Wie GV-Pflanzen die Welt eroberten
Gentechnisch veränderte Organismen (GVO) werden in der Landwirtschaft in großem Umfang eingesetzt, um Pflanzen vorteilhafte Eigenschaften wie Herbizid- und Pestizidresistenz sowie Qualitätsmerkmale zur Optimierung von Wachstum und Nährstoffgehalt zu verleihen. Der Einsatz von GVO wurde erstmals in den 1980er Jahren erprobt und ist heute mit über 185 Millionen Hektar Anbaufläche für gentechnisch veränderte Pflanzen im Jahr 2016 weit verbreitet.
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GVO
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Was sind GVOs?
Organismen, die gentechnisch verändert sind, haben in einem Prozess, der als Gentechnik bekannt ist, Veränderungen an ihrem genetischen Material erfahren. Diese Veränderungen führen dazu, dass der Organismus ein oder mehrere Merkmale aufweist, die in der Natur nicht vorkommen würden. GVO kommen derzeit in Bakterien, Tieren und Pflanzen vor und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter in der biologischen und medizinischen Forschung, bei der Herstellung von Arzneimitteln und in der Landwirtschaft.
Warum GVOs?
Eine der am weitesten verbreiteten Anwendungen von GVO sind wichtige landwirtschaftliche Nutzpflanzen. Bei diesen Pflanzen werden Veränderungen des genetischen Materials häufig durch das Einfügen von DNA-Material aus einem anderen Organismus in den Zielorganismus erreicht. Dies führt dazu, dass die Pflanze (und das von ihr geerntete Saatgut) neue Eigenschaften wie Herbizid- oder Insektenresistenz oder Qualitätsmerkmale wie Trockentoleranz aufweist. So wurden beispielsweise Pflanzen gentechnisch so verändert, dass sie gegen Herbizide wie Glyphosat oder Glufosinat resistent sind, so dass ein Feld mit dem Herbizid besprüht werden kann, um Unkräuter abzutöten, ohne die Kulturpflanze zu schädigen. Die gentechnische Veränderung kann auch die Übertragung eines oder mehrerer Merkmale beinhalten, die es der Pflanze ermöglichen, Endotoxine zu produzieren, die von dem Bodenbakterium Bacillus thuringiensis, bekannt als "Bt", stammen. Dies verleiht der Pflanze eine Insektenresistenz. Diese Endotoxinproteine werden seit den 1920er Jahren als Insektizide zum Aufsprühen verwendet. Sie zielen auf bestimmte Insektenarten ab, haben aber keine Auswirkungen auf Nichtzielarten wie Menschen, Wildtiere und Nutzinsekten. Wenn diese Proteine aufgenommen werden, bilden sie Poren im Mitteldarmepithel der Larven anfälliger Insektenarten (die sich von den Pflanzen ernähren und Schäden verursachen). Dies führt zu einer Lähmung des Darms, und das betroffene Insekt stellt die Nahrungsaufnahme ein und verhungert. Nicht-Zielarten haben im Darm keine Rezeptoren für das Protein, so dass das Protein keine Wirkung auf sie hat. Darüber hinaus können GVO-Pflanzen Qualitätsmerkmale aufweisen, die sie toleranter gegenüber Umweltbedingungen wie Trockenheit machen oder ihren Nährstoffgehalt verbessern.
GVO-Benennungskonventionen
GVOs können auf drei Arten bezeichnet werden. Dies ist der Name des einzigartigen DNA-Rekombinationsexperiments, das im Labor stattgefunden hat und bei dem eine Pflanzenzelle erfolgreich ein gewünschtes Gen eingebaut hat. Diese Zelle wird anschließend zur Regenerierung ganzer Pflanzen verwendet und ist die "Grundlage" einer GVO-Sorte. Ein Ereignisname für herbizidtoleranten Mais ist zum Beispiel NK603. Zweitens können GVOs auch anhand des einzigartigen Proteins identifiziert werden, das sie exprimieren. Im Fall des Ereignisses NK603 ist das exprimierte Protein CP4 EPSPS. Drittens kann der GVO durch den Handelsnamen identifiziert werden, unter dem er kommerziell verkauft wird.
Gentechnisch veränderte Pflanzen auf der ganzen Welt - damals und heute
Die derzeitige GVO-Produktion umfasst hauptsächlich vier Kulturen: Sojabohnen, Mais, Baumwolle und Raps/Canola. Der weltweite Handel mit diesen Kulturpflanzen und ihren wichtigsten Derivaten wird von GVO-Material dominiert. Darüber hinaus enthält der weltweite Anbau dieser vier Kulturen einen sehr hohen Prozentsatz an Biotech-Saatgut (78 % der Sojabohnen, 64 % der Baumwollsamen, 33 % des Maises und 24 % des Rapses weltweit; ISAAA 2016). Innerhalb dieser Kulturen gibt es mehrere GVO-Proteine, die derzeit für den Handel mit Getreide und Saatgut wichtig sind. Der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen nimmt weltweit zu, ebenso wie die Nutzung von "stacked traits", d.h. von zwei oder mehr neuartigen Merkmalen in derselben Pflanze. Die ersten Feldversuche mit gentechnisch veränderten Pflanzen begannen 1986 in den Vereinigten Staaten und Frankreich mit herbizidresistentem Tabak. Das erste Land, das GVO-Pflanzen für den Handel zuließ, war China, das 1992 einen virusresistenten Tabak einführte. Die erste GVO-Pflanze, die in den USA zum Verkauf zugelassen wurde, war die FlavrSavr-Tomate im Jahr 1994. In demselben Jahr genehmigte auch die Europäische Union ihre erste gentechnisch veränderte Pflanze zum Verkauf, einen herbizidtoleranten Tabak. Der kommerzielle Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen wie Mais und Baumwolle begann im Jahr 1996. Im Jahr 2016 wurden 11 verschiedene Arten von gentechnisch veränderten Pflanzen auf 457 Millionen Acres (185 Millionen Hektar) in 26 verschiedenen Ländern der Welt kommerziell angebaut.
Die führenden Anbauer von GV-Pflanzen
Tabelle 1 zeigt den weltweiten Anbau von GVOs im Jahr 2016. Die Akzeptanz von GVO-Kulturen in den Ländern, in denen sie angebaut werden, ist oft hoch. USDA-Erhebungsdaten aus dem Jahr 2016 zeigen, dass herbizidtolerante Sojabohnen 94% der Anbaufläche in den Vereinigten Staaten ausmachten, herbizidtolerante Baumwolle 93% der Anbaufläche und herbizidtoleranter Mais 92% der Anbaufläche ausmachte. Der Maisanbau umfasste 3% insektenresistente, 13% herbizidtolerante und 76% gemischte insektenresistente/herbizidtolerante Sorten. Der Baumwollanbau umfasste 4 % insektenresistente, 9 % herbizidtolerante und 80 % gestapelte insektenresistente/herbizidtolerante Sorten. In den USA wurden auch Biotech-Sojabohnen (herbizidtolerant), Raps, Zuckerrüben, Alfalfa und andere angebaut. In Brasilien waren etwa 96,5% der Sojabohnenanbaufläche biotechnologisch. 36,7% der Anbaufläche waren herbizidtolerant und 59,8% waren insektenresistent/kräutertolerant. Etwa 88,4 % des Maisanbaus in Brasilien ist biotechnologisch verändert, wobei die meisten davon kombinierte Traits enthalten. Etwa 79% der Baumwollsaat in Brasilien ist biotechnologisch erzeugt. In Kanada sind etwa 93% der Raps-/Canola-Anbaufläche herbizidtolerant. 94% der Sojabohnen, 92% des Mais und fast 100% der Zuckerrüben sind biotechnologisch verändert. In Indien sind etwa 96% der angepflanzten Baumwolle Bt. In China entfielen 2016 95% der Anbaufläche auf Biotech-Baumwolle. In Paraguay wurde 2013 erstmals biotechnologisch resistenter Mais auf den Markt gebracht, und 2016 lag die Anbaurate bereits bei 44%. In Pakistan waren 97% der Baumwollanbaufläche biotechnologisch.
GMO-Proteine wichtig für die Getreide- und Saatgutindustrie
- CP4 EPSPS
Die Expression des transgenen Proteins CP4 EPSPS in Pflanzen führt zu einer Glyphosat-Herbizidtoleranz. Dieses Protein wird in kommerziellen Sorten von Kriechendem Bentgras, Zuckerrüben, Raps, Sojabohnen, Baumwolle, Alfalfa, Kartoffeln, Weizen und Mais exprimiert. - Bt-Cry1F
Die Expression des transgenen Proteins Bt-Cry1F führt zu einer Insektenresistenz. Dieses Protein ist wirksam gegen die Larven von Lepidoptera-Schädlingen wie dem Tabakknospenwurm, dem Rübenheerwurm, der Sojaschleuder, dem Baumwollkapselbohrer/Maisohrwurm, dem Maiszünsler, dem Südwestlichen Maiszünsler, dem Herbstheerwurm und dem Schwarzen Schnittwurm. Dieses Protein wird in kommerziellen Sorten von Mais und Baumwolle exprimiert. - Bt-Cry34Ab1
Die Expression des transgenen Proteins Bt-Cry34Ab1 in Pflanzen führt zu einer Insektenresistenz. Dieses Protein ist wirksam gegen die Larven von Coleoptera-Schädlingen wie dem Maiswurzelbohrer. Dieses Protein wird in kommerziellen Maissorten exprimiert. - Bt-Cry1Ab, 1Ac, & 1A.105
Die Expression von Bt-Cry1Ab, Cry1Ac und/oder 1A.105 transgenen Proteinen führt zu einer Insektenresistenz. Die Proteine sind wirksam gegen die Larven von Lepidoptera-Schädlingen wie dem Maiszünsler, dem Tabakknospenwurm, dem Baumwollkapselbohrer/Maisohrwurm, dem Rosenkapselbohrer, dem Rübenheerwurm und der Sojabohnenschrecke. Diese Proteine werden in kommerziellen Sorten von Mais, Baumwolle und Tomate exprimiert. - Bt-Cry3Bb1
Die Expression des transgenen Proteins Bt-Cry3Bb1 führt zu einer Insektenresistenz. Das Protein ist wirksam gegen die Larven von Coleoptera-Schädlingen wie dem Maiswurzelbohrer. Dieses Protein wird in kommerziellen Maissorten exprimiert. - eCry3.1Ab
Die Expression des transgenen Proteins eCry3.1Ab führt zu einer Insektenresistenz. Das Protein ist wirksam gegen Coleoptera- und Lepidoptera-Insekten. Dieses Protein wird in kommerziellen Maissorten exprimiert. - Bt-Cry2Ab
Die Expression des transgenen Proteins Bt-Cry2Ab führt zu einer Insektenresistenz. Das Protein ist wirksam gegen die Larven von Lepidopteren wie dem Baumwollkapselbohrer, dem Rosenkapselbohrer und dem Tabakknospenwurm. Dieses Protein wird in kommerziellen Baumwollsorten exprimiert. - PAT
Die Expression des transgenen Proteins PAT in Pflanzen führt zu einer Herbizidtoleranz gegenüber Phosphinothricin (PPT), insbesondere Glufosinat-Ammonium. Es wird auch häufig als selektierbarer Marker für die genetische Transformation verwendet. Dieses Protein wird in kommerziellen Sorten von Mais, Raps/Canola, Baumwolle, Zichorie, Zuckerrüben und Reis exprimiert. - VIP3A
Die Expression des transgenen VIP3A-Proteins in Pflanzen führt zu einer Insektenresistenz. Dieses Protein ist wirksam gegen die Larven von Lepidopteren wie dem Baumwollkapselwurm/Maisohrwurm, dem Tabakknospenwurm, dem Rosenkapselwurm, dem Herbstheerwurm, dem Rübenheerwurm, der Sojabohnenschrecke, der Kohlschrecke, dem Baumwollblattbohrer, dem Schwarzen Madenwurm und dem Westlichen Bohnenmadenwurm. Dieses Protein wird in kommerziellen Mais- und Baumwollsorten exprimiert. - PMI
Das PMI-Protein (Phosphomannose-Isomerase) wird von einem aus E. coli stammenden Gen exprimiert. Dieses Protein ermöglicht das Wachstum auf Mannose und wird häufig als selektiver Marker in GVO-Mais verwendet. - NPTII
Das NPTII-Protein (Neomycin-Phosphotransferase) wird durch ein von E. coli abgeleitetes Gen exprimiert. Dieses Protein ermöglicht die Resistenz gegen Aminoglykosid-Antibiotika wie Kanamycin, Neomycin, Paromomycin und Geneticin (G418). Es ist ein häufig verwendeter selektiver Marker. - cspB
Das cspB-Protein (Kälteschockprotein B) wird durch ein von Bacillus subtilis stammendes Gen exprimiert. Dieses Protein ermöglicht eine verbesserte Leistung unter Wasserstressbedingungen. - DMO
Die Expression des DMO-Proteins (Dicamba-Monooxygenase) führt zu einer Dicamba-Herbizidtoleranz. Dieses Protein wird in kommerziellen Sojabohnen- und Baumwollsaatensorten exprimiert. - aad-12
Die Expression des Proteins aad-12 (Aryloxyalkanoat-Dioxygenase 12) führt zu einer 2,4-D-Herbizidtoleranz. Dieses Protein wird in kommerziellen Sorten von Baumwolle und Sojabohnen exprimiert.
Zahlreiche Zulassungen
Viele andere Länder bauen keine gentechnisch veränderten Pflanzen an, haben sie aber für den Import als Lebens- und Futtermittel zugelassen. Im Jahr 2016 gab es 115 Lebensmittelzulassungen, 87 Futtermittelzulassungen und 49 Anbauzulassungen, insgesamt also 251 Zulassungen. Diese Zulassungen verteilen sich auf 87 Ereignisse aus sieben Kulturpflanzen. Die am häufigsten zugelassenen GVOs sind herbizidtolerante Eigenschaften. Seit 2007 ist die Zahl der Zulassungen für gestapelte Ereignisse höher als für einzelne Ereignisse, und 2016 waren 82,6 % der zugelassenen Ereignisse gestapelt. Die Verteilung der Eigenschaften der zugelassenen Ereignisse im Jahr 2016 war wie folgt: 14% insektenresistent, 15% Produktqualität, 19% herbizidtolerant, 6% herbizidtolerant + Bestäubungskontrolle, 3% herbizidtolerant + Produktqualität, 3% krankheitsresistent, 3% insektenresistent + krankheitsresistent, 31% herbizidtolerant + insektenresistent und 6% andere. Der weltweite Einsatz von Biotech-Pflanzen nimmt zu. Diese Technologien können dazu beitragen, neue Kulturpflanzen mit höheren Erträgen, höherer Krankheitsresistenz, Resistenz gegen widrige Umweltbedingungen und höherem Nährwert zu entwickeln. Die Weltmeinung über den Wert von GVOs ist jedoch geteilt. Es ist jedoch unbestreitbar, dass gentechnisch veränderte Nutzpflanzen für viele Länder und Unternehmen, die eine schnell wachsende Bevölkerung ernähren wollen, zu einem Bestandteil ihrer Strategie geworden sind.