Wie kann man eine insektenresistente Tomatenpflanze herstellen?

Was sind Gene und wo findet man sie?
Alles was lebt oder einmal gelebt hat enthält Gene. Menschen, Fliegen, Schinken, Tomaten, Bakterien usw. enthalten Gene. Ein 200 gr schweres Steak enthält 750.000.000.000.000 Gene.

Ein Gen ist eine Informationseinheit. Unsere Gene bestimmen, wie wir aussehen und welche vererbbaren Eigenschaften wir haben. Sie entscheiden zum Beispiel darüber, ob wir blaue oder braune Augen haben. Wir erben die eine Hälfte unserer Gene von unserer Mutter und die andere Hälfte von unserem Vater.

Auch Pflanzen haben Gene. Die Gene einer Pflanze bestimmen zum Beispiel, welche Farbe ihre Blüten haben oder wie hoch sie wächst. Wie beim Menschen werden die Merkmale einer Pflanze auf ihre "Kinder" übertragen - auf die Pflanzensamen, die zu neuen Pflanzen heranwachsen.

Was ist gentechnische Modifikation oder Veränderung?
Wenn man einen Organismus, zum Beispiel eine Pflanze oder ein Tier, gentechnisch verändert, verändert man die genetisch bedingten Merkmale dieses Lebewesens. Zum Beispiel können Erdbeeren gentechnisch so verändert werden, dass sie länger frisch bleiben. Ein anderes Beispiel ist Reis, der gentechnisch so verändert werden kann, dass er mehr Vitamine enthält.

Eine Möglichkeit, eine Pflanze gentechnisch zu modifizieren, ist es, ihr zusätzlich zu ihren eigenen Genen ein weiteres Gen hinzuzufügen, das aus einem anderen Organismus stammt. Dieses Gen kann zum Beispiel aus einem Bakterium stammen, das gegen ein bestimmtes Pflanzenschutzmittel resistent ist. Fügt ein Wissenschaftler nun dieses Gen in das Genom der Pflanze ein, so hat dies zur Folge, dass die - nun gentechnisch veränderte - Pflanze ebenfalls unempfindlich wird gegen dieses Pflanzenschutzmittel.

Mit Hilfe der Gentechnik ist es also möglich, Gene von einer Gattung auf eine andere zu übertragen. Das funktioniert deshalb, weil alle Gene, sowohl menschliche wie auch pflanzliche, tierische und bakterielle Gene, aus dem gleichen Material aufgebaut sind und die Übertragung der in ihnen gespeicherten genetischen Information im Prinzip in allen Organismen gleich funktioniert. Den Wissenschaftlern stehen somit, zumindest theoretisch, große Mengen an genetischen Merkmalen zur Verfügung, aus denen sie auswählen können.

Wie arbeitet ein Wissenschaftler, der sich mit Gentechnik beschäftigt?
(Vorgänge in der Gentechnik werden oft mit englischen Ausdrücken beschrieben):

Wie kann man nachprüfen, ob die gentechnische Veränderung einer Pflanze erfolgreich war?
Man kann nur selten mit bloßen Auge erkennen, ob eine Pflanze oder ein Tier gentechnisch verändert worden ist. Die Wissenschaftler haben deshalb einige Techniken entwickelt, mit deren Hilfe sie dies überprüfen können.

Zum Beispiel kann der Wissenschaftler gleichzeitig mit dem Gen für die von ihm gewünschte Eigenschaft ein weiteres Gen, ein so genanntes „Marker-Gen", in die Pflanze übertragen. Ein solches Marker-Gen ist zum Beispiel ein Gen, das bewirkt, das das Pflanzengewebe in einem chemischen Test seine Farbe ändert.

Nun kann der Wissenschaftler sehr einfach überprüfen, ob die Pflanze erfolgreich gentechnisch modifiziert wurde. Verändert das Pflanzengewebe im Test seine Farbe, hat die Pflanze das Marker-Gen und somit auch das damit gekoppelte Gen für die gewünschte Eigenschaft aufgenommen.

Was ist der Unterschied zwischen gentechnischer Modifikation und traditioneller Züchtung?
Schon lange vor der Entdeckung der Gentechnik haben Bauern ihre Nutzpflanzen durch einen Prozess verändert und verbessert, den wir heute als "traditionelle Züchtung" bezeichnen.

Züchtung heißt, dass man die besten, größten, schönsten oder am besten schmeckenden Exemplare einer bestimmten Art so lange miteinander kreuzt, bis man eine Pflanze oder ein Tier erhält, das noch besser, größer oder schöner ist oder noch besser schmeckt.

Züchtung über eine lange Zeit kann zu erstaunlichen Veränderungen führen; die verschiedenen Hunderassen sind das wohl bekannteste Beispiel. Aber auch unsere Nutzpflanzen wurden durch Züchtung sehr stark verändert und zum Teil erst durch Züchtung genießbar.

Bei der Züchtung werden Gene von einer Pflanze auf eine andere übertragen. Das ist bei der Gentechnik ebenfalls der Fall - allerdings ist die Art und Weise, wie dies geschieht, sehr verschieden.

Bei der gentechnischen Veränderung einer Pflanze kann exakt ein Gen und somit exakt ein gewünschtes Merkmal auf die Pflanze übertragen werden. Bei der Züchtung werden immer viele verschiedene Merkmale weitervererbt und man weiß nicht, welche Merkmale gekoppelt vererbt werden. So kann die Züchtung auf ein gewünschtes Merkmal (zum Beispiel größere Früchte) gleichzeitig auch unerwünschte Merkmale (zum Beispiel einen unangenehmen Geruch) verstärken. Oder gute Eigenschaften, wie zum Beispiel der gute Geschmack der kleinen Früchte, können verloren gehen.

Bei der traditionellen Züchtung können Merkmale nur zwischen Organismen ausgetauscht werden, die nahe verwandt sind. Mit Hilfe der Gentechnik können Merkmale dagegen von einer Gattung auf eine andere übertragen werden - sogar zwischen Pflanzen und Tieren oder Bakterien.

Pflanzenzüchtung durch Gentechnik ist weniger zeitaufwendig als traditionelle Züchtung.

Auf welche andere Weise können Gene verändert werden?
Die genetischen Eigenschaften einer Pflanze oder eines Tieres können nicht nur durch Gentechnik verändert werden.

Spontane Veränderungen, Strahlung, bestimmte Chemikalien und auch die traditionelle Züchtung können ebenfalls zur Veränderung der genetischen Eigenschaften einer Pflanze oder eines Tieres führen.

Spontane Veränderungen von Genen, so genannte Mutationen, finden natürlicherweise in jeder Zelle statt, meistens ohne Auswirkungen. Eine natürliche Mutation kann zur Entwicklung positiver wie negativer Merkmale führen. Es ist nicht besonders effektiv, auf eine natürliche Veränderung zu warten, wenn man eine besondere Eigenschaft erzeugen möchte.

Energiereiche Strahlung wie UV-Strahlung oder radioaktive Strahlung und bestimmte Chemikalien können benutzt werden, um Mutationen zu erzeugen. Beide Methoden werden manchmal in der Pflanzenzüchtung eingesetzt.

Bei der traditionellen Züchtung werden nahe verwandte Pflanzen oder Tiere miteinander gekreuzt. So können manchmal Eigenschaften der einen Art in die andere Art „eingekreuzt" werden. Meist werden in der traditionellen Züchtung aber diejenigen Tiere einer Art, die das gewünschte Merkmal in besonders starker Ausprägung zeigen, miteinander gekreuzt. Über mehrere Generationen können so die gewünschten Merkmale, zum Beispiel große Früchte, besonders „herausgezüchtet" werden. Alle unsere Nutzpflanzen und -tiere sind das Ergebnis traditioneller Züchtung über viel Jahrhunderte.

Kann jeder Organismus gentechnisch verändert werden?
Ja, im Prinzip kann alles, was lebt, gentechnisch verändert werden - Tiere, Menschen, Pflanzen und Bakterien.

Mit anderen Worten: theoretisch könnte man auch genetische Eigenschaften aus einem Fisch auf eine Erdbeere übertragen. In der Praxis ist dies aber nicht ganz so einfach. Am einfachsten ist es, Gene zwischen nah verwandten Organismen zu übertragen.

Die Umsetzung der genetischen Information in der Zelle in ein Merkmal des Organismus erfordert viele Schritte. Und viele Merkmale, wie zum Beispiel die Augenfarbe eines Menschen, werden durch die Zusammenwirkung vieler verschiedener Gene bestimmt. Nur bei einigen wenigen Merkmalen haben die Wissenschaftler bereits heute eine genügend klare Vorstellung von diesen Interaktionen, um sie gezielt zu verändern.

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