Biotechnologie

Biotechnologie (Englisch: Biotechnology, auch als Synonym zu Biotechnik und kurz als Biotech) ist die technologische Anwendung von biologischem Wissen. Beispiele reichen von Fermentationsprozessen wie der Käseherstellung bis hin zu High-Tech-Laborarbeiten.

Beispiele für Biotechnologie sind Tierzucht, Pflanzenzüchtung und Fermentation von biologischem Material. Bei der Fermentation werden Bakterien, Zellkulturen oder Pilze wie Hefe verwendet. Dies wird beim Brauen von Bier, bei der Zubereitung von Käse und Joghurt sowie bei der Weinbereitung von Wein verwendet. Im Vergleich zur klassischen Biotechnologie wird bei der Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie die moderne Biotechnologie eingesetzt.

Moderne Biotechnologie im Labor

Moderne Biotechnologie

Bei der Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie wird moderne Biotechnologie eingesetzt. Dadurch können DNA-Fragmente wieder kombiniert werden. Diese Technik existiert erst seit mehreren Jahrzehnten, nachdem es möglich wurde, DNA zu analysieren und zu modifizieren. 1974 wurde entdeckt, dass das Kronengallenbakterium Agrobacterium tumefaciens ein DNA-Fragment von einem Plasmid auf das Pflanzengenom seines Wirts übertrug und dass dieses DNA-Fragment die Pflanze dazu veranlasste, Kronengallen an den Wurzeln zu bilden. Weitere Forschungen haben uns gelehrt, die Eigenschaften von Zellen spezifisch zu beeinflussen. Diese Technik ermöglicht es, Organismen effektiver an die Bedürfnisse anzupassen. Aufgrund der Unkenntnis der Folgen für Gesundheit und Umwelt werden GVO im Gegensatz zu Sorten aus der klassischen Pflanzenzüchtung vor ihrer Freisetzung ausgiebig getestet.

Anwendungen

Ein wichtiger Teil der Biotechnologie sind Verfahren zur Umwandlung von Mikroorganismen in Substanzen für die Lebensmittelindustrie und Kläranlagen. Der Anbau von Algen für die Lebensmittelproduktion wird ebenfalls untersucht. Die Biotechnologie wird auch zur Herstellung von Proteinen, Peptiden und Impfstoffen verwendet. Mit Hilfe von Organismen (Hefen, Bakterien, tierische Zellen) wird das Protein in Fermentern produziert und anschließend gereinigt. Beispiele hierfür sind rekombinantes Insulin (als Ersatz für aus Schweineorganen gewonnenes Insulin) und Faktor VIII, ein Gerinnungsfaktor, der von Hämophiliepatienten übersehen wird (traditionell aus Spenderplasma extrahiert).

Essenszubereitung

Bei der Zubereitung von Lebensmitteln wird die Biotechnologie in großem Umfang genutzt. Zum Beispiel wird Bier gebraut, weil Hefen den vorhandenen Zucker in den aromatisierenden und konservierenden Alkohol umwandeln. Joghurt wird durch Zugabe der Milchsäurebakterien zur Milch hergestellt, Brie wird mit Schimmel bedeckt. Dies sind alles traditionelle biotechnologische Prozesse. Die moderne Biotechnologie ist auch in die moderne Lebensmittelzubereitung eingetreten. Lebensmittel und moderne Biotechnologie kommen auf unterschiedliche Weise zusammen.

  • Soja und Mais wurden modifiziert, um Insekten oder Herbiziden zu widerstehen. Besonders in Amerika ist dieser Mais und Soja bereits weit verbreitet.
  • Chymosin, das aus dem Abomasum eines Kalbes gewonnen wird, wird zur Käseherstellung verwendet. Es kann aber auch tierfreundlich hergestellt werden, nämlich von Mikroorganismen.
  • Aromen, die Lebensmitteln Geschmack verleihen, werden häufig von Mikroorganismen produziert. Enzyme werden häufig auch von gentechnisch veränderten Mikroorganismen produziert. Diese Enzyme werden häufig in der Lebensmittelproduktion eingesetzt.

Die Biotechnologie kann auch zur Erforschung völlig unterschiedlicher Aspekte von Lebensmitteln eingesetzt werden, beispielsweise der menschlichen Darmflora.

Erforschung der Entwicklung und Funktionsweise des Körpers

Bei Fruchtfliegen und immer komplexeren Organismen wird untersucht, welche Gene für alle Entwicklungsschritte verantwortlich sind. Zum Beispiel die Position und Form der Gliedmaßen. In Analogie kann diese Forschung einen Einblick in die menschliche Entwicklung geben.
Die Gene der Maus und im Allgemeinen aller Säugetiere sind denen des Menschen sehr ähnlich. Untersuchungen an Mäusen mit missgebildeten Genen oder sogenannten Knockouts (Mausrassen, bei denen ein Gen oder eine Gruppe von Genen selektiv ausgeschaltet wurde) untersuchen, welches Gen für was verantwortlich ist.

Ändern der Größe oder Wachstumsrate von Tieren

Der Tilapia ist ein Fisch, der für die Ernährung der armen Länder der Dritten Welt wichtig ist, da der Tilapia dort sehr häufig ist. Durch genetische Veränderung entstehen Tilapien, die das Dreifache des Normalgewichts erreichen können. Lachse wurden auch gentechnisch gezüchtet, die deutlich schneller wachsen als Wildlachse und auch in kaltem Wasser wachsen. Die FDA soll in naher Zukunft die Produktion dieses Lachses genehmigen. Dies sind triploide, sterile Frauen.

Mit traditionellen Züchtungsmethoden wurden bereits beeindruckende Ergebnisse erzielt. Zum Beispiel erreichen in den Niederlanden für Fleisch gezüchtete Hühner in 38 Tagen ihr Schlachtgewicht, was für ihre wilden Vorfahren viele Monate dauern würde. Wenn man die richtigen Gene kennt, kann man durch Zucht größere und kleinere Tiere züchten.

Neben dem Ziel eines zusätzlichen Futterertrags besteht auch die Möglichkeit neuer Haustiere.

Kultivierung von Organen

Die Genetik ermöglicht es, menschliche Organe an Tieren zu kultivieren, die dann durch Xenotransplantation in den Menschen implantiert werden können. Ein Problem nach der Transplantation ist das Risiko einer Organabstoßung aufgrund der Aktivität von Antikörpern. Durch Ausschalten des Gens, das Alpha-Gal produziert, konnte ein Pavian sechs Monate lang mit einem Schweineherz leben. Dies wurde versucht, indem das Gallengen von Schweinen entfernt wurde. In Virginia wurden Schweine ohne dieses Gen nach künstlicher Befruchtung mit einem modifizierten Gen geboren.

Bei der Verwendung tierischer Organe treten jedoch andere Probleme auf. Die Retroviren von Schweinen können sich mit den menschlichen Retroviren kreuzen, gegen die der Mensch nicht immun ist.

Herstellung von Proteinen und Polypeptiden

In Schottland wurde ein menschliches Gen in Schafe eingeführt. Lungenemphysem führt manchmal dazu, dass der Körper kein bestimmtes Protein produziert. Die Milch der gentechnisch veränderten Schafe enthält dieses Protein, das als Arzneimittel dienen kann. Das Hormon Insulin, das bestimmte Diabetes-Patienten nicht produzieren, wird auch von genetisch veränderten Mikroorganismen produziert. Früher wurde Insulin aus der Bauchspeicheldrüse von Rindern und Schweinen extrahiert. Humaninsulin hat beim Menschen Vorteile, da die Wahrscheinlichkeit immunologischer Reaktionen viel geringer ist.

Korrektur genetischer Anomalien

Gentherapie mit einem Adenovirusvektor.
Ein neues Gen wird in einen Adenovirusvektor eingefügt, der dann verwendet wird, um die veränderte DNA in eine menschliche Zelle einzufügen. Wenn die Behandlung erfolgreich ist, produziert das neue Gen funktionelle Proteine

Einige Krankheiten werden durch ein einzelnes gebrochenes Gen verursacht. Die Einführung des richtigen Gens in eine spezielle Gruppe von Zellen (z. B. im Knochenmark) könnte in Zukunft zur Heilung solcher Krankheiten führen. (siehe Gentherapie).

Schutzpflanzen

Pflanzen können gentechnisch angepasst werden, um:

  • Erhöhte Haltbarkeit der Ernte;
  • Die Ernte ist resistent gegen bestimmte Pestizide. Diese Pestizide können dann zum Anbau gegen Unkraut verwendet werden;
  • Die Kultur selbst produziert Antibiotika oder antimykotische Proteine, so dass sie weniger anfällig für häufige Pflanzenkrankheiten ist.

Aufnahme neuer Sorten

Seit 2004 ist es in der Europäischen Union möglich, gentechnisch veränderte Sorten anzubauen. In einer Reihe von Ländern arbeitet die Geschäftswelt an einem Abkommen, das die Bestimmung der Abstände zwischen Feldern mit GVO-Sorten und Feldern mit traditionellen Sorten und Pufferzonen umfasst. Insbesondere der ökologische Landbau befürchtet eine Kontamination mit GVO-Material.

Ethische Fragen

Befürworter der Gentechnik argumentieren, dass die Technologie nicht schädlich ist und dass ihre Verwendung notwendig ist, damit die Lebensmittelproduktion so schnell wächst wie die Weltbevölkerung. Andere argumentieren jedoch, dass Nahrungsmittelprobleme mehr mit der Verteilung als mit der Produktion zu tun haben und dass das Bevölkerungswachstum eine direkte Folge der ungleichmäßigen Verteilung von Nahrungsmitteln (und Wohlstand) ist.

Gegner argumentieren, dass genetische Veränderungen zu unvorhergesehenen Folgen sowohl für die veränderten Organismen als auch für ihre Umwelt führen können. Beispielsweise wurden Maissamen entwickelt, die für pflanzenfressende Insekten (bt-Mais) giftig sind, die mit anderen Varianten von Wild- und Hausmais kreuzbefruchtet wurden und versehentlich die relevanten Gene verbreiten.

Anti-GVO-Gruppen sehen die Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen, um eine Büchse der Pandora zu öffnen, was schließlich zum Zusammenbruch der modernen Landwirtschaft und damit eher zu einem Rückgang als zu einer Zunahme der Nahrungsmittelversorgung führen könnte. Es gibt keine Möglichkeit sicherzustellen, dass die gentechnisch veränderten Organismen unter Kontrolle bleiben, und der Einsatz dieser Technologie außerhalb sicherer Labors birgt ernsthafte Risiken für die Zukunft.

Es gibt weniger Resistenz gegen die Verwendung von Cisgenese als gegen Transgenese.

Unternehmen wie Monsanto, die Untersuchungen zur genetischen Veränderung durchführen, erteilen Patente für die von ihnen produzierten Sorten. Den Landwirten wird auch das Recht entzogen, selbst gesammeltes Saatgut zu verwenden, ohne den Zuchtunternehmen eine Entschädigung zu zahlen. Die Resistenz gegen Pestizide gilt hauptsächlich für Pestizide (wie Roundup) derselben Zuchtunternehmen. Beispielsweise können Landwirte zunehmend von großen multinationalen Unternehmen abhängig werden.

Wirtschaftliche und politische Auswirkungen

Viele Gegner der genetischen Veränderungen glauben, dass der zunehmende Einsatz von Gentechnik zu der größten Verschiebung der landwirtschaftlichen Macht aller Zeiten geführt hat. Biotech-Unternehmen gewinnen immer mehr Kontrolle über die Lebensmittelproduktionskette und über Landwirte, die gentechnisch veränderte Produkte verwenden.

Viele Befürworter aktueller Gentechniken glauben, dass diese zu höheren Erträgen und Gewinnen für Landwirte führen, insbesondere in Ländern der Dritten Welt.

In Venezuela ist die Verwendung von gentechnisch verändertem Saatgut seit April 2004 verboten.

Im Dezember 2004 verbot die niederländische Regierung den Verkauf eines gentechnisch veränderten Fisches, der unter UV-Strahlung eines durch genetische Veränderung eingeführten Gens leuchtet, obwohl es keinen Grund gibt anzunehmen, dass der Fisch darunter leidet.

Berufsordnung für Biotechnologen

Um die Wissenschaftler zu ermutigen, sorgfältig und gewissenhaft zu arbeiten und in die ethische Diskussion einzutreten, hat die niederländische Biotechnologische Vereinigung einen beratenden Berufskodex ausgearbeitet. Basierend auf diesem professionellen Kodex kann ein Wissenschaftler die Durchführung bestimmter Experimente ablehnen. Vertrauliche Berater stehen zur Verfügung, um die Rechtmäßigkeit der Einwände zu prüfen.

Siehe auch

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