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Impfstoffe aus Pflanzen: Grüne Biotechnologie ermöglicht Massenproduktion als Schutz gegen neue Krankheiten
Der Ausbruch fast aller Infektionskrankheiten kann durch rechtzeitige
Impfung mit einem geeigneten Impfstoff sicher verhindert werden. Die
Entwicklung eines neuen Impfstoffes kann allerdings viele Monate dauern,
und die Produktion ausreichender Mengen zur Impfung eines Grossteils der
Bevölkerung ist zeitraubend und teuer. Das bisherige Verfahren stösst
daher bei neuen, sich rasch ausbreitenden Krankheiten und Epidemien bald
an seine Grenzen.
Mitte Januar kündigten jetzt der Konzern Dow Chemical Co. und das US-
amerikanische Nationale Gesundheitsinstitut NIH ein vierjähriges, $ 5,7-
Millionen Forschungsprogramm an, um Impfstoffe in Pflanzen zu
produzieren. Das dabei verwendete Verfahren, welches vom Fraunhofer
USA Zentrum für molekulare Biotechnologie übernommen wird, ermöglicht
die Gewinnung grosser Mengen hochreiner Impf-Proteine aus Pflanzen in
geschlossenen Gewächshäusern. Die für die Produktion des Impfstoffes
erforderliche Erbinformation ein ungefährlicher Teil der Erbinformation
des Krankheitserregers - wird dabei im Labor in eine geeignete, in den
Blättern vermehrungsfähige Form verpackt und anschliessend in die
Pflanzen eingebracht. Diese stellen danach innerhalb eines kurzen
Zeitraums grosse Mengen des gewünschten Impfstoffes her, welcher
anschliessend aus dem Pflanzenmaterial gereinigt werden kann. Hierbei
müssen die Pflanzen nicht vorderhand gentechnisch verändert werden,
sondern werden nur vorübergehend "umprogrammiert".
Die Herstellungskosten solcher Impfstoffe würden etwa um die Hälfte
niedriger sein als bei der klassischen Produktion in Mikroorganismen oder
Zellkulturen. Zudem wäre das Produkt wesentlich sauberer, und die Gefahr
durch eine Verunreinigung mit menschlichen Krankheitserregern wäre
deutlich geringer. Den Hauptvorteil des Pflanzensystems stellt allerdings die
geringe Zeitspanne dar, bis der Impfstoff verfügbar ist: drei bis vier Monate
sollten genügen, bis ein solcher Impfstoff verfügbar ist. Zudem erlaubt das
Pflanzensystem, innerhalb kürzester Zeit die Produktionskapazität stark zu
erhöhen, was bei der traditionellen Impfstoffherstellung kaum möglich ist.
Diese Vorteile kämen gerade bei neuartigen Epidemien oder einem
eventuellen Bioterrorismus-Angriff mit infektiösen Erregern zum Tragen.
Quellen: "Dow to make vaccines from plants", The Washington Times, 15. Januar 2004; "A Strategy to Neutralize the Threat of Bioterrorism", Fraunhofer Center for Molecular Biotechnology white paper.
Biotech-Landwirtschaft: Rekordwachstum des Anbaus transgener Pflanzen auch in
Im Jahr 1995 wurden in den USA die ersten Felder von mit Hilfe der
Gentechnologie verbesserten Pflanzen ausgesät. In den vergangenen neun
Jahren hat die Biotechnologie in der Landwirtschaft zu einem
unvergleichlichen Siegeszug angesetzt. Letztes Jahr (2003) wurden weltweit
bereits auf 67.7 Millionen Hektaren transgene Nutzpflanzen angebaut. Dies
entspricht mehr als das 200-fachen der gesamten Ackerfläche in der
Schweiz und ist eine Steigerung von 15% im Vergleich zum Vorjahr. Die
Zahlen gehen aus einer vor Kurzem vorgelegten Studie der ISAAA, einer
Non-Profit Organisation welche den Transfer moderner biotechnologischer
Anbaumethoden in Entwicklungsländer fördert, hervor.
7 Millionen Landwirte aus 18 Ländern setzen auf die Biotechnologie, um ihre
Erträge zu sichern. Sechs Länder teilen sich 99% der Anbaufläche: USA,
Argentinien, Kanada, Brasilien, China und Süd-Afrika, in zwölf weiteren
Ländern wird in geringerem Umfang von der grünen Biotechnologie
Gebrauch gemacht. In Europa werden transgene Pflanzen bisher in Spanien
welches übrigens 6% seiner Mais-Anbaufläche mit Gentech-Pflanzen
bestellt - , Deutschland, Rumänien und Bulgarien genutzt. Allerdings ist die
Tendenz steigend, jedes Jahr kommen neue Länder dazu.
Aufgrund der günstigen Anbaueigenschaften stieg der Anteil des
gentechnisch optimierten Saatgutes bei verschiedenen Kulturpflanzen weiter
an, so wurden 2003 z. . 55% der weltweiten Soja-Anbaufläche mit
Biotech-Pflanzen bebaut. Auch bei Baumwolle (21%), Raps (16%) und Mais
(11%) spielen die neuen Gentech-Sorten eine wichtige Rolle.
Interessanterweise ist die Anwendung gentechnisch verbesserter
Pflanzensorten in der Landwirtschaft kein auf die Industrienationen
beschränktes Phänomen. Ein Grossteil (85%) der Bauern, welche auf die
Biotechnologie setzten, stammt aus den ressourcenschwachen
Entwicklungsländern, in welchen sich etwa ein Drittel der weltweiten
Anbauflächen für Gentech-Pflanzen befinden. Gerade in diesen Ländern
fallen die Einsparungen an Ressourcen und Arbeitskraft, welche sich durch
die vereinfachte Schädlings- und Unkrautbekämpfung mit Gentech-Pflanzen
realisieren lassen, besonders ins Gewicht.
Quellen: "Weiterhin zweistelliges Rekordwachstum des globalen Anbaus transgener Pflanzen (PDF)", ISAAA Medienmitteilung, 16. 1. 2004; "Global Status of Commercialized Transgenic Crops: 2003 (PDF)", ISAAA Briefs No. 30-303
Pflanzen-Genome: Neue Methoden beschleunigen Entzifferung des Erbgutes
Die Kenntnis der gesamten genetischen Information eines Organismus
öffnet die Türen zu einem tieferen Verständnis seiner Biologie sowie
ermöglicht eine grosse Zahl praktischer Anwendungen. Die Entzifferung des
genetischen Buches ist dabei eine formidable Aufgabe: das Erbgut des
kleinen Unkrautes Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand), welches im Jahr
2000 als erstes Pflanzengenom entziffert wurde, besteht aus nicht weniger
als 125 Millionen Buchstaben.
Wesentlich komplizierter wird es bei anderen Pflanzen: ein grosser Teil ihres
Erbgutes enthält keine genetische Information, sondern besteht aus
zahllosen Wiederholungen immer der gleichen Buchstaben. Beim Mais
bestehen über 80% des Genoms aus derartigen "repetitiven Sequenzen".
Dies vergrössert den Aufwand, um die gesamte genetische Information zu
entschlüsseln: die Suche nach den Genen, den Trägern der
Erbeigenschaften, wird so zur Suche nach der Nadel im Heuhaufen.
Zwei neue Veröffentlichungen weisen nun einen Weg aus diesem Dilemma.
Ein Ansatz baut auf der Beobachtung auf, das Bereiche des Erbgutes,
welche keine sinnvolle Information enthalten und welche daher nicht
abgelesen werden, oft chemisch durch Methylierung modifiziert sind. Mit
Hilfe eines biologischen Tricks ist es möglich, solche uninteressanten
Bereiche aus der Erbsubstanz gezielt zu eliminieren, bevor die Abfolge der
genetischen Bausteine bestimmt wird. Hierzu werden Bakterien verwendet,
welche methylierte Abschnitte des Genoms abbauen. Eine zweite Methode
verwendet einen physikalischen Ansatz: durch Schmelzen und wieder
Abkühlen der Erbsubstanz können ebenfalls oft wiederholte,
informationsarme Abschnitte entfernt werden.
Mit beiden Methoden zusammen ist es nun gelungen, einen Grossteil der
informationsarmen, wiederholten Abschnitte des Mais-Erbgutes zu
entfernen, bevor seine Sequenz bestimmt wird. Der Aufwand zur
Entschlüsselung der genetischen Information des Mais verringert sich
dadurch um mehr als drei Viertel und rückt damit in den Bereich des
Machbaren.
Quellen: L. E. Palmer et al. 2003, "Maize Genome Sequencing by Methylation Filtration", Science 302: 2115-2117; C. A. Whitelaw et al. 2003, "Enrichment of Gene-Coding Sequences in Maize by Genome Filtration",
Science 302:2118-2120.
Text: Jan Lucht
