Nationale und Internationale Trends in der Biotechnologie aus Sicht

Universität Klagenfurt
Fakultät für Kulturwissenschaft
Institut für Medien- und Kommunikationswissenschaft
LV 180.322
Vortragender: Orat Ing. Mag. Hermann Leustik
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Nationale und Internationale Trends in der
Biotechnologie aus Sicht der Wissenschaft
Angelika Hödl
9020 Klagenfurt
9913231
e-mail: [email protected]
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Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung
2. Medizin und Gesundheit
2.1. Pharmaka
2.2. Künstliche Organe
2.3. Gentherapie
2.4. Medizin in Entwicklungsländern
3. Ernährung
3.1. Entwicklungsländer
3.2. Westliche Welt
4. Neue Industrielle Ressourcen
4.1. Öle und Fettsäuren
4.2. Neuartige Stärken
4.3. Biologisch abbaubares Plastik
5. Vorschläge und Schlussbemerkung
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1.
Einleitung:
Im vergangenen Jahrzehnt wurde die Methode der Anzucht von Mikroorganismen erheblich
verbessert. Parallel wurden auch Methoden des Gentransfers entwickelt, welches heute in der
biologischen Forschung unverzichtbar sind.
Dieses Know How birgt nicht nur Risken , sonder kann auch bei der Lösung handfester
Probleme eingesetzt werden. Im Folgenden möchte ich darlegen, wie Biotechnologie im
Speziellen im Bereich Medizin Umwelt und auch Industrielandschaft verändert.
2. Medizin und Gesundheit
2.1. Pharmaka
Wie großteils bereits bekannt, werden eine Vielzahl von Pharmaka in genetisch, gentechnisch
veränderten Mikroorganismen produziert. Das wäre ein Aspekt der Biotechnologie. Von
weitaus größerem und innovativen Potential wäre hingegen auch
2.2. Künstliche Organe
Um Gewebe künstlich zu erzeugen, bedient man sich einer Manipulation. Dafür werden
ultrareine, biologische abbaubare Polymere werden dabei herangezogen. Die Polymere sind
mechanisch beanspruchbar und zeichnen sich durch ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu
Volumen aus, die der abbaubaren chirurgischen Nähseide ähnlich sind.
Nun wird aus diesem Plastikmaterial ein Gerüst geformt, das die Struktur des Organs
nachempfindet. In das Gerüst wiederum wird mit körpereigenen Zellen beimpft. Mit
fortschreitender Zellteilung wird das Plastikgerüst abgebaut, dass am Ende nur
zusammenhängendes Organgewebe übrig bleibt.
So kann das neue künstliche Organ dem Patienten implantiert werden, ohne dass Abstoßung
zu befürchten ist.
Diese Methode nennt sich „Engeneering“ und könnte in Zukunft ein Design ganzer Organe,
wie Nieren und Leber oder gar ganzer Extremitäten möglich werden.
Sicher sind noch viele Probleme zu lösen,, bevor man an eine routinemäßigen Einsatz denken
kann, der Trend zur Nutzung artifizieller Organe ist jedoch unverkennbar.
2.3. Gentherapie
Mit der Entwicklung der Gentherapie hat die Wissenschaft das Spektrum der
Heilungsmöglichkeiten stark erweitert.
Dabei geht es in erster Linie um die Behebung von erblichen Defekten.
Meist liegt in der Genübertragung allein die Heilungschance.
Beispielsweise bei Immundefizienz, SCID.
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Zur Zeit ist die somatische Gentherapie noch nicht Bestandteil des medizinischen Repertoires,
wird es aber spätestens in zehn Jahren sein, denn diese Methode ist für den Patienten weitaus
weniger belastend.
2.4. Medizin in Entwicklungsländern
Eines der größten Probleme in Entwicklungsländern ist die Versorgung der Regionen mit
Nahrungsmittel und Medikamenten. Vor allem diarrhoetische Erkrankungen tragen erheblich
zur Kindersterblichkeit bei und die Impfung der Bevölkerung ist nur schwer durchführbar. Im
Wesentlichen sind es vor allem fehlende Kühlketten, die Therapie und Prävention verhindern.
Um diese Probleme zu lindern, könnten applizierbare Antigene und Immunisierung bzw. oral
applizierbare Antikörper genutzt werden, wobei keine neue Infrastruktur aufgebaut werden
müsste.
Jedoch müssen diese in einer spezielle Verpackung verabreicht werden, die nicht erst den
Aufbau eines Verteilungssystems oder Kühlketten benötigt.
Durch Gentechnologie ist es heute möglich Impfstoffe in Proteinen zu „verstecken“ und
diese wiederum in Früchte zu bringen, welche dann roh verzehrt werden. Dies wäre analog
der herkömmlichen Schluckimpfung.
Wichtig dabei wäre, dass die sogenannten transgenen Pflanzen den Bewohnern vertraut sind.
Dieses Know How kann zur Zeit nur in den Industrieländern genützt werden, da aber die
Herstellung derartiger Produkte offensichtlich keinen Markt für die heimische Industrie
darstellt, wird dies auch nicht genutzt.
3. Ernährung
Eine weitere wichtige Komponente zur Verbesserung des Gesundheitszustandes der
Weltbevölkerung ist deren ausreichende Versorgung mit Nahrungsmittel.
3.1. Entwicklungsländer
Nach wie vor wächst die Weltbevölkerung exponentiell. Daraus resultiert eine Vielzahl von
Problemen, deren Lösung eine Herausforderung auch an die Wissenschaft darstellt.
Gesundheit und Nahrung für alle könnte eine Forderung der Menschheit sein, für deren
Erfüllung die wissenschaftlichen Erkenntnisse und technologischen Errungenschaften unserer
westlichen Nationen unerlässlich sind.
Die Methoden der Biotechnologie könnten hierbei einen wesentlichen Beitrag liefern. Etwa
durch die Herstellung von krankheitsresistenten Nutzpflanzen, die an die Biotope bestimmter
Entwicklungsländer angepasst sind.
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Jährlich geht etwa ein Drittel der Welternte durch Insekten, Krankheiten und Unkräuter
verloren. Die einzelnen Anteile der Verluste sind bei den verschiedenen Kultursorten recht
unterschiedlich. So gehen beispielsweise bei Maniok in Afrika durch virale Erkrankungen
40 % und gelegentlich 95 % der Ernte verloren.
Durch Anbau von resistenten Sorten könnten derzeit der große Ernteverlust in
Entwicklungsländern erheblich reduziert werden.
Es ist Sache der Wissenschaft, die Grundlagen für ein derartiges Projekt zu legen, die
Verteilung und Implementierung der Sorten müssten aber von der Politik sichergestellt
werden. Etwelche Unternehmungen könnten durchaus im Rahmen der Entwicklungshilfe
durchgeführt und finanziert werden.
Während in den Entwicklungsländern die Ausrichtung der Landwirtschaft ganz auf
Ertragshöhe und Ertragessicherung ausgerichtet sein muss, stehen bei uns andere Ziele im
Vordergrund.
3.2. Westliche Welt
Gentechnologisch veränderte Sorten werden unsere Nahrungsmittel sicherer machen. Nicht
nur für Drittwelt-Länder, auch für Allergiker wäre dies ein gute Variante.
Denn es besteht nun erstmals die Möglichkeit, in Pflanzen, die Allergien auslösen,
gentechnologisch die Ausprägung des entsprechenden Gens durch anti-sens Strategien zu
unterdrücken und somit die Pflanzen vom Allergen zu befreien. Dies ist beispielweise bei
Reis erfolgreich gelungen.
Neben transgenen Pflanzen werden auch viele andere gentechnisch veränderte Organismen in
unserer Nahrungsmittel Produktion eingesetzt.
Die Beschaffung von Chymosin zur Käseherstellung ist ein weiteres Problem, da nicht
genügend Kälber zu Verfügung stehen. Chymosin kann in transgenen Mikroorganismen in
beliebiger Menge produziert werden. Diese Methode wird in Großbritannien bereits
eingesetzt.
Ähnlich ist die Situation bei der Herstellung von Bier unter Nutzung von gentechnisch
veränderter Hefe.
Der Einsatz von gentechnisch veränderter Organismen zur Produktion von Nahrungsmittel
wird weiter zunehmen. Sei es bei transgenen Pflanzen oder gentechnisch veränderten
Mikroorganismen.
5. Neue industrielle Ressourcen
Erdöl ist zweifellos einer der wichtigsten Rohstoffe unserer Zivilisation.
Sei es als Energiequelle genutzt oder als Ressource für chemische Produkte.
In beiden Bereichen treten Probleme auf.
Bei der Verbrennung von Öl entsteht CO2 als Treibhaus-relevantes Gas.
Die Entlassung dieses Gases führt zu einer Verschiebung des natürlichen CO2Gleichgewichtes zwischen Atmung und Photosynthese, so dass eine Erhöhung der CO2
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Konzentration in der Atmosphäre zu erwarten ist. Diese wiederum könnte zu einer
Temperaturerhöhung führen.
Anders ist die Situation bei der Nutzung von Erdöl als Ausgangsstoff für die Produktion von
Chemikalien. Das Rohöl wird in Industrieanlagen in seien Bestandteile zerlegt, um die
geeigneten Fraktionen für die Synthese anderer Chemikalien nutzen zu können.
Derartige Raffinerierungen sind teuer, unabhängig davon, dass ein Großteil der Länder keine
Erdölproduktionen besitzen und daher auf Importen angewiesen sind.
Gentechnologie würde es erlauben, industriell interessante Rohstoffe in Pflanzen zu
produzieren.
4.1. Öle und Fettsäuren
Pflanzen produzieren in der Regel Gemische von Ölen bzw. Fettsäuren.
Deren Eigenschaften werden durch die Kettenlänge der Fettsäuren, den Anteil der
ungesättigten Fettsäuren und die Zahl der ungesättigten Doppelverbindungen bestimmt.
Schmierstoffe auf der Basis von erucasäurefreiem Rapsöl zeichnen sich bspw. durch hohe
Viskosität und biologische Abbaubarkeit aus.
Diese Sorten werden durch die klassische Züchtung bereits entwickelt und erprobt.
Die Mehrzahl der 210 beschriebenen Fettsäuren sind heute noch wirtschaftlich ungenutzt.
Wohingegen die Strategie, den Fettsäuresyntheseweg dieser Pflanzen in leicht abbaubare
Rapssorten zu verlegen, höchst attraktiv ist.
Dabei können die in Pflanzen produzierten Öle nicht nur ihrem Nutzungszweck angepasst
werden, sie können auch in den Samen produziert werden, sodass eine aufwendige Reinigung
nicht mehr notwendig wäre.
Der Anbau entsprechender transgener Rapssorten würde auch für die Landwirtschaft ein
neues Standbein darstellen. Wobei die weiterverarbeitende Industrie für die Abnahme des
Materials bereitstehen müsste.
4.2. Neuartige Stärken
Die Situation bei anderen Polymeren, z. B. Stärke scheint analog zu den Fettsäuren.
Auch hier produzieren die Pflanzen Gemische aus in ihren Speicherorganen, wie etwa die
Kartoffelknolle. Jedoch müssen heute noch die Komponenten der Gemische mühsam getrennt
werden.
Hier eröffnet die Gentechnik Möglichkeiten transgene Kartoffel zu „designen“. Dabei
enthalten die Kartoffel entweder gradkettige oder verzweigte Stärken. Das entscheidet über
die industrielle Nutzung.
In Zukunft können auch die gentechnischen Manipulationen der Kettenlänge und die
chemische Natur der Kohlenhydrate eine Rolle spielen. Dies ist sicher noch eine
Herausforderung an die Wissenschaft und eröffnet ein völlig neues Betätigungsfeld
industrieller Bemühungen.
Ein weiterer Punkt ist, dass die Polymere biologisch abbaubar sind und daher keine
ökologische Belastung darstellen.
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Damit kann auch zum nächsten Punkt übergegangen werden.
4.3. Biologisch abbaubares Plastik
Bedeutend für biologisch abbaubares Plastik ist die Polyhydroxybuttersäure (PHB). Dies ist
ein thermisch, verformbarer und abbaubarer Stoff.
Das PHB Polymer wird von einigen Bakterien (Alcaligenes eutrophus) mit Hilfe von
Enzymen synthetisiert. Nach entsprechenden Veränderungen wurde die Bildung von PHB in
Transgenen beobachtet.
Der Vorteil diese Verfahrens ist, dass wenn die Pflanzen einmal zur Verfügung stehen, der
energetische Aufwand zur Herstellung, da dies durch Sonnenenergie passiert, relativ gering
ist.
Analog zu dem Fettsäure Modell, ist auch bei diesen biologisch abbaubaren Polymeren eine
Vielzahl von Variationsmöglichkeiten, wie Kettenlänge des Polymers, möglich.
Die Möglichkeit der Nutzung derart „designter“ Pfanzen ist eine Herausforderung an die
Industrie und würde auch der Landwirtschaft ein neues Betätigungsfeld eröffnen.
5. Vorschläge und Schlussbemerkung
Wie oben veranschaulicht, ist die Beteiligung der westlichen Welt an Entwicklungshilfe durch
Biotechnologie eher ernüchternd. Wir befinden und sozusagen, die Nutzung betreffend auf
dem Stand eines Entwicklungslandes.
Aufgrund dessen wäre es von Vorteil, wenn auch die Wirtschaft in solche Projekte
eingebunden ist. Denn, wenn zunächst mit öffentlichen Mitteln neue Technologien gefördert
und Fortschritte gemacht werden, können auch Aufträge von der mittelständischen
einheimischen Industrie erwartet werden. Diese sind auf sich allein gestellt und weniger
konkurrenzfähig gegenüber den Konzernen.
Es wäre zu begrüßen, wenn die sinnvolle und anwendungsrelevante Nutzung der
Biotechnologie auch Unterstützung durch die Öffentlichkeit erfährt und beim Erwähnen
dieses Terminus nicht nur negative Assoziationen in uns weckt.
Dieser Weg würde allen Beteiligten hilfreich sein, wobei man vor allem die Wissenschaft
vorantreiben würde.
Denn diese ist eine wichtige Komponente unserer abendländischen Kultur und stellt durch
ihre Nutzung unsere Zukunftssicherung dar.
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