Gentechnik - eine Erfindung der Natur?

Erst dieses Jahr wurde die  Genveränderte Kartoffel "Amflora"zum Anbau in Deutschland zugelassen und kommerziell angebaut - ein Schlag für die Gentechnikgegner.

Wer hat die Gentechnik aber wirklich erfunden? Der Mensch? Oder gibt es Gentechnik schon länger....?

Interessant ist, ein kleines Bakterium, das in fast jedem Boden, auf fast jedem Fleckchen Erde vorkommt:

Das Agrobacterium tumefaciens
Das Bakterium wartet im Boden nur darauf, dass eine Pflanzliche Wurzel verletzt wird. Das kann zum Beispiel durch physische Verletzung oder auch einfach nur durch Wachstumsrisse zustande kommen. Dann wird nämlich von der Pflanze ein Stoff  (Acetosyringon) abgesondert, den die Bakterien "riechen" können. Sie schwimmen mit ihren Geißeln also auf die Verletzung zu und lagern sich an der Pflanzenwurzel an.

Und nun kommt der Trick:

Das Bakterium besitzt nämlich neben seiner eigenen DNA zusätzlich kleine DNA-ringe, sogenannte "Plasmide". Teile dieser Plasmide sind dafür gedacht in die Pflanze einzudringen und sie so zu manipulieren, dass sie Nahrung für das Bakterium produziert anstatt für sich selbst zu sorgen. Aber um die DNA in die Pflanzenzellen hineinzubekommen muss das Bakterium erst seine "Spritze"anwenden: Mit einem Sekretionssystem "sticht" es in die Zelle ein und injektziert seie DNA.
Um dies zu verstehen muss man wissen wie ein Plasmid aufgebaut ist:
Das Plasmid das bei Agrobakterium tumefaciens für die Genmanipulation zuständig ist wird Ti-Plasmid genannt, das kommt von "Tumor-induzierendes Plasmid". Es besteht zum großen Teil aus DNA die für das Bakterium selber wichtig ist, zu einem kleinen Teil besteht es aber aus Genen, die dazu bestimmt sind in die Pflanzen-DNA eingebaut zu werden. Mann nennt diesen kleinen Teil T-DNA (kommt von "Transfer-DNA"). Diese T-DNA wird jetzt ausgeschnitten und und mit einer "Spritze" (Sekretionssystem) in die Pflanzenzelle eingebracht.


Nun muss die T-DNA zum Zellkern gelangen um die Pflanzen-DNA zu manipulieren:
Der Trick ist, dass das Plasmid von Eiweißen besetzt ist, die der Pflanzenzelle signalisieren, dass das Plasmid in den Zellkern eingeschleußt werden muss. Nun ist der Wolf im Schafspelz im Zellkern angelangt und kann mit der Gentechnik beginnen.
Den Zellkern kann man sich wie eine Riesige Fabrik vorstellen, in der verschiedene Maschienen für bestimmte Aufgaben zuständig sind und eine Aufgabe nach der anderen abfertigen. Z.B DNA ablesen, damit neue Proteine syntethisiert werden, DNA reparieren, usw. Das Nutzt die T-DNA aus und wird an einer zufälligen Stelle des Genoms der Pflanze eingebaut.
Auf dem eingebauten T-DNA-Stück sind 4 Gene (es sind insgesammt nur 4 Gene!) , die nun auslösen, dass die Pflanze bestimmte Stoffe produziert, die sie eigentlich garnicht produzieren würde. So wird jetzt in den Stoffwechsel der Pflanze eingegriffen und zum Beispiel Tryptophan in 2 Schritten in Indolessigsäure umgewandelt, was normalerweise nicht der Fall wäre. Das für die Pflanze gravierende dabei ist, dass Indolessigsäure (gehört zu den Auxinen) ein Pflanzenwachstumshormon ist, und nun wird übermäßig davon produziert. Die Folge ist ein unkontrolliertes Wachsum - ein Tumor.
Auch mit blosem Auge kann man nun an der Pflanze, die Infektion mit dem Bakterium erkennen: Es bilden sich gallenartige Auswüchse, meist an Wurzelhals oder Wurzeln.

Agrobacterium tumefaciens an einer Forsythie

Des Weiteren manipuliert die fremde DNA die produktion von Cytokinin (auch ein Pflanzenwachsumshormon) und am wichtigsten:
Die Opinsynthese 
Die Genveränderte Pflanzenzelle produziert nun auch Opin, das sie selbst eigentlich garnicht verwerten kann. Dafür kann aber das Bakterium diesen Stoff ausnützen - es ist seine Nahrung.

So kann sich also das Agrobakterium munter in dem Tumor vermehren und lebt von dem Opin, das die Pflanze zu ihren ungunsten produziert.
Eine schlaue Strategie, oder?

Gentechnologie des Menschen:
Der Mensch macht sich diese Fähigkeit des Agrobakteriums DNA in fremde Zellen einzubauen zu nutze. Eine Methode in der modernen Genmanipulation ist, die T-DNA des Bakteriums einfach gegen eine andere DNA, die man gerne implantieren würde auszutauschen. So kann man nun in einer Petrischale Pflanzenzellen mit Agrobakterium konfrontieren, die andere T-DNA haben und lässt die Bakterien nun diese einspritzen. Man kann zwar nicht beeinflussen wo die neue DNA eingebaut wird, aber mann kann später prüfen bei welchen Pflanzenzellen sie sinnvoll eingebau wurde und diese isolieren. Die veränderten Zellen werden dann in vitro zur teilung angeregt und eine neue Pflanze entsteht - mit neuen Eigenschaften.
Aber im Grunde genommen ist die Gentechnologie schon uralt.

Kernlose Äpfel !?

Ist euch das auch schon mal passiert, ihr beist in einen leckeren roten Apfel, doch statt schwarz-brauner glänzender Apfelkerne ist einfach nichts im Kerngehäuse zu sehen.

Ist da Gentechnik im Spiel?

Nein, denn wenn man genau hinschaut, sind immer Kernanlagen vorhanden, auch wenn sie noch so klein sind. Wenn ein Apfel keine Kerne hat, dann ist das ganz natürlich und keine Genmanipulation durch den Menschen.

Wie kommen diese Kernlosen Äpfel dann zustande?

Bei Äpfeln, aber auch vor allem bei Birnen kommt es zur Jungfernzeugung, auch "Parthenocarpie" genannt. Dabei wird eine Frucht gebildet, ohne dass eine Befruchtung stattgefunden hat. Folglich hat die Frucht dann auch keine Samen.

Besonders oft tritt diese Parthenocarpie bei triploiden Sorten auf, die aufgrund ihres dreifachen Chromosomensatzes keine fruchtbaren Pollen ausbilden können. Der Grund dafür ist, dass bei der Maiose die 3 gleichen Chromosomen nicht gleichmäßig auf die 2 entstehenden Zellen aufteilen kann. Die Folge ist, dass in manchen Tochterzellen (Gameten) nur ein, und in anderen 2 Stück des gleichen Chromosoms vorhanden sind und die Gameten so nicht fruchtbar sind.

Solche Triploiden Sorten sind zum Beispiel Boskob und Mutsu.

Gründe für kernlose oder fast kernlose Äpfel und Birnen:

Baumobst, zu dem auch Äpfel und Birnen gehören sind Fremdbefruchter! Das heißt, dass sie sich normalerweise nicht selbst bestäuben können und immer den Pollen einer anderen Apfelsorte (Befruchtersorte) brauchen um fruchtbare Kerne auszubilden. Es kann aber auch selten vorkommen das sich eine Blüte selbst befruchtet. Generell wird aber Pollen von fremden Sorten immer dem eigenen Pollen bevorzugt. Wenn nun aber keine Befruchtersorte vorhanden ist, kann man also in begrenztem Umfang beobachten, dass sich der Apfelbaum selbst bestäubt und wenige Früchte gibt.

Aber nicht nur durch das Fehlen einer Befruchtersorte kann ein Mangel an "fremdem" Pollen entstehen, sondern auch durch schlechte Bedingungen zur Befruchtungszeit. Das kann zum Beispiel Kälte oder  Dauerregen  sein. Denn dann fliegen die befruchtenden Insekten nicht und somit wird auch kaum fremdbefruchtet.

Ein weiterer Grund: Unter den Apfelbäumen wächst viel blühendes Unkraut, das für die Befruchtenden Insekten viel attraktiver ist. Bienen bleiben der Blütenart, die sie befliegen treu (Trachttreue)!

Und jetzt zum Apfel ohne Kerne:

Manchmal reicht es sogar schon aus, dass ein Pollen auf der Narbe  keimt. Allein dadurch kann schon ein Fruchtwachstum ausgelößt werden, ohne dass es dann wirklich zur Befruchtung kommt. Das nennt man dann Parthenocarpie. Der Apfel hat garkeine Kerne!

Schmeckt so ein kernloser Apfel schlechter?

Nein, im prinzip hat die Parthenocarpie keine Auswirkung auf den Geschmack. 

Allerdings kann die Form des Apfels etwas unregelmäßiger sein, denn mit den fehlenden Samen, fehlen auch die Hormone, die die Samen normalerweise produzieren. Wenn nur ein Samen vorhanden ist, ist die Frucht an dieser Stelle meist dicker, da nur an einer Stelle die Hormone gebildet werden.

Gibt es auch Äpfel ohne Kerngehäuse?

Nein, denn das Kerngehäuse ist streng botanisch gesehen die eigentliche Frucht, die sich aus dem Fruchtknoten entwickelt. Das was wir verzehren, das Fruchtfleich, ist der Blütenboden (1 - dunkelgrün). Ohne den Haubtbestandteil Kerngehäuse kann sich also garkein Apfel entwickeln.

 

Fazit: 

Kernlose Äpfel und Birnen sind bedenkenlos und ganz natürlich!

Viruserkrankungen

Gurkenmosaikvirus

Viruserkrankungen sind grundsätzlich sehr schwehr zu bekämpfen, da Viren streng genommen keine Lebewesen sind und keinen Stoffwechsel besitzen.
Es gibt also keine Antiviralen Wirkstoffe (siehe AIDS) und mann kann die Viren folglich nur vorbeugend bekämpfen.

Viren bestehen aus einer Proteinhülle, die die Nukleinsäuren (RNA oder DNA) im Inneren schützt. Viren können sich nicht eigenständig bewegen und werden nur passiv übertragen, das heißt zum Beispiel durch den Kontakt einer Kranken und einer Gesunden Pflanze (Mechanisch) oder durch Organismen, die die Krankheit übertragen können (Vektoren), zb Blattläuse, die erst eine kranke, dann eine gesunde Pflanze ansaugen.

 

Vorbeugung von Viren für den Hobbygärtner:

Ganz wichtig ist die Hygiene 
Vor allem  bei Schnittarbeiten besteht die Gefahr Viren durch das ungereinigte Werkzeug von einer Pflanze auf die andere zu übertragen - also immer Klingen mit dem Feuerzeug desinfizieren.
Falls schon Pflanzen befallen sind sollte man diese sicherheitshalber verbrennen.
Wichtig ist auch unnötige Verletzungen an der Pflanze zu verhindern, da diese immer eine Eintrittspforte für Viren sein könne (aber auch für andere Krankheitserreger).

Vektoren verhindern
Vor allem Blattläuse sind oft Virusüberträger, aber auch die Weiße Fliege. Grundsätzlich gilt: Je weniger Stechend-saugende Schädlinge, desto geringer die Gefahr, dass Pflanzen infiziert werden.
 

Krankheitsverlauf:

Eine ganze Pflanze kann erkranken wenn auch nur eine einzige Zelle mit Viren befallen ist!
Als erstes entwickeln sich die Viren in dieser Zelle:
Da das Milieu in der Pflanzenzelle anders ist, als außerhalb "befreit" sich der Virus, der ja nur aus RNA und der Proteinhülle besteht von seiner  Proteinhülle. Die RNA kommt zum Vorschein. Damit das Virus sich verbreiten kann muss jetzt erstmal mehr von den Viren "hergestellt" werden. Der erste Schritt ist die vervielfachung der RNA.
Die RNA vervielfacht sich mit Hilfe des Enzyms RNA-Polymerase. Eigentlich geht das in einer gesunden Pflanzenzelle garnicht, dass RNA an RNA repliziert wird. Normalerweise wird RNA nur an DNA transkribiert. Deshalb wendet das Virus einen Trick an:
Das Virus hat ein Gen, dass ein Enzym codiert, das RNA an RNA replizieren kann: die RNA-Ploymerase.
Sobald das Virus also in die Zelle eingedrungen ist kann es mithilfe der RNA-Polymerase viele Kopien seiner Selbst herstellen. Die "Bausteine" (Aminosäuren zur Proteinbiosynsthese) klaut es sich einfach von der Wirtszelle. Schließlich müssen jetzt noch die Proteine hergestellt werden, die die Hüllen für die vielen neuen Viren bilden werden. Nicht einmal die kann das Virus selbst herstellen. Es missbraucht die Ribosomen der Wirtszelle um seine Proteine "herstellen zu lassen". 

Nun ist ganz viele Material für neue Viren in der Wirtszelle. Es beginnt die Phase, in der neue Zellen angesteckt werden:
Ab einer bestimmten Konzentraion an Virenmaterial in der Zelle lagern sich die einzelnen RNA-Stränge mit den Proteinen zusammen und bilden neue Viren. Das besondere an den fertigen Viren ist die Oberflächenstruktur der Proteinhülle. Auf der Oberfläche sind sogenannte Moovment-proteine eingebaut. Diese sind wichtig für den Durchlass durch die Plasmodesmata (Zelle-Zelle-Verbindungskanäle). Die Plasmodesmata werden duch einen Desmotubulus reguliert. Dieser bestimmt, was durch das Plasmodesmata in die Nachbarzelle durch darf. Normalerweise "markiert" die Pflanze die Substanzen, die hidurchdürfen mit einer bestimmten Oberflächestruktur, die dann wie der Schlüssel zum Schloss, am Desmotubulus andocken kann. Wenn diese Oberflächenstrukturen also vorhanden sind, darf die Substanz hindurch. 
Das macht sich das Virus zunütze uns immitiert einfach diese Oberflächenstrukturen. Es dockt an und wird einfach hindurchtransportiert, und die Invasion in der nächsten Zelle kann beginnen....
Da photosynthetisch aktive Blätter Kohlenhydrate exprtieren, zb. in Speicherorgane und junge Pflanzenteile gelangt das Virus dann in die Leitungsbahnen (vor allem Phloem) der Pflanze und wird so noch schneller über den Organismus verbreitet. Somit Tauchen die Symptome erst am infizierten Blatt entlang der Leitungsbahnen auf, dann an jungen Pflanzenteilen, bis letztendlich auch ältere Teile die Symptome aufweisen.

Viren nachzuweisen ist für den "Normalmenschen" schwierig. Es gibt dabei 4 Methoden:

• im Elektronenmikroskop sind Viren sichtbar
• auch im Lichtmikroskop kann man manche Viren nachweisen, dies ist der Fall, wenn die Pflanze "allergisch auf die Viren reagiert und versucht den Virus durch Proteine einzuhüllen. Diese Proteinkügelchen sind dann groß genug um sie im Lichtmikroskop sehen zu können, denn einzelne Viren sind nur wenige Nanometer groß und können im Lichtmikroskop nicht beobachtet werden.
• ELISA-Methode (enzyme linked immuno sorbent assay); funktioniert durch den Einsatz von Antikörpern, die an die Proteine von Viren Binden
• Polymerase-Kettenreaktion (PCR); hiermit weist man indirekt Viren nach, indem man RNA nachweist; duch Zugabe von Enzymen wir in mehrfacher widerholung die RNA des Virus (wenn vorhanden) vervielfacht, das Reagenz angefärbt. Dann kann durch Gelelektrophorese am Spezifischen Strichmuster ablesen, ob speziell die RNA  des Virus in der Lösung ist.

Bekämpfung
Da Viren, wie oben erwähnt keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und hier voll auf den Wirt angewiesen sind, währe es theoretisch möglich duch veränderung des Stoffwechsels des Wirts Viren zu bekämpfen. Dies ist aber problematisch, da Stoffwechseländerungen auch immer große Nebenwirkungen für den Wirt selbst zur Folge haben.