seinen Experimenten mit Pneumokokken.

Transkription:

Die Transkription läuft im Zellkern ab. Es kommt zur Bildung einer m- RNA komplementär zur DNA-

Sequenz eines Gens. Die Information der stationären DNA wird auf eine mobile RNA übertragen. Sie

leitet die Information ins Zellplasma weiter zu den Ribosomen (Eiweissfabriken).

Translation:

Die Translation spielt sich im Zellplasma ab und ist die Umsetzung der m- RNA- Sequenz in eine

Abfolge von Aminosäuren an den Ribosomen.

32 Im QV: Internet

46

Vektoren:

Im Lateinischen bedeutet Vektor jemand, der trägt, zieht oder befördert. In der Gentechnik wird es

als ein Transportvehikel verwendet, das eine isolierte Nukleinsäure (Gen) in eine Empfängerzelle

überträgt. Die Plasmide sind solche Transportvehikel.

X- Gluc33:

Das X-Gluc ist ein Cyclohexylammoniumsalz der 5-Brom-4-chlor-3-indolyl-β-D-glucuronsäure.

Ausserdem ist es nahrhaft für das Enzym β-Glucuronidase (GUS).

33 Im QV: Inhaltsverzeichnis

47

11. Anhang

Wenn man die Länge der DNA- Fragmente einer PCR bestimmen will, kann man die

Resultate nach einer Gelelektrophorese mit dem Musterband vergleichen. Je

nachdem auf welcher Höhe sich die DNA- Fragmente befinden, unterscheiden sich

ihre Längen (Abb. 30).

Abb. 30: Das Musterband

48

Ein Interview mit Jan Lucht:

Jan Lucht forschte während 14 Jahren als Biologe im Bereich Gentechnik und Molekularbiologie.

Heute gibt er vor allem Informationen an die Öffentlichkeit rund um das Thema Gentechnik. Er ist

auch der Verfasser des monatlichen Newsletter POINT und ein Befürworter der Grünen Gentechnik.

Vorteile der Grünen Gentechnik:

1. Können sie mir am Beispiel der GV- Baumwolle in China die Vorteile der Grünen Gentechnik im

Vergleich zur klassischen Züchtung nennen?

Das Ereignis in China zeigt eine effiziente Möglichkeit Eigenschaften von Pflanzen zu verändern.

Die Gentechnologie kann gezieltere Veränderungen im Erbgut erreichen, als es die klassische

Kreuzung erlaubt. Wissenschaftler erforschen das für das gewünschte Merkmal verantwortliche

Gen, isolieren es und transformieren die DNA in die Zielpflanze. Wenn die weiblichen und

männlichen Gene nicht zufällig verteilt werden, vermeidet man den Nebeneffekt von

unerwünschten Eigenschaften, die wie im Beispiel von China eine verschlechterte Faserqualität

der Baumwolle verursachten. Zudem ist es möglich, ein artenfremdes Gen in eine Pflanze zu

übertragen. Dies ist bei der klassischen Züchtung unwahrscheinlich, da man Pflanzen gleicher Art

miteinander kreuzt. Meistens sind für eine Eigenschaft mehrere Gene verantwortlich. Mit der

klassischen Züchtung ist es schwierig verschiedene Gene unter einen Hut zu bringen, wie es im

oberen Beispiel angedeutet wurde.

2. Bringt die Grüne Gentechnik einen Nutzen für die Umwelt?

Natürlich kann sie so eingesetzt werden, dass die Umwelt von der Grünen Gentechnik profitiert.

Ein wichtiger Einfluss ist beispielsweise die Insektenresistenz der Baumwolle aus China. Diese

Baumwolle trägt ein Gen in sich, das aus einem Bodenbakterium stammt. Das Gen regt die

Pflanze an, ein Insektizid namens Bt- Toxin zu produzieren, welches die schädlichen Insekten

abtötet. Dank insektenresistenter GV- Baumwolle konnte der Verbrauch an Insektiziden

verringert werden. Eine Untersuchung, die 14 Jahre andauerte, bewies, dass der Einsatz von

Pflanzenschutzmittel weltweit auf 150 Millionen Kilogramm sank. Dies war nur dank der

Gentechnik in so kurzer Zeit machbar. Wenn künftig weniger Pflanzenschutzmittel eingesetzt

werden, verringert sich auch der Transport solcher Produkte. Somit wird der weltweite CO2-

Ausstoss reduziert.

49

Das Moratorium

1. In der Schweiz existiert seit dem 27. November 2005 ein Moratorium für den landwirtschaftlichen

Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen. Ist das Moratorium ein Vor- oder Nachteil für die

Forschung in der Schweiz?

Durch das Moratorium sind die Freilandversuche und das Labor nicht betroffen. Trotzdem sind

die Rahmenbedingungen aufwendig, um eine Bewilligung zu kriegen. Wenn man mit

Freilandversuchen experimentieren will, muss ein grosser Sicherheitsaufwand erbracht werden,

welcher oft mit hohen Kosten verbunden ist. Weil die Versuche streng geschützt und überwacht

werden müssen, kann es vorkommen, dass die Sicherungskosten viel grösser sind als die

Experimentkosten. Deshalb betreiben viele Privatunternehmen wie die Syngenta ihre Forschung

im Ausland. Der andere Grund ist, dass die Privatunternehmen in der Schweiz ihre Forschung nie

kommerziell betreiben können.

Die Konsumenten

1. Ist die Abneigung der Bevölkerung gegen GV- Pflanzen steigend oder abnehmend?

Eher abnehmend, weil man grossflächig GV- Pflanzen anbaut. Aber die Angst bzw. Skepsis ist

immer noch vorhanden. Ich denke, dass rührt daher, dass die Leute keinen Berührungspunkt mit

der Gentechnik in Lebensmitteln haben. Das Verhalten der Gesellschaft könnte sich positiv

ändern, wenn ein GV- Produkt auf dem Markt wäre. Die Gentechnik bei den Medikamenten

wurde schon lange akzeptiert.

2. Profitieren auch die Menschen von GV- Pflanzen?

Die Gentechnik ermöglicht einem Bauer eine schnellere und billigere Unkrautbekämpfung. Mit

herbizidresistenten Pflanzen kann der Landwirt die schädlichen Pflanzen mit Herbizid

bekämpfen ohne die herbizidresistenten Pflanzen zu zerstören. Es bestünde jedoch der Nachteil,

dass er in die Abhängigkeit von Produzenten des GV- Saatguts fallen würde. Dies wissen viele

Menschen nicht. Denn wenn ein Bauer eine grosse Menge an GV- Saatgut kauft, kann er nur die

Pflanzen der ersten Generation brauchen. Die Pflanzen der zweiten Generation sind nicht mehr

homogen und haben deshalb nicht mehr die gleichen Eigenschaften wie die Pflanzen aus der

ersten Generation. Die Firmen, die GV- Saatgut herstellen, würden mehr Macht und Einfluss

kriegen. Ich hätte Angst, dass Grosskonzerne später über unsere Nahrungskette regieren

könnten. Für den Konsumenten erscheinen zwei Vorteile: Erstens wären die GV- Lebensmittel

billiger ( Massenproduktion). Zweitens gäbe es Gesundheitsvorteile. Man kann die

Fettsäurezusammensetzung von Sojaöl so verändern, dass es der Zusammensetzung von

Olivenöl entspricht ( besser für den Blutkreislauf). Schliesslich entwickeln Wissenschaftler

einen vitaminangereicherten Reis ( z.B. für Entwicklungsländer).

50

Die Sicherheit

1. Existieren Methoden, die sicherstellen, ob transgene Pflanzen gesundheitsschädlich für den

Menschen sind?

Zunächst überlegen die Wissenschaftler, welche Eigenschaften die Gene haben, die sie

transformieren wollen. Wo sich diese Gene einbauen, kann nicht gesteuert werden. Es könnte

sein, dass ein Gen irgendwo eingesetzt wird, wo es den natürlichen Stoffwechsel einer Pflanze

stört. Aufgrund der heutigen Technik ist es möglich die chemische Zusammensetzung einer

Pflanze zu überprüfen (chemische Analyse).

2. Sind unsere Lebensmittel von gentechnischen Veränderungen verschont?

Ich muss erwähnen, dass plötzliche Veränderungen auch natürlich geschehen. Durch UV- Licht

treten Mutationen in Organismen auf.

3. Ist es möglich, dass importierte Lebensmittel gentechnisch verändert sind?

Es ist schwierig, GV- Pflanzen von den anderen vollkommen zu trennen. Denn ein leichter Wind

reicht, um das Saatgut der transformierten Pflanzen in Bewegung zu setzen. So können auf der

Anbaufläche, wo ursprünglich biologischer Anbau betrieben wurde, auch GV- Pflanzen

heranwachsen. Doch beim Import unterliegen die Lebensmittel regelmässigen Kontrollen. Mit

den neusten Techniken kann man schnell herausfinden, ob es sich um ein GV- Produkt handelt.

Wenn das der Fall ist, wird es auf der Packung angeschrieben. In der Schweiz als auch in der EU

sind Spuren von GV- Material bei weniger als 0,9 % zugelassen und müssen nicht

gekennzeichnet werden, wenn diese Sorte im Land bereits als Lebensmittel zugelassen ist.

4. Wie ist Ihre ethische Sicht zur Gentechnik?

Bei den Pflanzen sehe ich kein Problem, die Gentechnik anzuwenden.

Viele Tiere werden schon seit langer Zeit auf eine bessere Leistung gezüchtet. Die Kühe sollen

mehr Milch liefern. Die Schweine sollen das Phosphat besser verwerten, damit sie weniger

Phosphat ausscheiden. Solange die Veränderungen das Wohlbefinden der Tiere nicht verletzen

und die Tiere nicht zu einer Überanstrengung gezwungen sind, akzeptiere ich die Gentechnik

auch bei den Tieren. Beim Menschen lehne ich die Gentechnik ab.

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Ein Interview mit Stefan Scheidegger:

Stefan Scheidegger ist als Vorstand der Grünen Partei Schwyz ein Gegner der Grünen Gentechnik.

Das Moratorium

1. Wie sehen Sie das Moratorium in der Schweiz?

Das Moratorium ist sinnvoll, denn es ermöglicht einerseits den Politikern und andererseits dem

Schweizer Volk und der Wissenschaft eine Denkpause. Man kann sich überlegen, ob wir es in der

Schweiz nötig haben, gentechnisch veränderte Pflanzen zu züchten. Mir wäre es sogar lieber,

dass das Moratorium um weitere 20 Jahre verlängert werden würde. Es ist wichtig zu sehen, ob

sich die getesteten Pflanzen über längere Zeit ohne Risiken für die Umwelt entwickeln können.

2. Sind Sie auch gegen die Versuche für Forschungszwecke?

Nein, Forschung muss auf möglichst vielen Bereichen möglich sein.

3. Weshalb sind Sie gegen den kommerziellen Anbau von GV- Pflanzen in der Schweiz?

Die Gentechnologie ist eine Hochtechnologie und sie kann viele Risiken haben. Weil die

Technologie noch neu ist und die Wissenschaftler nicht eindeutig sagen können, welche Risiken

es gibt, dürfen wir Politiker die Sicherheit der Umwelt und Menschen nicht in Gefahr bringen.

Nur schon die Möglichkeit, dass andere davon Schaden tragen könnten, ist nicht gut. Deshalb

sollten wir zuerst abwarten und sehen, wie sich die Technologie entwickelt, im Rahmen der

Forschung.

4. Haben Sie Angst vor der Grünen Gentechnik?

Wenn ich den Begriff höre, dann kommt mir zunächst der Widerspruch zwischen „Grün“ und

„Gentechnik“ in den Sinn. Das „Grüne“ symbolisiert für mich etwas Natürliches, wobei die

„Gentechnik“ gezielt und manipulativ geschieht. Ich bin sehr skeptisch gegenüber den Folgen.

Für mich existiert die Möglichkeit, dass schwerwiegende Folgen bestehen. Schliesslich brachte

auch das Atomkraftwerk Fukushima verheerende Folgen mit sich. Es waren ungewollte Folgen,

aber sie bestanden durchaus.

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Die Konsumenten

1. Die Mehrheit der Schweizer Bevölkerung ist gegen den Konsum von GV- Lebensmitteln. Woher

rührt wohl das Verhalten?

In der Psychologie gibt es zwei Arten, um Entscheidungen zu fällen. Die eine Art basiert auf der

Logik und dem Wissen und die andere Art befasst sich mit den Intuitionen und Bauchgefühlen.

Ich denke, dass nach den Bildern mit Hochtechnologien wie die Atomkraftwerkunfälle (neulich

in Fukushima), die Menschen nicht mehr mit dem Wissen entscheiden wollen. Sie urteilen mit

den Bildern, die in ihren Köpfen verankert sind. Ausserdem nahmen die Forscher an, dass die

Angst schrumpfen würde, wenn die Menschen über die Gentechnologie informiert wären oder

sie in ihre Projekte einschliessen würden. Dies war nicht der Fall. Es zeigte sich, dass das Wissen

kaum einen Einfluss auf die Akzeptanz der Grünen Gentechnik hat. Es sind die Gefühle und

Ängste, die entscheidend sind.

Ein Konsument will, dass seine Produkte lokal hergestellt, fair gehandelt und biologisch

gezüchtet werden. Dieses Verhalten förderten auch die Grosshändler Coop und Migros. Durch

ihre Werbeplakate und -slogans haben sie den Konsumenten dazu angeregt, biologische

Produkte zu kaufen. Es stellte sich das Image ein: „Wenn es biologisch ist, ist es gut.

2. Vor ca. 20 Jahren gab es Proteste gegen gentechnisch hergestellte Medikamente. Aber der

offensichtliche Nutzen hat dazu geführt, dass die Bevölkerung diese Medikamente akzeptierte.

Meinen Sie nicht, dass es sich hierbei um einen Gegensatz handelt? Man akzeptiert die

Gentechnik in der Medizin, aber in Lebensmitteln stösst sie auf heftigen Widerstand bei der

Bevölkerung.

Unsere Zeit produziert viele Widersprüche. Ausserdem ist es ein riesiger Erfolg, dass die

Wissenschaft krebskranke Leute oder Diabetiker heilen kann. Für solche Eingriffe ist den

Wissenschaftlern auch jedes Mittel heil. Wenn wir aber das Geschehen zu Ende denken, dann

stellen wir fest, dass solche Lösungen im Kleinen extrem scheinen. Aber je mehr wir diese

Technik in Anspruch nehmen, desto komplizierter wird es. Später beginnen Wissenschaftler

sogar Kinder so zu verändern, dass sie die Augenfarbe besitzen, die sich die Eltern ausgesucht

haben. Da frage ich mich: „Wollen wir in einer solchen Welt leben?

3. Finden Sie nicht, dass die Konsumenten selber entscheiden sollen, ob sie GV- Lebensmittel

konsumieren wollen oder nicht?

Zu dieser Frage kommt mir das Zitat von Steve Jobs34 in den Sinn: „Es ist nicht die Aufgabe der

Konsumenten zu wissen, was sie brauchen35.“ Im Moment ist die Gentechnik ein politisches

Problem, weil noch Risiken bestehen.

34

Steve Jobs war Mitgründer und langjähriger Geschäftsführer von Apple. 35 QV: Internet

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Die globale Perspektive

1. „Alle fünf Sekunden verhungert ein Kind36!“ Dieses Zitat stammt vom UN- Sonderbeauftragten

Jean Ziegler, der über die Hungersnot in Afrika berichtete. Meinen Sie nicht, dass mit einer

Verbesserung der Landwirtschaft (Ertragssteigerung, Insekten- und Herbizidresistenz durch

gentechnisch veränderte Pflanzen) dieses Problem gemildert werden kann?

Das Hungerproblem in Afrika ist ein weltweites Problem und kommt hauptsächlich davon, dass

wir ein globales Verteilungsproblem haben. Ich befürchte jedoch, dass die gentechnisch

veränderten Pflanzen, wie Mais und Baumwolle den Boden noch mehr zerstören werden. Die

Wissenschaftler kennen die Risiken der GV- Pflanzen noch zu wenig gut. Ausserdem haben die

Afrikaner kein Geld, das sie in die Forschung stecken können. Wenn sie in Not sind, dann kürzen

sie ihre Ausgaben für die Bildung und Forschung. Somit wäre das Problem nicht gelöst.

2. Die ETH startete seit einigen Jahren eine neue Entwicklungshilfe für Afrika. Sie entwickeln einen

GV- Reis, dessen Vitamin A- Gehalt viel höher ist, als derjenige Reis aus Afrika. Das Projekt wird

finanziell vom Schweizer Staat unterstützt. Sehen Sie hier ein Problem?

Es sind nicht nur Geld und die Technik, die Probleme darstellen. Für mich ist es nicht korrekt,

dass wir in der Schweiz keine GV- Pflanzen anbauen, aber solche Produkte nach Afrika

verschicken wollen. Wenn die Produkte von der Qualität nicht so beschaffen sind, dass wir es in

der Schweiz essen könnten, sollten wir es nicht als Müll nach Afrika senden.

3. Viele Unternehmen wie die Syngenta sind im Ausland tätig, weil sie aufgrund des Moratoriums

keinen kommerziellen Anbau mit gentechnisch veränderten Pflanzen in der Schweiz betreiben

können. Sie investieren somit ins Ausland. Ist dies kein wirtschaftlicher oder wissenschaftlicher

Rückschritt für die Schweiz? Die Schweiz verfügt über keine bedeutendere Ressource wie die

Bildung.

Nein. Privat finanzierte Forschung ist sowieso nicht gut. Meiner Meinung nach hat die Forschung

von den privaten Interessen unabhängig zu sein. Es besteht die Gefahr, dass Statistiken so

gefälscht werden, wie es den Unternehmen passt. Deshalb soll die private Forschung verboten

werden und nur der Staat soll Forschung betreiben können. Der Staat soll auch das für die

Forschung notwendige Geld zur Verfügung stellen und Forschungsinstitute wie die ETH

unterstützen. Diese Institute sollen in der Lage sein, die wirtschaftlich interessanten Produkte

auszutesten. Aber es muss verhindert werden, dass während den Forschungsarbeiten ein GV-

Produkt auf den Markt gelangt. Denn wenn die GV- Produkte erst einmal auf dem Markt sind,

kommt auch der Konsument in Kontakt mit den Produkten. Ausserdem würden auf dem Markt

die wirtschaftlichen Interessen überwiegen. Man konzentriert sich auf den Gewinn und

vernachlässigt die Gesundheit der Umwelt und des Menschen. Deshalb ist es noch viel zu früh

um bereits die Wirtschaft mit den GV- Pflanzen zu versorgen. Während des Moratoriums muss

sich die Wissenschaft intensiv mit der Gentechnik befassen.

Die Schweiz ist ein attraktives Land. Sie bietet viele Vorteile wie einen guten ÖV, tiefe Steuern

und gut ausgebildete Leute. Es werden die meisten Privatunternehmen ihren Hauptsitz in der

Schweiz behalten wollen.

36 Ebner Martin. TERRA. 2011. S. 38.