Verbesserung der Rohstoff- und Nahrungsmittelqualität

Dr. Marion Kwart und Dr. Rainer Höfgen
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Golm, Deutschland

1. Allgemeines

Neben der nicht mehr wegzudenkenden Anwendung transgener Ansätze im Bereich der Grundlagenforschung eignen sich insbesondere Pflanzen zur Verbesserung der Rohstoff- und Nahrungsmittelqualität. Das Potential gentechnisch veränderter Pflanzen ist trotz einer eher negativen Darstellung in den Medien enorm hoch. Dieses resultiert aus der Fähigkeit von Pflanzen als Primärproduzenten eine Vielzahl von Inhaltsstoffen, auf die Mensch und Tier angewiesen sind, herstellen zu können. Aus dieser Plastizität des pflanzlichen Stoffwechsels resultiert wiederum, dass die denkbaren Modifikationen vielfältig sind und vielversprechende Chancen der Anwendung bieten.

2. Nachwachsende Rohstoffe am Beispiel von Biopolymeren

Pflanzliche Inhaltstoffe oder Derivate derselben können als nachwachsende Rohstoffe verwendet werden - aus biologischer Materie wird Material:

Pflanzlich
- Stärke (Poly-Glukose)
- Fruktane (Poly-Fruktose)
Bakteriell
- PHB-Bioplastik (Polyhydroxybutyrat)

Stärke
Stärke ist das am weitesten verbreitete Speicherkohlenhydrat in höheren Pflanzen und ist aus zwei Komponenten zusammengesetzt: Die unverzweigte Amylose und das verzweigte Amylopektin. Abhängig von dem Amylose- und Amylopektingehalt, aber auch abhängig von der Kettenlänge, des Verzweigungs- und auch des Phosphorylierungsgrades der Stärke resultieren unterschiedliche physikalische Eigenschaften des Polyglukans. Dementsprechend ergeben sich aus der Modifikation der Stärke-Biosynthese eine Vielfalt von Verwendungsmöglichkeiten.

Fruktane
Nach Stärke sind Fruktane das am weitesten verbreitete Speicherkohlenhydrat höherer Pflanzen. Strukturell kommen Fruktane als lineare und auch als verzweigte Polymere von Fruktoseeinheiten vor.
Sie sind nicht nur als Rohstoff zu verwenden, sondern können als Bestandteil von Nahrungsmitteln Einsatz finden, da sie der Gesundheit förderlich sind.

PHB (Bioplastik)
Polyhydroyxbutyrate sind Polyester, die natürlicherweise von einer Reihe von Bakterien produziert werden und den Mikroorganismen als Kohlenstoffspeicher dienen.
Die bakteriellen PHB- Synthese-Gene können in transgenen Pflanzen zur Expression gebracht werden. Das resultierende Bioplastik kann als bis zu 100% biologisch abbaubares Verpackungsmaterial verwendet werden.

3. Nahrungsmittelqualität am Beispiel des Gehalts an wertvollen Aminosäuren

Für Mensch und Tier ist der Gehalt an bestimmten Aminosäuren in der Nahrung essentiell. Wichtig ist u. a.auch die Aminosäurezusammensetzung der Nahrung, welche aber nicht immer durch eine abwechslungsreiche Kost gewährleistet werden kann (wie etwa im Bereich der Tierfutterherstellung).
Statt Aminosäuren zu synthetisieren und künstlich der Nahrung oder den Futtermitteln zuzusetzen, sind transgene Pflanzen mit einem modelierten Aminosäurehaushalt ein wichtiger Beitrag zur Ernährung. Zwei Wege sind dabei prinzipiell denkbar:

- Steigerung der Biosynthese einzelner Aminosäuren (Beispiel: Cystein)
- Einführung der Produktion von Methionin-reichen Proteinen (Beispiel: 2S Albumin)