Evolution ist eine elegante Sache. Ein sehr simpler Prozess, der über lange Zeit sehr komplexe Dinge hervorbringt – uns zum Beispiel. Mutation und Selektion führen dazu, dass sich die vorteilhafteren Varianten durchsetzen. Das ist gut so, denn sonst würden wir uns nicht weiterentwickeln. Aber neben uns unterliegen auch alle anderen Lebensformen diesem Prozess – mitunter landwirtschaftliche Schädlinge.

Seit rund 20 Jahren baut man gentechnisch veränderte Pflanzen an. Viele davon tragen Gene, die sie gegen Fraß Feinde resistent machen. Prinzipiell ist das eine feine Sache, immerhin ist es dadurch gelungen innerhalb von nur 14 Jahren den weltweiten Einsatz von Pestiziden um  9% zu reduzieren und den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern. Der Ertrag und das Einkommen von Bauern (insbesondere Kleinbauern), die resistente Sorten anbauen sind höher und alleine in Indien verhindert der Anbau von schädlingsresistenter Baumwolle jährlich über zwei Million Vergiftungsfälle durch Spritzmittel (die Bauern tragen beim Spritzen oft keine Schutzbekleidung). Außerdem ist die Artenvielfalt auf schädlingsresistenten Feldern oft höher, weil man Nützlinge keinem Spritzmittel aussetzen muss.

Das Problem

Gentechnik hat trotzdem einen schlechten Ruf, was oftmals firmenpolitisch begründet wird. Aber das ist hier nicht das Thema, hier geht es um Biologie und Genetik. Auch in diesem Bereich gibt es ein reales Problem: Resistent werdende Schädlinge scheinen der Erfolgsgeschichte ein Ende zu setzen.

Die Evolution macht vor niemandem halt. Mit der Verbreitung schädlingsresistenter Sorten steigt auch das Aufkommen von angepassten Fraß Feinden, die sich wenig um die Schädlingsresistenz der Pflanzen kümmern. Ein Beispiel ist der Maiswurzelbohrer. 2003 hat man schädlingsresistenten Mais in den USA eingeführt. 2013 traten bereits die ersten angepassten Maiswurzelbohrer auf, die ihn trotzdem anknabberten.

Was tun?

Momentan versucht man das Problem mit einer simplen Taktik in den Griff zu bekommen. Man bringt mehrere Schädlingsresistenz-Gene in eine Pflanze ein. Die Chance dass sich Schädlinge entwickeln, die gegen zwei oder drei Resistenzen tolerant sind, ist um ein vielfaches geringer. Damit lässt sich die Entstehung toleranter Schädlinge lange verzögern– aber nicht aufhalten. Außerdem ist es unkreativ und langweilig.

Vielleicht sollte man von der anderen Seite anpacken: Bei den Fraß Feinden!

Eine Mutation, die es Schädlingen erlaubt resistente Pflanzen zu essen, bringt einen großen Selektionsvorteil und setzt sich rasch in der Population durch. Unter normalen Umständen wird die ursprüngliche Genvariante, mit der die Schädlinge keine resistenten Pflanzen konsumieren können, mit der Zeit aus dem Genpool verschwinden. Außer man verschafft dieser ursprünglichen, sensitiven Gen Variante einen unfairen Vorteil! Dabei soll ein Gen, das für den Schädling eigentlich nachteilhaft ist, sich trotzdem durchsetzen.

Wie geht das?

Die meisten Gene liegen in zwei Kopien vor. Eine von der Mutter, eine vom Vater. Diese können sich unterscheiden, so kann z.B. eine sensitiv gegenüber schädlingsresistenten Pflanzen sein, die andere aber nicht.

Man kann die Weitergabe eines Gen-Abschnitts massiv beschleunigen, indem man ihn so designend, dass er die zweite Kopie mit seiner eigenen Sequenz überschreibt (der Kopiervorgang ist kompliziert, wer sich dafür interessiert kann sich dieses Paper besorgen). So einen Gen-Abschnitt nennt man Gene Drive. Mit diesem Trick lassen sich Gene in einer Population effektiv verbreiten, auch wenn sie dem Schädling keinen Vorteil bringen. Um diese sich selbst replizierenden DNA Sequenzen zu erzeugen wird u.a. die neue CRISPR Technologie benutzt, über die ich hier bereits geschrieben habe. Für den Fraß Feind ist folgendes geplant: Die Kopie, die ihn sensitiv gegenüber schädlingsresistenten Pflanzen macht, soll die insensitive Kopie überschreiben. Und das in jeder folgenden Generation. Die sensitive Gene Drive Variante würde sich in einer Population rasch durchsetzen, auch wenn das eingefügte Gen dem Schädling einen Nachteil bringt. Die Fraß Feinde wären wieder sensitiv gegenüber schädlingsresistenten Pflanzen.

Man geht davon aus, dass sich mit dieser Methode Sensitivität gegenüber schädlingsresistenten Pflanzen unter Fraß Feinden durchsetzen kann, auch wenn der ursprüngliche Selektionsdruck in die andere Richtung weist. Der berühmte Molekularbiologe George M. Church meint, dass sich mit dieser Methode schädlingsresistente Pflanzen dauerhaft einsetzen ließen, sofern man regelmäßig sensitive „Driver-Fraß Feinde“ aussetzt. Diese würden die Population dann immer wieder aufs Neue sensitiv gegenüber den schädlingsresistenten Pflanzen machen. Theoretisch erlaubt es ein Gene Drive, dass sich Gene in einer ganzen Population durchzusetzen, auch wenn es dem einzelnen Fraß Feind einen Nachteil bringt. Damit ließe sich der Maiswurzelbohrer wieder sensitiv gegenüber schädlingsresistentem Mais machen.

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Kommentare (19)

  1. #1 hampel
    30. Juni 2015

    Vielen Dank!
    Wie immer, sehr interessant.

    Gentechnik ist ein heißes Eisen, leider..

    Durch blinden Populismus a la GREENPEACE und Missverständnisse in der Allgemeinheit, wird erheblicher Druck aufgebaut. Druck, der freies Arbeiten und Denken in diesem Bereich erheblich erschwert, Fortschritt behindert und effektiv Menschenleben kostet.

    Ich denke, Ihre abschließende Frage lässt sich ohne Grundsatzdebatten nicht wirklich beantworten, aber spätestens JETZT sind diese Debatten notwendig und unvermeidlich. Es geht nicht nur um Schädlinge, sondern z.b. auch um den Kampf gegen Malaria und Co

    NZZ zum Thema

    Auch wenn ich Reason.com nicht immer zustimmen kann, fasst es der Blog gut zusammen:

    The usual luddites will strive mightily to scare policy makers into banning gene drives. But with the proper safeguards, the benefits clearly outweigh the possible downsides. To prove that, let’s go after malaria first.

  2. #2 Rainer Wanberger
    KARLSFELD
    30. Juni 2015

    So ein Schmarrn!!
    Wer bezahlt Dich damit du diese Lobrede schreibst?

    • #3 Martin Moder
      30. Juni 2015

      Monsanto, Big Pharma, die Illuminaten und die Reptilioiden.
      Sie danken dir für deinen konstruktiven Input.

  3. #4 Böx
    http://boexbooks.wordpress.com
    30. Juni 2015

    Danke für den Artikel! Diese Anwendung des CRISPR/Cas-Systems kannte ich noch nicht. Ich habe leider wenig Ahnung von Ökologie…man würde den Genpool der Schädlinge dadurch ja sehr stark einengen, zumindest in einem betreffenden Locus auf genau ein Allel. Kann man irgendwie abschätzen, welche Auswirkungen das in einem ökologischen Netzwerk hat? Kommt sicher auch auf das Gen an, das man manipuliert… Interessante Methode/Anwendung auf jeden Fall.

  4. #5 hampel
    30. Juni 2015

    Oo …q.e.d.

  5. #6 ulfi
    30. Juni 2015

    Das wird natuerlich dem Bauern schwer zu verklickern sein, dass er erst ein Jahr lang selber schaedlinge aussetzen muss, die er dann nicht wegbomben darf, weil sich sonst das Gen nicht vermehrt. Das bedeuted effektiv, dass ihm ein Jahr lang die Ernte weggefressen wird. Vielleicht laesst sich dies in eine Fruchtfolge einbringen, dass der Maiswurzelbohrer nur ausgesetzt wird, wenn der Bauer keinen Mais pflanzt, oder so. Aber wenn auf dem Nachbarfeld wieder genmodifizierter Mais steht, dann bringt das auch nichts, dann sind die ausgesetzten Tiere wieder kaputt.

    Effektiver waere natuerlich, wenn die kosten dafuer, resistent gegen das Gift zu werden, fuer den Schaedling so hoch waehren, dass in Abwesenheit des Giftes das Gen von selbst wieder raus selektiert wird. Dann braechte man nur 2 Genmodifizierte Pflanzentypen, die dann abwechselnd gepflanzt werden und waehrend das eine Gift von den Schaedlingen “erlernt” wird, wird das andere wieder vergessen.

    • #7 Martin Moder
      30. Juni 2015

      Die ausgesetzten Gene Drive Schädlinge wären selber sensitiv gegenüber den resistenten Pflanzen, sie würden die Ernte also nicht beeinflussen. Die Idee ist es, sie in einem Bereich auszusetzen in der die resistenten Pflanzen selbst nicht angebaut werden. Von diesem Reservoir aus würde sich die Sensitivität immer wieder in die GM-Feldareale verbreiten.

      Fruchtwechsel ist immer eine sinnvolle Idee. Die Tatsache dass das in den USA nicht gesetzlich vorgeschrieben ist, hat die Resistenzbildung massiv beschleunigt. Wenn man Gentechnik einsetzen möchte, sollte man das in einem umfassenderen, landwirtschaftlichem Kontext machen der Fruchtwechsel und derartige Konzepte miteinschließt. Das wurde in den USA versäumt.

  6. #8 eh i
    30. Juni 2015

    wäre es nicht wünschenswert Ökologische Landwirtschaft zu betreiben ?!

    https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%96kologische_Landwirtschaft

    • #9 Martin Moder
      30. Juni 2015

      Spielt natürlich eine sinnvolle Rolle, in dem Sektor wird viel Wissen generiert bezüglich Fruchtwechsel etc.
      Biologische LW wird aber ein Nischenprodukt bleiben weil sie aufgrund ihrer geringen Land-Nutzungseffizienz nicht in der Lage ist die Welt zu ernähren, ohne sämtliche Waldflächen zu roden. Laut Club of Rome wird sich der Bedarf an Lebensmittel bis 2050 mindestens verdoppeln. Man muss es also schaffen die landwirtschaftliche Effizienz zu steigern und dabei Böden und Umwelt zu schonen. Eine nachhaltige Intensivierung also.
      Gentechnik alleine wird das vermutlich nicht schaffen aber – vernünftig eingesetzt – einen sinnvollen Beitrag leisten können.

  7. #10 bazille
    wien
    30. Juni 2015

    Nachdem ich der Frau Charpentier noch in der Bohrgasse über den weg gelaufen bin, sollte ich mich jetzt wirklich mal mit dem CRISP beschäftigen. Bislang hab ich es noch nicht ganz behirnt. Übrigens der Link zu “The mutagenic chain reaction…” ist nett, aber zum Pdf komme ich trotzdem nicht.

    • #11 Martin Moder
      30. Juni 2015

      Nature Veröffentlichungen sind ohne Uni Account leider kostenpflichtig. Vielleicht kann dir jemand von der Bohrgasse das Paper besorgen (habe dort übrigends meinen Master gemacht – leider ohne Charpentier zu treffen)

  8. #12 bazille
    wien
    30. Juni 2015

    leider ist zu lange her, das arbeitet niemand mehr den ich näher kenn. War ja auch 2003 fertig. Werds schon auftreiben

  9. #13 rolak
    30. Juni 2015

    luddites

    Eines der vielen Wörter, die ich via SciFi gelernt habe…

    ohne Uni Account

    der, was unglaublich oft übersehen wird, typischerweise auch mit einem Leseausweis für die jeweilige Unibibliothek einher kommt. In der gesamten Datenbasis (Köln) stimmt das 😉

  10. #14 inge schuster
    30. Juni 2015

    Der “Gene Drive” ist zweifellos eine ernstzunehmende Strategie! Allerdings müsste man die manipulierten Schädlinge dann nicht nur im Berteich der Maisfelder einsetzen – der Maiswurzelbohrer nimmt ja auch mit einer Reihe anderer Pflanzen vorlieb, auf denen er ansonsten ungehindert Evolution betreiben kann und so gegen das eine oder andere Bt-Toxin resistent werden kann.

    • #15 Martin Moder
      30. Juni 2015

      Prinzipiell ließe sich mit dem Gene Drive jede beliebige Sensitivität beibehalten. Man könnte auch mehrere zugleich einberingen.

  11. #16 Christian Thiele
    http://thielestierwelt.de
    1. Juli 2015

    Sehr spannendes Thema.

    Aber warum Fraßfeind auseinander schreiben? (Fraß-feind wäre auch okay.) Ich stolpere da beim Lesen immer wieder.

    • #17 Martin Moder
      1. Juli 2015

      Habe es anfangs intuitiv zusammen geschrieben. Aber Word war anderer Meinung und da gebe ich meistens klein bei.

    • #18 rolak
      1. Juli 2015

      Word war anderer Meinung

      Auch wenn es im Laufe der Jahrzehnte etwas besser geworden ist (war Frauenhaus→Bordell Legende oder Fakt? ka), ist dem Bauchgefühl schon nach einer halbwegs ordentlichen Schulbildung dringend Vorrang zu gewähren¹´² 😉

  12. #19 Dr. Webbaer
    3. Juli 2015

    Sollte man die Gene Drive Technologie in den Gegenden mit resistent gewordenen Schädlingen einsetzen, um nicht wieder auf Spritzmittel[] zurückgreifen zu müssen?

    Die sich anbietende Antwort ist vglw. klar:
    vielleicht.

    Insofern kann neben einem “It depends” zumindest kommentarisch nicht besser ergänzt werden als eine hier womöglich ungewollte ‘Grundsatzdiskussion’ anzustoßen.

    Die Gentechnik ist nämlich insofern problematisch, weil nicht gewusst, was getan wird.
    Weil das “Programm” unverstanden zu bleiben hat, das biologische, wobei die Biologie bereits sprachlich die Sicht (“Logie” (“Sprache”), “Theoretisierung”) auf das Leben meint.

    Klingt wohl ein wenig unfroh, hier in diesem WebLog, aber so ist es,
    MFG
    Dr. W (der sich ganz am Rande noch fragt, inwiefern hier Philosphen und Formalwissenschaftler mitwirken, bei sogenannten Gene-Drives)