Genetisch veränderte Lebensmittel
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Genetisch veränderte Lebensmittel Ziel der Gentechnik: Verändern der Erbinformation von Lebewesen, oft auch über die Artgrenzen hinweg, um ihnen erwünschte Eigenschaften zu verleihen Weltweiter Anbau von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen 1996-2008 in Mio. Hektar (Quelle: ISAAA 2008) Anbauflächen von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen 2008 in Millionen Hektar in verschiedenen Ländern (Quelle: ISAAA 2008) Source: International service for the acquisition of agri-biotech applications. http://www.isaaa.org Source: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). http://www.isaaa.org 144 GM events, representing 24 crops, have been approved worldwide. 33 GM crops are commercialised worldwide. Pflanzen - Herbizidresistenz Totalherbizid Glyphosat (Roundup der Firma Monsanto) hemmt Enzym, das zur Bildung von aromatischen Aminosäuren, bestimmten Vitaminen und sekundären Pflanzeninhaltsstoffen notwendig ist: 5-Enolpyruvylshikimat-3-Phosphat-Synthase (EPSP-Synthase) Einbau des Gens, das für eine bakterielle EPSP-Synthase codiert (aus Agrobacterium tumefaciens) Baumwolle, Kartoffel, Mais, Sojabohne, Tabak und Weizen Pflanzen - Schutz vor Insekten Entwicklung transgener, insektenresistenter Pflanzen Man greift auf natürliche Toxine zurück, die von dem Bakterium Bacillus thuringensis gebildet werden (Bt-Toxine). Wirkung der Toxine: Umwandlung der Toxine im Insektendarm in aktive Form ⇒ Einlagerung in Zellmembran der Darmepithelzellen ⇒ Bildung von Poren in der Zellmembran ⇒ Lyse der Epithelzellen ⇒ Tod der Insekten Nach umfangreichen Feldversuchen werden Bt-Pflanzen kommerziell angebaut. Bt-Mais: dadurch Insektizidmenge um 10% zu reduzieren, Ertragsteigerung Gen in „Maximizer“ Mais Bt176 (Novartis) Veränderung von Mikroorganismen Hefen und Bakterien werden bei der Herstellung von Sauerkraut, Käse, Joghurt, Brot, Bier, Wein… eingesetzt Veränderung von Hefen und Bakterien ⇒ Vereinfachung der Produktionsverfahren ⇒ Beschleunigung von Reifungsprozessen ⇒ Bildung von Zusatzstoffen, Aromastoffen, Enzymen… Modifikationen an Lebensmitteln Änderung der Zusammensetzung durch Expression neuer Gene oder Inaktivierung vorhandener Gene • Kohlenhydrate (z.B. Stärke, Inulin) • Fettsäuren (z.B. Veränderung des Verhältnisses von gesättigten zu mehrfach ungesättigten Fettsäuren) • Proteine (z.B. Erhöhung des Gehalts an essentiellen Aminosäuren • Vitamine Goldener Reis • In vielen Entwicklungsländern große Defizite an Vitaminen, Mineralien und Spurenelementen. • Reis, der für einen Großteil der Menschheit das Hauptnahrungsmittel ist, enthält kaum Vitamin A. Gelungen, gentechnisch Reispflanzen zu erzeugen, die größere Mengen an Provitamin A (=ß-Carotin) produzieren, das im menschlichen Körper leicht in Vitamin A umgewandelt werden kann. Reiskörner enthalten kein ß-Carotin, aber man findet eine Substanz (Geranylgeranylpyrophosphat), die in ß-Carotin umgewandelt werden kann. Lagerungsfähigkeit und Geschmack Grundsätzlich ist es möglich, ein einzelnes Gen im Genom einer Pflanze "abzuschalten“, so dass die Bildung des betreffenden Proteins (zum Teil) unterdrückt wird. Antisense-Verfahren FlavrSavr Tomate Reduktion der Allergenität Ziel: mit gentechnischen Mitteln Enzyme modifizieren oder ausschalten, dadurch Pflanzen mit geringerem allergenen Potential herstellen Genetisch veränderte Tiere Lebensmittel - Gentechnik • Lebensmittel kann selbst ein lebender Organismus sein, z.B. Kartoffel, Mais, Tomate, Sojabohne • Lebensmittel kann lebende Organismen enthalten oder daraus bestehen (Milchsäurebakterien in Joghurt oder in Salami) • Aus einem Organismus hergestellt werden, z.B. Tomatenketchup, Sojadrinks oder Rapsöl (inkativierter GVO) • Mit Hilfe von Mikroorganismen hergestellt werden, ohne diese zu enthalten, z.B. Bier (filtriert) oder Zitronensäure Mögliche Gefahren für den Menschen • Übertragung des eingefügten Gens auf andere Organismen • Übertragung von Antibiotikaresistenzen von Pflanzen auf pathogene Mikroorganismen im Darm • Entstehung von Allergien auf Produkte von eingebrachten Genen • Bildung ungewollter, toxischer Substanzen in den transgenen Pflanzen Europäisches Zulassungsverfahren nach Verordnung (EG) Nr. 1829/2003 GM crops approved in the EU http://ec.europa.eu/food/dyna/gm_register/index_en.cfm Validated method: • Sample homogenization • DNA extraction • PCR (reagents, primer sequences, temperature program, negative controls, positive controls…) Legal regulations for GMO labeling Source: E. Michelini et al., Anal. Bioanal. Chem. 392 (2008) 355-367. Kennzeichnungsvorschriften seit 18. 4. 2004: alle Lebens- und Futtermittel sind kennzeichnungspflichtig, die GVOs enthalten, daraus bestehen oder daraus hergestellt wurden vorher: Lebensmittel mussten nur dann gekennzeichnet werden, wenn die GVOs im Lebensmittel nachgewiesen werden konnten Schwellenwert: Kennzeichnung ab 0,9% Kennzeichnung: „dieses Produkt enthält genetisch veränderte Organismen“ oder „hergestellt aus genetisch verändertem (Bezeichnung des Organismus)“ Labeling regulation in the EU Food and feed which contains, consists of, or is produced from GMOs must carry a label which refers to the presence of GMOs. Labeling is not required for food/feed (ingredient) in a proportion lower than 0.9% if its presence is technically unavoidable. Analytik • Bestimmung der eingeführten DNA • Bestimmung des transgenen Proteins Bestimmung des transgenen Proteins Anspruchsvolle Analytik: geringe Mengen des Proteins (µg transgenes Protein pro g frisches Gewebe) in Gegenwart vieler Proteine, die in wesentlich höheren Konzentrationen vorliegen Methode der Wahl: ELISA Probleme: • wenn der Inhaltsstoff oder das Endprodukt das Zielprotein nicht enthält. z.B. wenn das Protein in Teilen der Pflanze gebildet wird, die nicht im Endprodukt vorliegen • wenn Protein während der Herstellung denaturiert wurde Bestimmung der eingeführten DNA Methode der Wahl: PCR DNA-Extraktion: relativ einfach: pflanzliche Gewebe (Samen, Blätter); rohe oder wenig verarbeitete Materialien problematisch: Lebensmittel, die bestimmte Polysaccharide enthalten; Lebensmittel, die große Mengen an Öl enthalten; Schokolade; alkoholische Getränke Specificity of the PCR assays Plant DNA Promoter 1. Screening 2. Gene-specific 3. Construct-specific 4. Event-specific Enhancer Structural gene Terminator Plant DNA Typical scheme in routine GMO analysis Screening Food product P35S tNOS Selection of target sequences for screening Source: H.-U. Waiblinger et al., Anal. Bioanal. Chem. 396 (2010) 2065-2072 Typical scheme in routine GMO analysis negative Screening Food product positive Identification/ Authorised? yes no Quantification Less than 0.9% No labeling required More than 0.9% Labeling required Quantification Threshold cycle Event MON810 log gene copy number Reference maize
