mini|Mäuse unter UV-Licht. In der Mitte eine unveränderte Maus, links und rechts Tiere, die gentechnisch so verändert sind, dass sie in manchen Körperteilen Grün fluoreszierendes Protein bilden. Als Gentechnik bezeichnet man Methoden und Verfahren der Biotechnologie, die auf den Kenntnissen der Molekularbiologie und Genetik aufbauen und gezielte Eingriffe in das Erbgut (Genom) und damit in die biochemischen Steuerungsvorgänge von Lebewesen bzw. viraler Genome ermöglichen. Als Produkt entsteht zunächst rekombinante DNA, mit der wiederum gentechnisch veränderte Organismen (GVO) hergestellt werden können. Der Begriff Gentechnik umfasst die Veränderung und Neuzusammensetzung von DNA-Sequenzen in vitro (z. B. im Reagenzglas) oder in vivo (in lebenden Organismen). Dazu gehört auch das gezielte Einbringen von DNA in lebende Organismen.Michael T. Madigan, John M. Martinko: Brock Mikrobiologie. 11. Auflage. Pearson Studium, 2006, ISBN 3-8273-7187-2, S. 1167.
Gentechnik wird sowohl zur Herstellung neu kombinierter DNA innerhalb einer Art, (PDF; 74 kB). als auch über Art-Grenzen hinweg verwendet. Dies ist möglich, weil alle Lebewesen denselben genetischen Code benutzen, von dem nur in wenigen Ausnahmefällen leicht abgewichen wird (siehe codon usage). Ziele gentechnischer Anwendungen sind beispielsweise die Veränderung von Kulturpflanzen, die Herstellung von Medikamenten oder die Gentherapie.
Obwohl es große Gemeinsamkeiten bei den verwendeten Methoden gibt, wird häufig nach Anwendungsbereich differenziert: Grüne Gentechnik – Agrogentechnik – Anwendung bei Pflanzen Rote Gentechnik – Anwendung in der Medizin und Pharmazeutik Weiße Gentechnik – Anwendung in der Industrie Graue Gentechnik – Anwendungen speziell in der Abfallwirtschaft Blaue Gentechnik – Anwendungen auf Lebewesen des Meeres, insbesondere Tiefseebakterien
Bedeutung Nutzpflanzen
Transgene Nutzpflanzen haben seit ihrer Erstzulassung im Jahr 1996 weltweit an Bedeutung gewonnen und wurden 2015 in 28 Ländern auf 179 Millionen Hektar (das entspricht knapp ca. 12 % der globalen Landwirtschaftsfläche von 1,5 Mrd. Hektar) angebaut. Dabei handelt es sich insbesondere um Pflanzen, die aufgrund von gentechnischen Veränderungen tolerant gegenüber Pflanzenschutzmitteln oder giftig für bestimmte Schadinsekten sind. Durch den Einsatz haben sich für Landwirte, insbesondere in Entwicklungsländern, trotz höherer Ausgaben für Saatgut teilweise Ertrags-, Einkommens- und Gesundheitsvorteile oder Arbeitserleichterungen sowie geringere Umweltbelastungen ergeben. Zugelassenen Sorten wird von wissenschaftlicher Seite Unbedenklichkeit für Umwelt und Gesundheit attestiert. Umweltverbände, Anbieter ökologisch erzeugter Produkte sowie einige politische Parteien lehnen die grüne Gentechnik ab.
Tiere
Gentechnisch veränderte Tiere werden vor allem in der Forschung als Versuchstiere eingesetzt. Für den menschlichen Verzehr sowie zur Eindämmung von Infektionskrankheiten sind Tiere noch nicht zugelassen.
Medizin und Pharmazie Etliche Produkte, die für den Menschen interessant sind (zum Beispiel Insulin, Vitamine), werden mit Hilfe gentechnisch veränderter Bakterien hergestellt. Auch für die Medizin hat die Gentechnik Bedeutung erlangt, die Zahl der gentechnisch hergestellten Medikamente auf dem Markt nimmt stetig zu. Anfang 2015 waren in Deutschland 175 Arzneimittel mit 133 verschiedenen gentechnisch erzeugten Wirkstoffen zugelassen.Liste zugelassener gentechnische Arzneimittel in Deutschland beim „Verband forschender Arzneimittelhersteller“ (2008 waren es 134 Arzneimittel mit 98 Wirkstoffen). Sie werden bei zahlreichen Krankheiten eingesetzt, etwa Zuckerkrankheit, Blutarmut, Herzinfarkt, Wachstumsstörungen bei Kindern, verschiedenen Krebsarten und der Bluterkrankheit. Weltweit befinden sich über 350 Gentech-Substanzen in klinischen Prüfungen mit Patienten.
Insulin ist das bekannteste Hormon, das mit Hilfe der Gentechnik produziert wird. Das früher verwendete Insulin stammte von Rindern und Schweinen und war nicht hundertprozentig baugleich mit dem des Menschen. Mittels Gentechnik wurde es nun ersetzt und löste u. a. die Probleme von Diabetikern mit einer Unverträglichkeit gegenüber Tierinsulin.
Auch in der Krebstherapie sind gentechnisch hergestellte Medikamente heute etabliert. Nach Meinung einiger Krebsexperten könnten durch den Einsatz von Interferon (PDF; 53 kB) zum Thema rekombinante Interferone in der Hautkrebstherapie und blutbildenden WachstumsfaktorenEuropean Organisation for Research and Treatment of Cancer: EPO soll Krebstherapie unterstützen – scinexx 2004, Einsatz von Erythropoietin gegen Anämie nach einer Chemotherapie. die Krebstherapien bei bestimmten Tumorarten verbessert, Krankenhausaufenthalte verkürzt oder gar vermieden sowie Lebensqualität gewonnen werden.
Ansätze zur gentechnischen Veränderung von Zellen im menschlichen Körper zu Heilzwecken werden im Artikel Gentherapie beschrieben.
Geschichte Vor etwa 8000 Jahren wurde im heutigen Mexiko durch Züchtung das Erbgut von Teosinte-Getreide durch die Kombination von natürlich vorkommenden Mutationen so verändert, dass die Vorläufer der heutigen Mais-Sorten entstanden. Dadurch wurde nicht nur der Ertrag erhöht, sondern auch eine Pilzresistenz erzeugt. Skript bei biokurs.de.
Künstliche Mutationen für Züchtungszwecke wurden innerhalb der konventionellen Landwirtschaft erzeugt, indem Keime stark ionisierender Strahlung oder anderen genverändernden Einflüssen (Mutagenen) ausgesetzt wurden, um Mutationen im Erbgut häufiger als unter natürlichen Bedingungen hervorzurufen.Biologie-Online: Strahlengenetik. Samen wurden ausgesät und jene Pflanzen, die die gewünschten Eigenschaften besaßen, wurden weiter gezüchtet. Ob dabei auch noch andere, unerwünschte, Eigenschaften entstanden, wurde nicht systematisch überprüft. Diese Technik wurde bei fast allen Nutzpflanzen und auch bei einigen Tierarten angewendet, jedoch lag der Erfolg der Mutationszüchtung bei Pflanzen nur zwischen 0,5 und 1 % an züchterisch brauchbaren Mutanten, bei Tieren ist diese Methode überhaupt nicht zu gebrauchen.Friedrich Leibenguth: Züchtungsgenetik. Thieme, 1982, ISBN 3-13-628601-4, S. 30 und S. 207f.
Bei diesen Vorläufern der Gentechnik enthielt der veränderte Organismus jedoch keine rekombinante DNA.
mini|hochkant=0.6|Autoradiographie eines Sequenziergels. Die dargestellte DNA wurde mit 32P (Phosphor) radioaktiv markiert. Die eigentliche Geschichte der Gentechnik begann, als es Ray Wu und Ellen Taylor 1971 gelang, mit Hilfe von 1970 entdeckten RestriktionsenzymenH. O. Smith, K. W. Wilcox: A restriction enzyme from hemophilus influenzae. I. Purification and general properties. In: Journal of molecular biology. Band 51, 1970, S. 379–391. PMID 5312500. eine Sequenz von 12 Basenpaaren vom Ende des Genoms eines Lambdavirus abzutrennen.R. Wu, E. Taylor: Nucleotide sequence analysis of DNA. II. Complete nucleotide sequence of the cohesive ends of bacteriophage lambda DNA. In: Journal of molecular biology. Band 57, 1971, S. 491–511. PMID 4931680. Zwei Jahre später erzeugte man das erste genetisch veränderte rekombinante Bakterium, indem ein Plasmid mit vereinter viraler und bakterieller DNA in das Darmbakterium Escherichia coli eingeschleust wurde.Stanley Norman Cohen, Annie Chang, Herbert W. Boyer, Robert B. Helling: Construction of Biologically Functional Bacterial Plasmids in vitro. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 70, 1973, S. 3240–3244. Angesichts dieser Fortschritte fand im Februar 1975 die Asilomar Conference on Recombinant DNA in Pacific Grove, Kalifornien, statt. Auf der Konferenz diskutierten 140 Molekularbiologen, Ärzte, Juristen und Journalisten die Sicherheitsauflagen, unter denen die Forschung weiter stattfinden sollte.U. Tröhler: In: Schweizerische Ärztezeitung. 28/2000. Die Ergebnisse waren Grundlage für staatliche Regelungen in den Vereinigten Staaten und später in vielen anderen Staaten.Biolab Baden-Württemberg: Sicherheit & Recht.
1977 gelang erstmals die gentechnische Herstellung eines menschlichen Proteins in einem Bakterium.Genentech Firmenchronologie: 1977 Genentech produced the first human protein (Somatostatin) in a microorganism (E. coli bacteria), 1982 First recombinant DNA drug marketed: human insulin Im selben Jahr entwickelten Walter Gilbert, Allan MaxamA. Maxam, W. Gilbert: A new method of sequencing DNA. In: Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. Band 74, 1977, S. 560–564. PMID 265521 und Frederick SangerF. Sanger, G. M. Air, B. G. Barrell, N. L. Brown, A. R. Coulson, C. A. Fiddes, C. A. Hutchison, P. M. Slocombe, M. Smith: Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA. In: Nature. Band 265, 1977, S. 687–695. PMID 870828. unabhängig voneinander Methoden zur effizienten DNA-Sequenzierung, für die sie 1980 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden. Ende der 1970er Jahre entdeckten die Belgier Marc Van Montagu und Jeff Schell die Möglichkeit, mittels Agrobacterium tumefaciens Gene in Pflanzen einzuschleusen und legten damit den Grundstein für die Grüne Gentechnik.Jozef Schell, M. Van Montagu: The Ti-plasmid of Agrobacterium tumefaciens, a natural vector for the introduction of nif genes in plants? In: Basic Life Sci. Band 9, 1977, S. 159–179.
1980 beantragte Ananda Chakrabarty in den USA das erste Patent auf einen GVO, dessen Zulassungsverfahren bis vor den Supreme Court getragen wurde. Dieser entschied 1981, dass der Fakt, dass Mikro-Organismen lebendig sind, keine gesetzliche Bedeutung für den Zweck des Patent-Rechtes habe und machte damit den Weg für die Patentierung von Lebewesen frei.Entscheidung des Supreme Court im Fall DIAMOND vs. CHAKRABARTY, 447 U, S. 303. 1982 kam in den Vereinigten Staaten mit Insulin das erste gentechnisch hergestellte Medikament auf den Markt. 1982 wurde mit dem Bakteriophagen Lambda das erste Virus in seiner vollständigen DNA-Sequenz veröffentlicht.F. Sanger, A. R. Coulson, G. F. Hong, D. F. Hill, G. B. Petersen: Nucleotide sequence of bacteriophage lambda DNA. In: Journal of molecular biology. Band 162, Nr. 4, 1982, S. 729–773. PMID 6221115 Im Jahr 1983 entwickelte Kary Mullis die Polymerase-Kettenreaktion, mit der DNA-Sequenzen vervielfältigt werden können und erhielt dafür 1993 den Chemie-Nobelpreis.R. K. Saiki, D. H. Gelfand, S. Stoffel, S. J. Scharf, R. Higuchi, G. T. Horn, K. B. Mullis, H. A. Erlich: Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase. In: Science. Band 239, Nr. 4839, 1988, S. 487–491. PMID 2448875. 1985 wurden genetisch manipulierte Pflanzen in den USA patentierbar und es erfolgte die erste Freisetzung genetisch manipulierter Bakterien (ice minus bacteria). 1988 wurde das erste Patent für ein gentechnisch verändertes Säugetier, die sogenannte Krebsmaus, vergeben.
Ab Herbst 1990 wurde im Humangenomprojekt damit begonnen, das gesamte Genom des Menschen zu sequenzieren. Am 14. September 1990 wurde die weltweit erste Gentherapie an einem vierjährigen Mädchen durchgeführt.W. Anderson: Human gene therapy. In: Science. 256, 1992, S. 808, . Im Jahr 1994 kamen im Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten gentechnisch veränderte Flavr-Savr-Tomaten, auf den Markt.Matthew G. Kramer, Keith Redenbaugh: Commercialization of a tomato with an antisense polygalacturonase gene: The FLAVR SAVR™ tomato story. In: Euphytica. 79, 1994, S. 293, .