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Biologisches Pestizid: Gentechnisch veränderter Tabak vergiftet Insekten

Grüne Gentechnik soll einmal den Einsatz von Pestiziden reduzieren und Schädlinge viel gezielter töten. Der Teufel steckt aber im Detail.
Kartoffelkäfer richtet Schaden anLaden...

Gentechniker haben einen cleveren Weg gefunden, schädliche Insekten an Nutzpflanzen gezielt zu töten. Mit ihren gentechnisch veränderten Pflanzen hoffen sie, bald einmal weniger chemische Pflanzenschutzmittel einsetzen zu müssen – und zugleich auch die unschädlichen Insekten auf dem Acker zu verschonen. Neue Mittel zum Schutz gegen Fraßschädlinge sind dringend gefragt, weil sie gegen gängige chemische und ältere gentechnische Mittel zunehmend Resistenzen entwickeln, was der Landwirtschaft Verluste beschert.

Der Ansatz der Forscher um Ralph Bock vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam stützt sich auf einen natürlichen Zellmechanismus, mit dem die Aktivität einzelner Gene gezielt unterbunden wird: die RNA-Interferenz (RNAi), für deren Aufklärung 2006 schon ein Nobelpreis verliehen wurde.

Bei der RNAi sorgen ausgewählte, in die Schadinsekten eingeführte RNA-Schnipsel (dsRNA) für die gezielte Blockade ausgesuchter Gene in ihren Zellen. Dabei hilft ein natürlicher Enzymkomplex, der die dsRNA – passend ausgewählt nach dem zu blockierenden Gen – in kleinere Stücke zerlegt, die siRNA. Diese kurzen Abschnitte dienen einem zweiten Schneideenzym als Vorlage: Es baut nun sämtliche RNA-Moleküle dieser Sequenz ab, darunter auch alle Boten-RNA-Kopien des zu blockierenden Gens. So wird das im Gen kodierte Genprodukt nie fertig gestellt – ist es für die Zelle lebenswichtig, so stirbt sie. Über die Wahl der eingesetzten dsRNA kann somit sehr gezielt ausschließlich gegen wichtige Gene des Schädlings vorgegangen werden, während Nutzinsekten ohne dieses Gen verschont bleiben.

Richtet schweren Schaden an: Hungriger KartoffelkäferLaden...
Richtet schweren Schaden an: Hungriger Kartoffelkäfer | Der Kartoffelkäfer (Leptimotarsa decemlineata) ist ein bedeutender Schädling nicht nur auf dem Kartoffelacker: Er knabbert auch am Blattwerk anderer Nachtschattengewächse wie der Tomate und Aubergine und kann, wenn er nicht gestört wird, die ganze Pflanze absterben lassen. Mancherorts hat er zudem keine natürlichen Feinde und wird schon seit vielen Jahrzehnten mit Pestiziden bekämpft. Das hat dazu geführt, dass er bereits gegen zahlreiche Giftstoffe resistent geworden ist – als "internationaler Superschädling".

Die auf RNAi beruhende Genstilllegung ist bereits als Waffe gegen Schädlinge oder Krankheitserreger ausprobiert worden – etwa gegen Tumorproteine, überaktive Stoffwechselenzyme oder das HI-Virus. Die Erfolge waren allerdings nicht immer durchschlagend, da die komplexe Technik zwar sehr zielgenau sein kann, dabei aber gelegentlich mit unerwarteten Effekten einhergeht.

So hat es sich bei Versuchen mit Nutzpflanzen zum Beispiel als schwierig herausgestellt, die tödliche dsRNA der Pflanzenzellen in ausreichender Menge in die fressenden Insekten hineinzubekommen. Ebendieses Problem glauben die Forscher aus Jena und ihre Kollegen nun aber in den Griff bekommen zu haben. Sie reicherten die dsRNA nicht einfach im Zellsaft der Pflanzen an, sondern bauten dsRNA-Gene gegen den Kartoffelkäfer in das Erbgut der Chloroplasten ein. Diese halbautarken, für die Fotosynthese zuständigen Organellen in den Pflanzenzellen haben noch ein eigenes, kurzes Erbgut aus ihrer Evolutionsvergangenheit behalten, in das auch fremde Erbgutabschnitte gentechnisch integriert werden können. Die für den Schädling toxischen RNA-Schnipsel entstehen in den so veränderten Pflanzen in den Plastiden – was einen offenbar entscheidenden Unterschied macht, wie Experimente zeigen. Denn Käfer, die Pflanzen mit den dsRNA-Plastiden verspeisten, starben rasch: innerhalb von fünf Tagen. Dagegen wirkt außerhalb der Plastiden, also im Zytoplasma der Pflanze, gebildete dsRNA deutlich schlechter gegen die Insekten.

Die Ursachen für diesen Unterschied sind noch ein wenig spekulativ: Wahrscheinlich bleiben die RNA-Schnipsel in den pflanzlichen Chloroplasten zum einen lange stabil, weil dort keine typischen RNA-Abbauenzyme aktiv sind, beobachteten die Forscher. Die dsRNA überdauert zum anderen womöglich sogar noch im Insektendarm, nachdem der Schädling Pflanzengewebe verspeist hat: Noch intakte dsRNA von über 60 Basenpaaren Länge wird hier über bekannte Transporter aus dem Darm heraus in die Zellen des restlichen Insektenkörpers transportiert, wo sie dann zerfällt und die Insektengene blockiert. Kleinere Bruchstücke wie siRNAs bleiben dagegen überwiegend im Darm und sind dort kaum gefährlich für den Schädling.

RNAi, so das Fazit der Forscher, dürfte als Mittel der Wahl gegen Insektenschädlinge an Nutzpflanzen wichtiger werden – vor allem angesichts der Tatsache, dass diese etwa gegen das von Genmais bekannte Bt-Toxin zunehmend resistenter werden. Entscheidend ist aber wohl, eine hohe Konzentration von dsRNAs in den Darm der hungrigen Insekten zu bekommen, damit möglichst alle möglichst rasch sterben. Dies gelinge zumindest beim Tabak mit gut in den Chloroplasten versteckten dsRNA deutlich besser.

8. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 8. KW 2015

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