Einleitung

Die Gentechnik ist eine noch vergleichsweise neue Methode, die in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Die Herstellung einer transgenen Pflanze wurde erstmals 1983 beschrieben. Hierbei bediente man sich eines in der Natur vorkommenden Prozesses, bei dem ein Bakterium Teile seiner Erbsubstanz, chemisch gesehen die Desoxyribonukleinsäure (DNA), und damit einige seiner Gene in das Erbmaterial der Pflanze überträgt und diese damit quasi genetisch umprogrammiert. Dieses Bakterium heißt Agrobacterium tumefaciens und war in den 1970er Jahren als Auslöser von Tumoren bei Pflanzen bekannt. Für die Gentechnik entscheidend war, dass es gelang, das Bakterium so zu manipulieren, dass beliebige Sequenzen in Pflanzen übertragen werden konnten (Abbildung 1). Damit ließen sich die typischen Limitationen der klassischen Pflanzenzüchtung, nämlich die Beschränkung auf nahe verwandte Arten und Gattungen, elegant umgehen.

Jeden Tag entstehen in Forschungslaboren weltweit abertausende von neuen transgenen Organismen. Sie werden aber meist nur zu Forschungszwecken erzeugt und nach Ablauf des Forschungsprojekts vernichtet, ohne je ihr Labor zu verlassen. Erst nach jahrelangen und aufwändigen Untersuchungen kann nach behördlicher Zustimmung - in Europa durch die EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) - ein Inverkehrbringen (Anbau und/oder Verkauf) erfolgen. Seit dem ersten Experiment sind dann 10 bis 15 Jahre vergangen. ¹

Die gentechnisch veränderten Pflanzen der ersten Generation sind typischer Weise resistent gegen Herbizide oder weisen eine Resistenz gegen Insektenbefall auf. Diese Merkmale sind von Nutzen für Landwirte, denn sie vereinfachen die Anbaubedingungen und führen zu einem insgesamt reduzierten Bedarf an Pflanzenschutzmitteln. Aufgrund ihres integrierten Pflanzenschutzes tragen z.B. insektenresistente Pflanzen zu einer besseren Umweltbilanz gegenüber konventionellen Pflanzen bei. Die weltweit größten Anbauflächen nehmen transgene herbizidresistente Sojabohnen ein, gefolgt von Mais, Baumwolle und Raps. Alle anderen transgenen Kulturpflanzen haben zurzeit noch untergeordnete Bedeutung. ² Transgene Pflanzen werden nicht nur in Industrieländern, sondern auch in Schwellen- und Entwicklungsländern angebaut. Von der Gesamtanbaufläche von weltweit 114 Mio. Hektar befanden sich im Jahr 2007 etwa 49 Mio. Hektar in Schwellen- und Entwicklungsländern. Zum Beispiel hat in Indien 2008 der Anbau gentechnisch veränderter Baumwolle um 20 % zugenommen und erreicht nun eine Fläche von knapp 7 Mio. Hektar. ³

Der Beitrag dieser Pflanzen zur Welternährung ist begrenzt und beschränkt sich auf die Reduzierung von Ernteverlusten. Zurzeit sind jedoch neue Pflanzen in der Entwicklung oder stehen kurz vor der Zulassung, die optimierte Inhaltsstoffe aufweisen und/oder einen höheren Ertrag aufweisen. Diese Pflanzen können in Zukunft einen erheblichen und wesentlichen Beitrag zur Welternährung leisten. Allerdings sollte man keine Wunder erwarten. Die Gentechnik vermag Pflanzen interessante neue Eigenschaften zu vermitteln, sie kann aber den mit einem unbegrenzten Wachstum der menschlichen Bevölkerung einhergehenden höheren Bedarf an Nahrung nicht kompensieren. Außerdem zeigt die Erfahrung, dass Hungersnöte nicht nur in Umweltkatastrophen oder Missernten begründet sind, sondern oft genug politische Gründe haben.

Resistenz gegen biotischen Stress

Konkurrenz durch Unkräuter, Schadinsekten sowie durch Mikroorganismen und Viren ausgelöste Pflanzenkrankheiten führen für Pflanzen zum so genannten biotischen Stress und weltweit zu erheblichen Ernteausfällen. Allein die Konkurrenz durch Unkräuter führt bei Mais, Reis, Weizen, Gerste, Sojabohnen, Baumwolle, Kaffee und Kartoffeln zu weltweiten Ernteverlusten im Umfang von etwa 14 %. Insekten verursachen ca. 15 % und Pilze weitere 13 % Ernteverlust. ⁴ Durch die Reduktion biotischen Stresses ließen sich also die Erntemengen signifikant erhöhen. In bestimmten Bereichen wurde durch gentechnische Veränderung eine tatsächliche Verbesserung des Ertrages erreicht. So wurden z.B. Pflanzen erzeugt, die resistent gegen bestimmte Herbizide sind. So sind praktisch alle gentechnisch veränderten Sojabohnen, die heute etwa 64 % der Welternte ausmachen, herbizidresistent. ⁵ Solche transgene Pflanzen mit Resistenz gegen Insekten wurden mithilfe des Bacillus thuringiensis Toxins erzeugt, das giftig für manche Insekten ist. Man spricht hier von so genannten Bt-Pflanzen. ⁶Typische Beispiel sind Bt-Mais und Bt-Baumwolle.

Bt-Pflanzen machen den größten Teil der weltweit angebauten transgenen Pflanzen aus. Waren es im Jahre 2000 weltweit noch ca. 43 Mio. Hektar, auf denen transgene Pflanzen angebaut wurden, ist die Fläche bis 2007 auf 114 Mio. Hektar angewachsen (Abbildung 2). Zum Vergleich: 2008 wurde in der EU auf 108 000 Hektar Bt-Mais angebaut, was einen leichten Rückgang gegenüber 2007 bedeutet, da in Frankreich der Anbau seit 2008 verboten ist. Auf Deutschland entfallen etwa 3 180 Hektar. Zum Teil enorme Steigerungen sind in Tschechien, der Slowakei, Polen und Rumänien zu verzeichnen. ⁷

Erhebliche Vorteile gegenüber klassischen Anbaumethoden zeigen sich z.B. in Indien bei der Verwendung von Bt-Baumwolle. Hierzu zählen die reduzierte Anwendung von Insektiziden, höhere Ernteerträge und höhere Einkommen der Landwirte. ⁸ Tatsächlich wurden im Jahr 2008 bereits drei Viertel der indischen Baumwollproduktion mit transgenen Bt-Sorten erzielt. ⁹ In China verspricht man sich von einer Reduzierung der Pestizide durch die Verwendung transgener Pflanzen eine deutliche Verbesserung der Umweltsituation. Die Bekämpfung von pathogenen Organismen wie Viroiden (infektiöse Erbinformation ohne Virenhülle), Viren, Bakterien oder Pilze zeigt ebenfalls erste Erfolge. ¹⁰

Gentechnische Methoden sind vielversprechend bei der Reduktion von biotischem Stress. Allerdings muss damit gerechnet werden, dass früher oder später Resistenzen auftreten, wie z.B. herbizidresistente Unkräuter, Bt-resistente Insekten usw. Damit würden bisherige Mechanismen wirkungslos und müssten durch andere ersetzt werden. Strategien zur Vermeidung solcher Resistenzen kommen daher eine große Bedeutung zu. ¹¹

Resistenz gegen abiotischen Stress

Unter abiotischen Stressfaktoren werden solche verstanden, die nicht durch konkurrierende Pflanzen, Fraßschäden oder pathogene Organismen verursacht werden, sondern durch Trockenheit, Hitze, Kälte oder hohe Salzkonzentrationen. Diese Faktoren können auch in Kombinationen auftreten und führen in der Regel zu einem geringeren Ertrag. Ziel der Pflanzenzüchtung ist es daher, Sorten zu erzeugen, die unter solchen abiotischen Stressbedingungen einen gleich hohen oder sogar höheren Ertrag liefern als unter normalen Bedingungen. Insbesondere die Anpassung an Trockenheit ist ein essentieller Aspekt, da viele Anbaugebiete z.B. in Afrika davon bedroht sind. Durch den Klimawandel ist jedoch auch in Europa mit einer Zunahme von Wetterextremen wie etwa trockenen Sommern zu rechnen. In Südeuropa sind Trockenheit und Wassermangel bereits jetzt ein ernst zu nehmendes Problem. Weltweit müssen knapp 20 % aller Agrarflächen regelmäßig bewässert werden, wofür etwa 80 % des Welt-Wasserverbrauchs aufgewendet werden. ¹² Der Klimawandel wird den Wasserbedarf der Landwirtschaft sogar noch weiter steigen lassen. Doch die Bewässerung der Felder ist keine dauerhafte Lösung. In heißen Trockengebieten mit starker Sonneneinstrahlung kann eine unsachgemäße oder übermäßige Bewässerung die Versalzung der Böden zur Folge haben. Durch Bewässerung mit Grundwasser wird dieser Prozess noch verstärkt, denn dieses enthält weit mehr Salze als zum Beispiel Regenwasser. ¹³ Mit steigendem Salzgehalt im Boden wird die Wasseraufnahme der Pflanzen zunehmend eingeschränkt. In Ländern wie China, Indien, Australien oder den USA sind dadurch bereits erhebliche örtliche Ertragseinbußen zu verzeichnen.

In der klassischen Pflanzenzüchtung wird schon sehr lange versucht, Nutzpflanzen zu gewinnen, die Trockenzeiten ohne Ertragseinbußen überstehen oder nur in geringem Maße bewässert werden müssen. Dabei geht man von Wildarten von Kulturpflanzen aus, die von Natur aus eine erhöhte Trocken- oder Salztoleranz besitzen. Hierfür werden zunehmend auch molekulargenetische Methoden zur Identifizierung der gewünschten Eigenschaften eingesetzt, ohne dass gentechnisch veränderte Pflanzen erzeugt werden. Damit sind aber von vornherein enge Grenzen gesetzt, die sich durch die natürlichen Kreuzungsbarrieren ergeben. Dennoch wurde mit dieser Methode zum Beispiel eine Maissorte gezüchtet, die auch bei Wassermangel eine Ertragssteigerung von 50 Prozent aufweist. ¹⁴

Mit Hilfe der Gentechnik können Gene aus völlig verschiedenen Pflanzengruppen oder sogar aus Tieren oder Mikroorganismen eine Verwendung in der Pflanzenzüchtung finden. In den vergangenen Jahren wurde eine ganze Reihe von Genen identifiziert, die mit der Toleranz gegen Trockenheit im Zusammenhang stehen. So wurde zum Beispiel ein so genanntes Trehalose-Gen in Reispflanzen eingebracht. ¹⁵ In Pflanzen fehlt dieser Zucker mit der bemerkenswerten Ausnahme der so genannten "Auferstehungspflanzen", die lange Dürrezeiten überstehen können. Auf der zellulären Ebene der Pflanzen hilft Trehalose dabei, Zellstruktur und Zellfunktion während starker Belastung durch schlechte Umweltbedingungen zu bewahren bzw. Funktion und Effizienz danach wieder aufzunehmen.

Diese transgenen Trehalose-Reispflanzen reagieren unter einer Reihe von Umweltbelastungen weitaus robuster als herkömmliche Reissorten. Außerdem sind sie effizienter beim Prozess der Photosynthese, wodurch sich die höhere Produktivität erklärt.

Nicht selten sind mehrere Gene an der Ausprägung der Trockenresistenz beteiligt. In solchen Fällen müssen dann alle diese Gene gleichzeitig in transgene Pflanzen übertragen werden. Tatsächlich ist das erfolgreich durchgeführt worden, und die betreffenden Pflanzen zeigten in Labor-, Gewächshaus- oder Freilandversuchen die erwünschte Trockentoleranz.

Mit solchen Pflanzen können zukünftig Flächen landwirtschaftlich genutzt werden, die bislang hierfür ungeeignet waren. Davon könnten auch die Artenvielfalt und das Weltklima profitieren - wird hierdurch doch die Notwendigkeit zur Nutzung von schützenswerten Arealen wie etwa den Regenwäldern reduziert. Allerdings sind durchaus noch etliche Probleme zu lösen. Die Regulation der Trockentoleranz ist noch verbesserungsbedürftig. Die dauerhafte Aktivierung der Stressgene führt nämlich dazu, dass die Pflanzen unter normalen Bedingungen schlechter wachsen und daher auch einen schlechteren Ertrag bringen. Daher werden spezifische Genregulatoren benötigt, die nur unter Stressbedingungen die Stressgene einschalten. Trotz dieser Probleme wird bei Mais, Reis und Weizen damit gerechnet, entsprechende Sorten in drei bis sieben Jahre zur Marktreife zu bringen.

Veränderte Inhaltsstoffe

Neben dem Ertrag spielt auch die Qualität der Nahrung eine entscheidende Rolle. Ein erheblicher Teil der Menschheit ernährt sich im Wesentlichen von Reis. Damit verbunden ist ein Mangel an Provitamin A, der nach Angaben der WHO für Millionen von Erblindungen und eine hohe Kindersterblichkeit verantwortlich ist. Allerdings enthält Reis die Substanz Geranylgeranylpyrophosphat, die eine Vorstufe der Provitamin A (β-Carotin)-Synthese darstellt. In manchen Pflanzen, wie z.B. der Narzisse wird diese Reaktion durch vier verschiedene Enzyme katalysiert. Vergleichbare Reaktionswege kommen auch bei Bakterien vor. Eine Kombination von pflanzlichen und bakteriellen Genen wurde in Reispflanzen gentechnisch übertragen. Daraus resultierte der so genannte "Goldene Reis". ¹⁶ Zunächst enthielt dieser nur geringe Mengen von β-Carotin, da die verwendeten Steuerelemente (Promotoren) aus der Narzisse im Reis (gehört zu den Gräsern) nur eine geringe Aktivität aufwiesen. Nachdem diese durch solche aus Gräsern ausgetauscht wurden, ergab sich ein wesentlich höherer Gehalt an β-Carotin, der nun ausreichend ist, um Mangelerscheinungen zu unterdrücken. Mittlerweile wurde dieses Merkmal in Sorten eingekreuzt, die in Asien lokal eingesetzt werden. Innerhalb der nächsten fünf Jahre sollen diese Sorten allgemein verfügbar sein. Es steht zu hoffen, dass durch diese neuen Sorten der Mangel an Provitamin A bei überwiegender Reisernährung vermindert wird.

Mittlerweile sind zahlreiche weitere Pflanzen mit gentechnischen Methoden erzeugt worden, die veränderte Inhaltsstoffe aufweisen, darunter z.B. auch eine transgene Maispflanze mit verändertem Provitamin A-Gehalt. ¹⁷ Die Reduktion natürlicher allergener Substanzen in transgenen Pflanzen ist ein weiterer Aspekt. Die meisten dieser Pflanzen sind bislang allenfalls in Freilandversuchen getestet worden.

Als Fazit bleibt festzuhalten, dass der Verzehr von transgenen Pflanzen mit veränderten Inhaltsstoffen Mangelerscheinungen entgegenwirken kann. Nach dem momentanen Stand werden sich viele dieser Pflanzen, die sich zurzeit in Entwicklung befinden, für Drittweltländer kaum eignen, da es sich entweder um Kulturpflanzen handelt, die dort nicht angebaut werden, oder um genetische Modifikationen zur Qualitätsveränderung, die speziell für die Bevölkerung in Industrieländern gedacht sind. Ein Beispiel hierfür wäre eine Rapssorte, die Omega-3-Fettsäuren enthält. Insofern stellt der ,Goldene Reis` eine Ausnahme dar, weil er speziell für die Dritte Welt entwickelt wurde.

Die Zukunft: Synthese von Gentechnik und Ökologie?

Der Vorteil des ökologischen Landbaus liegt in einem weitgehenden Verzicht auf künstliche Düngemittel und Pestizide und damit in einem nachhaltigen Umweltschutz. Nachteilig ist die geringere Landnutzung, denn die Erträge sind beim ökologischen Landbau um rund 20 bis 30 % geringer als im konventionellen Landbau. ¹⁸ Der konventionelle Anbau weist also einen höheren Ertrag auf, aber um den Preis einer höheren Umweltbelastung durch diverse Pestizide. Mit der Übertragung von Genen für Krankheits- und Schädlingsresistenzen auf Ackerpflanzen, Obst und Gemüse stehen uns transgene Pflanzen zur Verfügung, die einen integrierten Pflanzenschutz ohne Umweltbelastung aufweisen. Man kann daher von einer "Öko-Gentechnik" sprechen. Das bedeutet, dass wir in der Lage sind, nachhaltigen Pflanzenanbau mit hohem Ertrag zu kombinieren. In der EU werden aber weiterhin restriktive Maßnahmen gegen transgene Pflanzen ergriffen. So werden zum Beispiel weiterhin keine Toleranzwerte für nicht zugelassene gentechnisch veränderte Pflanzen in Agrarimporten eingeführt, was sehr bald zu Lieferengpässen bei Futtermitteln führen wird. Gleichfalls ist die Zulassung von gentechnisch veränderten Sojabohnen der so genannten zweiten Generation vorerst gescheitert, weil sich die Mitgliedstaaten nicht auf eine gemeinsame Einfuhrgenehmigung einigen konnten.

In den deutschen Medien und der Öffentlichkeit herrscht ein negatives Bild der Grünen Gentechnik vor, das sich nur langsam ändert. Die jüngst drastisch gestiegenen Preise für Nahrungsmittel und die damit verbundenen Versorgungsprobleme in Entwicklungs- und Schwellenländern führen hier und da zu einer differenzierteren Betrachtung des Potentials der Grünen Gentechnik. Als prominenteste Vertreterin macht sich seit kurzem die Biologin und Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard für eine stärkere Unterstützung der Grünen Gentechnik stark. ¹⁹ Es steht zu hoffen, dass Frau Nüsslein-Volhard ein tatsächliches Gegengewicht in einer überwiegend emotional geführten Debatte bilden kann, denn ein Wandel der öffentlichen Meinung wäre Voraussetzung für einen weitgehenden Einsatz der "Öko-Gentechnik".

Transgene Pflanzen mit Toleranzen gegen Trockenheit oder versalzte Böden können zusätzliche Anbaugebiete erschließen, ohne bestehende Ökosysteme wie Regenwälder zu zerstören. Sorten wie der "Goldene Reis" liefern wertvolle Vitamine, welche die Ernährungssituation in Hungerregionen erheblich verbessern könnten. Diese offensichtlichen Vorteile sollten nicht leichtfertig aufgegeben werden, denn es ist dringend notwendig, die Welt-Ernährungssituation zu verbessern. Die Gentechnik allein ist dazu nicht in der Lage, aber sie kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten. Diffuse Ängste und ideologische Vorbehalte sind kein guter Ratgeber für eine gesicherte und qualitativ hochwertige Ernährung von Milliarden von Menschen.

¹ Vgl. Frank Kempken/Renate Kempken, Gentechnik bei Pflanzen. Chancen und Risiken, Berlin 2006(3), S. 121.
² Clive James, International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA ) Brief 37 - 2007: Executive Summary Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2007, in: www.isaaa.org/resources/publications/briefs/37/executivesummary/default.html (3.10. 2008).
³ Vgl. TransGen - Transparenz für Gentechnik bei Lebensmitteln, in: www.transgen.de/aktuell/977.doku.html (9.12. 2008).
⁴ Vgl. www.agrilexikon.de/schaedlinge.html (9.11. 2008).
⁵ Vgl. C. James (Anm. 2).
⁶ Vgl. D'Maris Amick Dempsey/Herman Silva/Daniel F. Klessig, Engineering disease and pest resistance in plants, in: Trends in Microbiology, 6 (1998) 2, S. 54 - 61.
⁷ Vgl. www.transgen.de/aktuell/979.doku.html (4.12. 2008).
⁸ Vgl. C. James (Anm. 2).
⁹ Vgl. www.transgen.de/aktuell/977.doku.html (4.12. 2008).
¹⁰ Vgl. Hervé Vanderschuren/Martin Stupak/Johannes Fütterer/Wilhelm Gruissem/Peng Zhang,Engineering resistance to geminiviruses - review and perspectives, in: Plant Biotechnology Journal, 5 (2007) 2, S. 207 - 220.
¹¹ Vgl. Jörg Romeis/Michael Meissle/Franz Bigler (2006) Transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis toxins and biological control, in: Nature Biotechnology, Vol. 24, No. 1 (Januar 2006), S. 63 - 71.
¹² Alois Payer, Einführung in die Entwicklungsländerstudien, Online-Skript der HBI Stuttgart, 2001; http://www.payer.de/entwicklung/entw02.htm (1.12. 2008).
¹³ Vgl. www.transgen.de/pflanzenforschung/anbaueigenschaften/786.doku.html (9.12. 2008).
¹⁴ Vgl. ebd. (2.12. 2008).
¹⁵ Vgl. Suprasanna Penna, Building stress tolerance through over-producing trehalose in transgenic plants, in: Trends in Plant Science, 8 (2003) 8, S. 355 - 357.
¹⁶ Vgl. Salim Al-Babili/Peter Beyer, Golden Rice - five years on the road - five years to go?, in: Trends in Plant Science, 10 (2005) 12, S. 565 - 573.
¹⁷ Vgl. Maneesha Aluru/Yang Xu/Rong Guo/Zhenguo Wang/Shanshan Li/Wendy White/Kan Wang/ Steve Rodermel, Generation of transgenic maize with enhanced provitamin A content, in: Journal of Experimental Botany, 59 (2008) 13, S. 3551 - 3562.
¹⁸ Vgl. Andrea Beste, Ökologischer Landbau - wie funktioniert er und was kann er leisten?, in: Holger Spieß-Wallbaum/Christian Zepf/Anna-Christina Bockelmann (Hrsg.), Ökologischer Landbau und regionale Vermarktungsstrategien - eine Chance für Klimaschutz und Beschäftigung. Arbeitspapier 26, Hans Böckler Stiftung, Düsseldorf 2000.
¹⁹ Vgl. Interview mit Christine Nüsslein-Volhard, in: Die Zeit vom 27.3. 2008.