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Cyanophycin-Kartoffel
Kunststoff aus der Knolle
In einem Freilandversuch der Universität Rostock werden
Methoden entwickelt, mit denen die Sicherheit gentechnisch
veränderter Pflanzen der 2. und 3. Generation lange vor einer
möglichen Markteinführung eingeschätzt werden kann. Ein
Prototyp für solche Pflanzen ist u.a. eine Kartoffel, die
gentechnisch so verändert wurde, dass sie in Knollen und
Blättern Cyanophycin bildet, woraus ein biologisch abbaubarer
Kunststoff gewonnen werden kann. Zwei aktuelle Projekte der
Sicherheitsforschung beschäftigen sich mit den möglichen
Umweltauswirkungen der Cyanophycin-Kartoffel.
Cyanophycin ist ein Protein, das von Cyanobakterien (Blaualgen)
und einigen anderen Bakterien gebildet wird. Sie nutzen es zur
Speicherung u.a. von Stickstoff. Ein Bestandteil von Cyanophycin
ist Polyaspartat, das als biologisch abbaubarer Kunststoff genutzt
werden kann. Polyaspartat bindet Calcium und kann deshalb z.B. in
Waschmitteln als Wasserenthärter Verwendung finden. Es ist
möglich, solche biologisch abbaubaren Polymere (Biopolymere) in
Pflanzen herstellen zu lassen, die Pflanze also als eine Art
Bioreaktor einzusetzen. Pflanzen könnten so als nachwachsende
Rohstoffe Ersatzstoffe liefern für Kunststoffe auf Erdölbasis,
die biologisch nicht abbaubar sind wie etwa Polyacrylate aus
Acrylsäure. Polyaspartat kann auch durch chemische Synthese
gewonnen werden, wird aber bislang nur in geringen Mengen
produziert. Es ist besser biologisch abbaubar als vergleichbare
Polyacrylate, aber nicht vollständig abbaubar wie das in
Cyanophycin gebildete Polyaspartat. Cyanophycin hat noch einen
weiteren wertvollen Bestandteil: die Aminosäure Arginin, die z.B.
als Futterzusatz die Gesundheit der Tiere verbessert und den
Stickstoffanteil im Harn verringert.
Außer der Produktion in Pflanzen ist es auch möglich
Cyanophycin biotechnologisch in Bioreaktoren (Fermenter) mit Hilfe
von Bakterien oder Zellkulturen herzustellen. Dabei werden aber
nicht Cyanobakterien eingesetzt, sondern z.B. gentechnisch
veränderte E.coli-Bakterien. Ein Vorteil der Produktion in
Pflanzen gegenüber der Fermenterproduktion ist, dass Cyanophycin
als "Beiprodukt" kostengünstig hergestellt werden
könnte. Kartoffeln, die für die Stärkeerzeugung angebaut
werden, könnten gleichzeitig Cyanophycin liefern. Es würden
keine zusätzlichen Flächen benötigt.
Langjährige Forschung
(Foto: Inge Broer)
rechts: Cyanophycin-Kartoffel
links: die Ausgangssorte |
Die Herstellung von
Cyanophycin mit Hilfe von Pflanzen ist schon seit einigen
Jahren ein Forschungsthema. In einem vom Bundesministerium
für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV)
geförderten Verbundprojekt haben Wissenschaftler der
Universitäten Rostock, Berlin, Bielefeld und Tübingen die
Cyanophycin-Kartoffel entwickelt und im Gewächshaus
eingehend untersucht. In die Kartoffel wurde ein Gen aus dem
Cyanobakterium Thermosynechoccus elongatus übertragen,
wodurch ein spezielles Enzym - eine Cyanophycin-Synthetase -
gebildet wird. Dieses Enzym sorgt dafür, dass aus den
Aminosäuren Aspartat und Arginin in der Kartoffelpflanze
Cyanophycin gebildet wird. Dabei wird aus Aspartat und
Arginin das langkettige Molekül Polyaspartat mit
Argininresten. |
Die Kartoffeln wurden in langjährigen Versuchen so optimiert,
dass große Mengen Cyanophycin in den Knollen produziert werden
können, ohne die Fitness der Pflanzen zu beeinträchtigen.
Die Forschung beschäftigt sich auch mit möglichen Verfahren,
das gebildete Cyanophycin kostengünstig aus der Kartoffel
herauszulösen. Die Versuche zeigen, dass schon mit einfachen
Verfahren bis zu achtzig Prozent reines Cyanophycin als weißes
Pulver herausgelöst werden können. Der Anteil an der
Trockenmasse der Kartoffeln liegt bei beachtlichen sechs Prozent.
Freilandversuche
Nun wird im Freiland an der Kartoffel beispielhaft getestet,
inwieweit sich Pflanzen als sichere Produktionssysteme für
Bio-Kunststoffe einsetzen lassen. Dabei geht es darum, zu prüfen,
ob die Freilandbedingungen die Produktion beeinflussen und ob es
Effekte auf Nicht-Zielorganismen gibt. Die Knollen werden auch
für Fütterungsversuche genutzt, um potenzielle allergene oder
toxische Effekte zu prüfen. Es sollen sowohl Kartoffeln gestestet
werden, die in allen Pflanzenteilen Cyanophycin produzieren, als
auch solche, die es nur in den Knollen bilden. Auch zwei vom BMBF
geförderte Forschungsprojekte beschäftigen sich mit der
Cyanophycin-Kartoffel. In einem der Projekte wird untersucht, ob
sich Eigenschaften der Kartoffel durch die gentechnische
Veränderung unbeabsichtigt verändern. Wenn sie etwa weniger
frostempfindlich ist, könnten auf dem Feld verbleibende
Kartoffeln besser überwintern. Außerdem überprüfen die
Wissenschaftler, ob der Verrottungsprozess anders verläuft. In
einem weiteren Projekt geht es um den mikrobiellen Abbau der auf
dem Feld verbleibenden Pflanzenreste im Boden sowie mögliche
Veränderungen in der Gemeinschaft der Mikroorganismen.
Das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit
(BVL) erteilte im Juni 2006 die Genehmigung für die Freisetzung
von 2006-2008 unter vorsorglichen Auflagen. So musste die
Versuchsfläche im Abstand von mindestens 150 Metern zu anderen
Kartoffeln angelegt werden. Damit Wildtiere keine Kartoffeln
fressen oder verschleppen, war ein Zaun zu errichten. Nach
Beendigung des Versuches muss das Feld nach Kartoffeln abgesucht
werden, die evtl. überdauert haben. Inzwischen sind für die
kommenden Jahre bis 2012 weitere Freisetzungsanträge gestellt.
Eine Entscheidung steht bisher noch aus.
Weitere Informationen zum Versuch:
Datenbank "Biologische Sicherheitsforschung" (BMBF,
Bundesministerium für Forschung und Technologie):
Überdauerungspotenzial Cyanophycin-produzierender Kartoffeln http://www.biosicherheit.de/de/sicherheitsforschung/208.doku.html
Auswirkungen des Anbaus Cyanophycin-produzierender Kartoffeln
auf Bodeneigenschaften und Bodenorganismen http://www.biosicherheit.de/de/sicherheitsforschung/209.doku.html
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