Stand Nov. 2017

 

 

16....in Beitrag 14 musste ich grinsen...

 

 

     (oder: Agrobakterien als natürliche Gentechniker)

 

Grünlinge werden behaupten, das sei ein dämliches Grinsen gewesen.

Ich kann Ihnen versichern, es war vor lauter Begeisterung. Möglicherweise konnten Sie ja meine Begeisterung nicht so ganz nachvollziehen. Es kam ziemlich unvermutet und abrupt und es ging um Süßkartoffeln und Gentechnik. Vermutlich habe ich in meiner Begeisterung versäumt Ihnen einfach und verständlich darzulegen, was mich so begeistert. Daher möchte ich noch ein wenig weiter – aber nicht zu weit – ausholen.

Eigentlich ist das schon eine ältere Geschichte, die so um 1980 ihren ersten Höhepunkt hatte mit der Erkenntnis: Es gibt natürliche Gentechniker. Ich meine nicht „menschliche“ Gentechniker, die sind ja nicht natürlich und somit würden die Grünlinge gleich protestieren. Nein, ganz kleine, für uns nur im Mikroskop sichtbare Lebewesen. Sie heißen Agrobakterien [1] und können Gene (Erbanlagen) in Pflanzen hineinbefördern. Agrobakterien kommen überall in der Welt neben tausenden anderer Mikrobensorten im Boden vor. Überall da wo auch Pflanzen wurzeln könnten - in Feld, Wald und Wiese -, da hocken sie. Und warten.

Nein, sie warten nicht darauf, bis Grünlinge sie einsammeln, um sie an gentechnischen Experimenten zu hindern [2]. Sie warten darauf, dass knabberndes gefräßiges Getier die Pflanzen verletzt. Das merken sie. So klein sie auch sind und so mühsam sie sich mit Hilfe von Flagellen [3] im feuchtem Boden fortbewegen können, so gelingt es ihnen ab und an bis zur verletzten Stelle vorzudringen.

 

Üblicherweise bohren sich Erreger von Pflanzenkrankheiten in Pflanzen hinein, lösen  Zellwände auf, scheiden giftige Stoffe aus, saugen vorhandene Nährstoffe auf und schwächen die Pflanzen oder töten Zellen und Pflanzenteile und lassen Pflanzen dahinsiechen. Manche Mikroben sind agressiv und vernichten dann Ernten ganzer Regionen.

 

Agrobakterien haben sich eine besonders raffinierte Methode ausgedacht, mit der sie sich von allen anderen Mikroben unterscheiden. Neben dem eigenen Erbmaterial aus DNA-Fäden, das alle Agrobakterien besitzen, schleppen manche noch Extra-DNA mit sich herum. Dieses Extra-Stückchen verleiht ihnen zusätzliche Fähigkeiten. Je nach dem welche Fähigkeiten es ihnen verleiht, haben Biologen das zusätzliche DNA-Stückchen Ti-DNA oder auch Ri-DNA genannt [4].

Nun muss ich Sie an Beitrag 07 erinnern. Dort haben wir unseren Gentechniker sein im Labor hergestelltes Textband in die enorm lange Betriebsanweisung einfügen lassen. Hier probieren nun die Agrobakterien ähnliches. Sie versuchen ein Teilstück (so etwa ein Zehntel) der Ti- oder Ri-DNA in die Pflanzenzelle einzuschleusen. Diesen Teil nennt man T-DNA; T wie transferieren, also herüberschieben. Dabei sind die Agrobakterien nicht wählerisch, was die Pflanzen-Arten anbelangt [5]. Für's Einschleusen des T-DNA-Stückchens heften sie sich an frei zugängliche Pflanzenzellen. Das T-DNA-Fädchen enthält in verklausulierter Form die Information zur Bildung mehrerer Eiweiße. Wie war das mit der Verschlüsselung und den Eiweißen? Schauen Sie in Beitrag 13 nach. Die meisten Eiweiße sind Spezialkatalysatoren; jede Eiweißsorte kann eine ganz bestimmte Stoffwechsel-Reaktion durchführen.

„Zucker in Frucht rein", das war die Anleitung, die im Textband des Züchters in Beitrag 13 kodiert war. Was aber haben die Agrobakterien auf ihrem T-DNA-Textband stehen? Etwa Folgendes:

 

aagcttgttc tacctgcacc cgatgaccca gtggagttcg cagcgttagt catcgatcca cccgttgcgg aaccgctgat caataaaact agccgccctg agatcatcgt cggcgctgtc accatccgcc tggaagaagg tgcgtctgcc gcccgcattg ccgctattgc gcgtgcctgc gcggttccgg catgatcttt ccgtcgaacc gcgtacggat catggtcgcg accaagccgg tcgacttccg taaaggtcat gatggattgg cggcattggt caagaatgag ctgcgcaaag .....

usw. usw. usw. .... noch 25.300 weitere Buchstaben folgen [6].

 

Ich höre Sie schon sagen: Sie sind ein Spaßvogel, was sollen wir damit anfangen?

Meine Antwort: Eigentlich nichts, nur einmal anschauen, so wie in Beitrag 05 und 13; ein Text aus lauter a, c, g und t. Nur in anderen Reihenfolgen.

Meine Frage an Sie, lieber Leser, wäre: Auf was können wir aber nun messerscharf schließen?

Die Antwort habe ich Ihnen ja schon oben verraten: Hier muss wohl in verschlüsselter Form die Zusammensetzung mehrerer Eiweiße hinterlegt sein. Die sollen als Katalysatoren in der Pflanzenzelle etwas verändern, aber nicht zu unseren Gunsten oder zu Gunsten der Pflanze, sondern zu Gunsten der Agrobakterien.

Ich werde Ihnen nun sehr frei übersetzen, was auf dem ca. 26.000 Buchstaben langen T-DNA Abschnitt eines Ti-Fadens stehen könnte: „He, du Pflanzenzelle! Ich, das Agrobakterium, zwinge dich jetzt dazu ein paar Bio-Katalysatoren (Enzyme) zu produzieren. Die Anleitung dazu findest du auf der eingeschleusten DNA. Die Enzyme sollen dann für mich und meine Artgenossen eine Spezialnahrung herstellen. Du selbst hast zwar nichts davon und die fremden Mikroben hier rundherum auch nichts. Die können damit nichts anfangen, aber wir. Wir fressen das gern und möchten ordentlich viel davon. Deshalb wirst du die Anleitungen zu deinen eigenen Genen [7] packen. Dann wachse mal schön und teile dich öfter als sonst, damit es viele Nachkommen von dir gibt und ihr schließlich alle in einem großen Klumpen am Rest der Pflanze hängt, um Nahrung für uns zu produzieren.“

Und so entsteht an der befallenen Pflanze ein Tumor. In diesen Tumoren brütet die Pflanze die Spezialnahrung [8] aus. Daher der Name: Agrobacterium tumefaciens. Ein Schlaraffenland für Agrobakterien, die sich nun ihrerseits wunderbar vermehren. Ähnliches kann in Wurzeln passieren. Stammt das T-DNA Stück aus einem Ri-DNA-Faden, dann muss die arme Pflanze die Agrobakterien-Nahrung in den nun wild wachsenden Wurzel-Wucherungen produzieren. Daher der Name : Agrobacterium rhizogenes.

So ist das mit Krankheitserregern; die denken ganz natürlich zuerst an sich selbst. Sie bringen sogar die Regulation der Pflanzenzelle ganz natürlich unter ihre Kontrolle. Wie verzückt müssen die Grünlinge doch sein, ob dieser wunderbaren ganz natürlichen Gentechnik.

Ich möchte Sie beruhigen, noch bevor Ihnen Zweifel an der Technik der menschlichen Gentechniker kommen und Sie sich entrüsten, wie man mit solchen Tumor-verursachenden Bakterien arbeiten kann: Bitte beruhigen Sie sich!

All das, was ich so frei übersetzt habe, brauchen die Gentechniker für ihre Züchtungszwecke gar nicht. Die Forscher haben nämlich viel geforscht und herausbekommen, wie die Agrobakterien das alles zustande bringen. Jetzt zwingen die Züchter ihrerseits die Bakterien dazu, für uns vorteilhafte Gene in Kulturpflanzen einzuschleusen. Dazu nehmen sie „gezähmte“, harmlose Agrobakterien-Laborstämme als Helfer. Denen hat man all die Bereiche auf dem DNA-Fädchen entfernt, die mit der Spezialnahrung und - wichtiger noch - die mit der Tumorbildung zu tun haben. Man hat den Agrobakterien nur das gelassen, was für die Übertragung des Fädchens in die Pflanzenzelle wichtig ist. Dahinein fügen die Züchter ihren DNA-Textstreifen mit den Anweisungen für die Pflanzen. Die Labor-Agrobakterien mussten oder müssen also einfach nur beim Hineintransport in die Pflanzenzellen dafür sorgen, dass die Anweisungen der Züchter in die riesig-langen und extrem-dünnen Erbfäden der Pflanzenzelle eingefügt werden. Die Pflanzenzellen werden vom Züchter nun gut mit Nährstoffen versorgt. So können sie schließlich zu ganz normalen Pflanzen heranwachsen; allerdings haben sie nun, so wie geplant, in jeder Zelle noch ein oder ein paar Gene mehr. Sie sind die Ausgangslinien für gentechnisch veränderte neue Sorten. Das mit den Agrobakterien war also für uns nie schlimm. Daher nochmal: Kein Grund sich aufzuregen.

 

Nun könnten „kluge Grünlinge“ einwenden: „Was Agrobakterien machen ist aber was anderes als bei den Gentechnikern. Bei den Agrobakterien bleiben nämlich die übertragenen Erbanlagen nur in den Tumoren und werden nicht an die Nachkommen der Pflanzen vererbt.“

Eigentlich hätten sie hier sogar mal recht [9], wenn - und hier muss ich grinsen - ja, wenn es nicht die Süßkartoffel und auch noch andere Pflänzchen gäbe. Bleiben Sie ruhig und entspannt. Ich will versuchen, es Ihnen noch einmal langsam und mit anderen Worten als in Beitrag 14 zu erklären.

Wie wurde die Süßkartoffel auf natürliche Weise durch die Agrobakterien zu einer „Genpflanze“ - sagen wir es korrekt - zu einer gentechnisch veränderten Pflanze?

Ersten weiß das keiner genau. Zweitens konnte vor 8000 Jahren kein Mensch Agrobakterien sehen und hätte er noch so scharfe Augen gehabt. Drittens gab es zu dieser Zeit weder Mikrobiologen noch Gentechniker. Viertens hat man es erst vor kurzem entdeckt und kann sich nur im Nachhinein einen Reim darauf machen.

Was also hat man entdeckt?

 

Wie ich schon in anderen Beiträgen erwähnt habe, kann man seit einigen Jahren die acgt-Abfolgen in den Erbfäden mit großer Geschwindigkeit bestimmen. Und so hat man in diesem Jahr die gesamte Erb-Information der Süßkartoffel entziffert.

Dann inmitten der vielen acgt die Überraschung: Eine ziemlich lange acgt-Reihenfolge, die eine Riesenübereinstimmung mit T-DNAs aus Agrobakterien [10] hat. Davor und dahinter nur Süßkartoffel-Erbsubstanz.

„Das können nur die bösartigen Gentechniker gewesen sein. In Geheim-Labors haben sie alles zusammengeheftet“, werden sich sogleich die Grünlinge heftig ereifern. Was auch sonst?

 

Nein, liebe Leser, das hat man bei allen Kultursorten gefunden und auch bei ein paar Exemplaren von Wildsorten.

Vor langer Zeit muss eine Agrobakterie (oder auch mehrere verschiedene) versucht haben, seine T-DNA in eine Süßkartoffel-Zelle zu übertragen. Aber dabei ist für das Agrobakterium was schief gelaufen.

 

Es hat - aus was für Gründen auch immer – mit der Übertragung der T-DNA nicht richtig geklappt und auch nicht mit den Zellwucherungen. Und doch konnte sich ein Teil der T-DNA in das pflanzeneigene Erbmaterial einfügen. Unbeeinflusst davon ist die Pflanzenzelle einfach weiter ihrer Tätigkeit nachgegangen, mit der sie gerade beschäftig war: Wachsen und ihr Erbmaterial verdoppeln; ihr Erbmaterial [11], das jetzt um ein kleines Stück T-DNA verlängert war. Dann hat sich die Zelle, wie es bei der Vermehrung so üblich ist, geteilt und zwei Tochterzellen gebildet. Die taten das Gleiche: Fein säuberlich genau den DNA-Text kopieren und an die nächste Zellgeneration weitergeben; und so weiter und so fort. Alle enthielten das Extra-Stückchen der T-DNA.

Einige der Zellen bildeten schließlich eine Blüte mit Eizellen und Pollen. Aus Eizellen und Pollen entstanden ganz normale Samen und aus denen wiederum Pflanzen; diesmal mit schönen Knollen, schöner als die, die die Menschen zu jener Zeit sonst von der Süßkartoffel kannten. Aus einer kleinen häßlichen Süßkartoffel wurde mit Hilfe einer Agrobakterie - wie durch ein Wunder - eine ansehnliche wohlschmeckende Pflanze. Man hat sie weiter vermehrt, angebaut und verbreitet. So oder so ähnlich könnte es gelaufen sein. Wie auch immer, es ist eine schöne Geschichte.

Tatsache ist: Alle Sorten, die heute im Handel sind, müssten wir, wenn wir uns denn einmal des offiziellen Sprachgebrauchs bedienen wollen, als „gentechnisch veränderte Organismen“ ( kurz: GVO) bezeichnen; denn sie enthaltenartfremdeDNA. Grünlinge müssten sie nun als „Gen-Fraß“ und „Frankenstein-Food“ oder wie immer anprangern, denn alle diese wohlschmeckenden Süßkartoffel-Sorten tragen das Stückchen Agrobakterien-Erbmaterial mit sich herum, bis zum heutigen Tag. Und heute essen Milliarden Menschen diese nahrhafte Knolle und sie wird sogar bei uns in Deutschland in zunehmender Menge verkauft !!!

 

Aber jetzt kommt der Extra-Horror - nicht für die, die sich die Süßkartoffel schmecken lassen – sondern für Grünlinge. Und deshalb muss ich grinsen. Nicht, dass da nur ein Stückchen Bakterien -DNA zu finden wäre, nein, auf dem T-DNA-Textstreifen scheinen doch tatsächlich noch „aktiveAgrobakterien-Gene zu sein. Oh, Graus. Was machen aktive Gene?

 

Hier muss ich leider eine Erklärung einfügen, die ich bisher versucht habe zu vermeiden, damit es nicht zu kompliziert wird und Sie nicht wegklicken. Aber es soll auch nicht von mir gesagt werden können, ich verbreite Falschmeldungen.

 

Was machen also aktive Gene? Na, klar! Sie sorgen dafür, dass ihre verschlüsselte Information aus a, c, g und t in Bakterien-Eiweiße, genauer: Bakterien-Biokatalysatoren, übersetzt wird. Nun geht das aber nicht ganz so direkt, wie wir es bisher der Einfachheit halber angenommen haben. Damit es mit der Eiweiß-Bildung losgehen kann, müssen zuerst von den verantwortlichen Genen auf dem DNA-Faden Abschriften der acgt-Reihenfolgen gemacht werden. Es entstehen Gen-lange Molekül-Fädchen aus RNA [12]. Dieses Abschreiben nennt man „Transkription“. Und das ist es, was die Forscher bisher bei den Süßkartoffeln finden konnten. Das mit der „Transkription“ klappt hervorragend. Das wiederum ist ein deutlicher Hinweis für die Forscher, dass auch der nächste Schritt - die Übersetzung in Eiweiße - mit sehr großer Wahrscheinlichkeit erfolgt.

Um es wirklich Hieb und Stichfest zu machen, müssen Sie noch die Bakterien-Eiweiße finden. Es müssten so vier bis fünf verschiedene Typen sein.

 

Falls sich ein Grünling auf diese Webseite verirrt haben sollte, hier noch mal die Quintessenz, extra für ihn: Mit großer Wahrscheinlichkeit bilden die Süßkartoffeln auch noch heute Bakterien-Enzyme; so vier bis fünf verschiedene Sorten. Ja, haben wir uns denn in so kurzer Zeit in Deutschland überhaupt an die Süßkartoffeln als Nahrung gewöhnen können? Wenn ich daran denke, dass ich erst im Alter von 50 Jahren zum ersten Mal Süßkartoffeln gegessen habe, dann tritt mir noch jetzt der Angstschweiß auf die Stirn. Aktive Gene von Pflanzenkrankheitserregern in Süßkartoffeln!“. Ganz grob überschlagen: 30 Milliarden gefährliche Gene je Kilogramm [13]. Zwei Jahre sind seid der Aufdeckung des fürchterlichen Befundes vergangen. Wieso sind die grünlichen Aktivisten noch nicht auf die Barrikaden gegangen? Da haben Grünlinge wohl jämmerlich und kläglich versagt in ihrem Kampf um  „genfreie“ Nahrung. Und nun werden wir aus Afrika, Asien oder Südamerika mit gentechnisch veränderten Süßkartoffeln überschwemmt.

 

Entschuldigen Sie, liebe Leser, ich bin etwas vom Thema abgeschweift. Zurück zu Tatsachen: Die Pflanzen produzieren wohl mehrere Bakterien-Eiweiße. Denn irgend etwas scheint in den Pflanzen verändert zu sein. Was ist dieses „irgend etwas“? Ein Biologe würde es „Regulation“ nennen. Wie die Bakterien-Gene und Bakterien-Eiweiße nun genau was verändern, daran forscht man zur Zeit noch. Und auch deshalb muss ich grinsen. Für einen Grünling wäre das schon bedrohlich nahe am „GAU“, dem „größten anzunehmenden Unfall“, wie es etwa in Beitrag 12 beschrieben ist. Und das hat mich begeistert: Gentechnik führt nicht ins Verderben, sondern im Gegenteil, Gentechnik hat uns mit neuer gesunder „natürlicher“ Nahrung beglückt.

 

Stellen Sie sich einmal vor, ein (menschlicher) Gentechniker hätte vor Jahren ähnliches mit einer Wild-Süßkartoffel angestellt: Irgendwelche Teile vom Erbmaterial der Agrobakterien in die Süßkartoffeln hineintransportiert [14]. Und hätte durch Zufall schöne dicke Knollen bekommen. Sehen Sie nicht auch schon, wie sich Aktivisten vor den Toren des Pflanzenzuchtbetriebes zusammenrotten? Sehen Sie nicht auch schon Aktivisten mit Hacken und Gasbrennern über die Versuchsfelder rennen. Was für ein trauriges Ende der Geschichte! ….Ach, ich habe ja vergessen, wir haben in Deutschland seit ein paar Jahren gar keine Versuchsfelder mehr. Und dann habe ich ja noch vergessen, unsere grünlichen Bürokraten haben das Vorsorgeprinzip zum Leitsatz auserkoren. Als ob diese Bürokraten es besser wüssten. Alles erst mal verbieten und anderswo entwickeln und ausprobieren lassen. Anderswo, das wäre Amerika oder Brasilien oder Indien oder eben anderswo. Tut mir Leid für die Aktivisten. Die müssen nun mit hohen CO2-Fußabdrücken ins ferne Ausland fliegen, um sich in ihrem ethisch motivierten Gentechnik-Zerstörungsdrang austoben zu können.

 

Zurück zu den netten Agrobakterien. Grinsen musste ich auch deswegen: Wenn Gentechniker heute die Agrobakterien zwingen für uns nützliche Gene in Kultursorten zu übertragen, dann benötigen sie dazu nur ein winziges Stückchen der Agrobakterien-DNA. Ich habe es in Beitrag 14 und auch oben erwähnt. Dieses Stückchen ist aber nur ein Bruchteil so groß, wie das, was man in Süßkartoffeln findet. Und dieses Stückchen vom Stückchen lässt Grünlinge vor Bedenken halb irre werden.

 

Lieber Leser, sollte ein Grünling rummaulen und behaupten, das mit den Agrobakterien sei ja von mir viel zu oberflächlich und ungenau beschrieben und in Wirklichkeit gefährlich, dann denken Sie dran: Wie ich es erklärt habe, ist es vom Prinzip her richtig. Nur, es ist die allerleichteste Kurzfassung einer schwierigen Zusammenfassung [1] mit vielen Fachausdrücken und die wiederum das Ergebnis von Hunderten von Forschungsberichten. Vom Prinzip her aber richtig.

 

 

Zum Nachschauen oder zur Ergänzung:

[1] einiges über Agrobakterien können Sie aus dem Internet erfahren, aber vieles nur aus Büchern und kostenpflichtigen Veröffentlichungen. Hier zwei Literaturquellen: 1. Tzfira T, Citovsky V (eds) (2008) Agrobacterium: from biology to biotechnology. Springer, New York. 773 Seiten. 2. Tina Kyndt et al.: The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: An example of a naturally transgenic food crop. PNAS 112, no. 18 , 5844 – 5849 [2] das ist übrigens kein schlechter Gedanke, dann wären sämtliche Grünlinge dieser Welt zeitlebens mit dem Einsammeln von Abermilliarden dieser „gefährlichen“ Mikroben beschäftigt und hätten keine Zeit anderen Unfug zu veranstalten [3] Flagellen sind so was wie winzigste Peitschen [4] Ti soll bedeuten: Tumor-induzierend; Ri soll bedeuten Wurzelhaar-Wucherungen induzierend (R = Root (=engl. für Wurzel) [5] viele Agrobakterien-Sorten haben sich schon auf bestimmte Pflanzengruppen spezialisiert; ausschlaggebend dafür scheint das kleine Extrastück zu sein, das in verschiedenen Variationen vorliegen kann [6] den ganzen Text können Sie sich unter https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/AJ237588.1 am Ende der Webseite anschauen [7] grob geschätzt sind das (alle zusammen) vielleicht in jeder Zelle so 160- bis 180-Tausend Gene (6n); wobei jedes Gen in sechs (mehr oder weniger gleichen) Kopien vorkommt [8] damit Sie sich genauer informieren können - wenn Sie wollen -, nenne ich Ihnen noch Namen der Spezialnahrung. Das können je nach Art des Ti/Ri-DNA-Fadens sein: Agropine, Mannopine, Octopine u.a. [9] diesen Satz zu schreiben, hat mich große Überwindung gekostet [10] genauer: Agrobacterium rhizogenes [11] DNA-Fäden aufgewickelt in den Chromosomen; siehe auch Fußnote 7 [12] ähnlich wie DNA, nur viel kürzer und mit leicht veränderten Molekülbausteinen (a, c, g, u); gucken Sie im Internet nach [13] Überschlagen wir kurz ganz grob: In einem Kubikmillimeter 3000 Zellen; in einem Kubikzentimeter 3 Millionen; in einem Liter 3 Milliarden Zellen. Die wiegen ungefähr ein Kilogramm. Also 5 Bakteriengene in jeder Zelle ergeben 15 Milliarden, alle zusammen. Aber, halt! Jede Süßkartoffelzelle enthält ihr Erbmaterial in 6-facher Ausführung und die Bakteriengene vermutlich in doppelter Ausführung! Also 15 x 2 ergäbe dann 30 Milliarden „artfremde fürchterliche“ Gene je kg [14] Solche Versuche hat man tatsächlich durchgeführt; nicht bei der Süßkartoffel, aber mit anderen Pflanzen und nur in Forschungslabors.