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Mit Kenntnis der Gesetze der Vererbung ging man in den letzten 140 Jahren gezielter vor und versuchte Mutationen durch Strahlung oder Erbgut verändernde Stoffe zu erzeugen. Die Gentechnik ist nur die folgerichtige Weiterentwicklung, indem man nun Kenntnis der Erbinformationen besitzt und gezielt Eigenschaften auch über Artgrenzen transferiert. Aus den zufälligen Mutationen werden durch die Gentechnik gezielte Eingriffe. Die Übertragung von Erbinformationen von einer Art auf eine andere ist nur mittels der Gentechnik möglich.
Ein Gen ist der Teil der Erbinformation eines Organismus der die vollständige Information für ein Protein enthält. Kleinere Teile der Erbinformation sind für eine Zelle nicht brauchbar. Ein Gen kann sehr unterschiedliche Dinge kodieren wie z.B. Stoffwechseleigenschaften, (die Fähigkeit einen Stoff zu bilden oder abzubauen) es kann das Aussehen beinhalten, wie eine Blütenfarbe oder Resistenzen gegen Gifte ermöglichen. Im folgenden soll einmal die Erbinformation mit einem Buch vergleichen werden. In diesem Vergleich wäre ein Gen ein Satz, den ein Satz ist die kleinste sinnvolle Aussage die möglich ist. Ähnlich wie bei einem Buch mehrere Sätze nötig sind etwas zu beschreiben, kann es vorkommen das ein Gen alleine nicht ausreicht um eine Substanz zu bilden sondern dazu mehrere Enzyme nötig sind die von verschiedenen Genen gebildet werden. Das die Übertragung von Genen zwischen den Arten möglich ist liegt an der Universalität des genetischen Codes, der ein Hinweis auf die gemeinsame Bildung alles Lebens aus einer Urform ist. Die Universalität bedeutet das jedes Lebewesen ob Bakterium, Pflanze oder Tier die Erbinformationen immer durch dieselben Bausteine kodiert und Erbinformationen so zwischen den Arten übertragen kann. Ein Bakterium wird also durch Übertragung des menschlichen Insulingens genau dasselbe Insulin bilden wie der Mensch. Das gesamte Erbgut eines Organismus, also in dem Beispiel das ganze Buch wird Genom genannt.
Die Gene wiederum bestehen aus der DNA, dem eigentlichen Träger der Erbinformation. Die DNA ist ein langes Kettenmolekül das aus einzelnen Grundbausteinen besteht. DNA ist die englische Abkürzung des chemischen Namens "Desoxyribonukleinsäure". Deutsch wird sie als DNS abgekürzt. Ein Gen ist ein Abschnitt auf dieser DNA. Die verschiedenen Informationen werden durch vier unterschiedliche Basen kodiert. Diese sind die eigentlichen Informationsträger der Erbinformation. Ein solcher Baustein wäre in unserem Beispiel ein Buchstabe. Doch nur drei von Ihnen reichen aus um eine Aminosäure, dem Baustein der Eiweiße zu bilden. Diese drei Bausteine auch Codon genannt wären in unserem Vergleich ein Wort. Nur eine solche Dreiergruppe von Basen ergibt eine genetisch sinnvolle Information. Das genetische "Alphabet" besteht also aus nur vier Buchstaben und alle Wörter sind genau drei Buchstaben lang. Die Größe eines Genes ist dagegen unterschiedlich, je nachdem welches Protein gebildet wird. Die meisten Gene sind 300 bis 5500 Basen (Buchstaben) lang, dies entspricht 100 bis 1800 Aminosäuren (Wörtern). Eine durchschnittliches Gen umfasst etwa 600 Basen.
Nun besitzt jede Zelle nur einen Satz von Genen. Sie muss aber dauernd neue Proteine aufbauen, dies ist mit dem direkten Ablesen von der DNS nicht möglich. Man würde hierzu viel mehr Kopien der DNS benötigen. Wenn die Information in der DNA benötigt wird, z.B. um einen Zellbestandteil aufzubauen so wird ein Gen von einem Enzym abgelesen und in eine Kopie der DNA die Boten-RNA übertragen (RNA (engl.) "RNS" Ribonukleinsäure). Die RNA ist eine Art "Blaupause" eines Bauplanes, chemisch sehr der DNA ähnlich. Während ein Organismus nur einen vollständigen DNA Satz hat, benötigt er zur Herstellung der Hunderten und Tausende von Zellproteinen auch Hunderte und Tausende von Boten - RNA Molekülen die jeweils ein Gen zum Bildungsort der Zellproteine übertragen. Dort wird die Boten-RNA abgelesen und dabei das Protein gebildet. Danach wird sie wieder abgebaut.
So kann man die Umsetzung der Erbinformation in die durch so kodierten Proteine wie folgt verdeutlichen:
DNA » Boten-RNA » Proteinsynthese » Protein
Bei höheren (Pflanzen und Tiere) Organismen sind die Zusammenhänge komplizierter, die Gene enthalten auch Informationen die das Ablesen der Gene regulieren und Abschnitte die keinerlei Informationen besitzen. Solche Gene können Mikroorganismen nicht umsetzen, daher muss bei höheren Organismen die Erbinformation aus der Boten RNA gewonnen werden, bei der diese Gene dann schon umgesetzt wurden.
Gene beinhalten jedoch nur die Erbinformation. Der gesamte Stoffwechsel der Zelle wird durch Enzyme bewerkstelligt. Enzyme bauen die Zellbestandteile auf und ab, Enzyme gewinnen aus der Nahrung Energie und wandeln diese in Zellbestandteile um. Die meisten Erbinformationen sind daher solche für den Bau von Enzymen da diese den gesamten Stoffwechsel kontrollieren. Enzyme sind auch für die Lebensmittelindustrie die interessantesten Proteine. Enzyme können Stoffumsetzungen bewirken, die vielseitig in der Technik und Lebensmittelindustrie angewandt werden, z.B. um Fruchtsaft zu klären, Milch gerinnen zu lassen, aus Stärke Traubenzucker zu gewinnen.
Oftmals kann jedoch dieser Weg vereinfacht werden. Meist besteht nur Interesse an einem bestimmten Stoffwechselprodukt. Dies kann z.B. das Hormon Insulin sein. Man kann dann sehr einfach die Zusammensetzung des Eiweißes bestimmen und einen kleinen Teil der entsprechenden DNA herstellen. Man nennt solche DNA Stücke Gensonden. Denn diese binden an die genau gleiche DNA im Erbgut und erlauben so die Feststellung wo sich das Gen befindet. Den an die Gensonden sind meist noch Bestandteile gebunden die es erlauben das Gen auch sichtbar zu machen, wie ein Farbstoff oder radioaktive Elemente die dann einen Film belichten.
Nachdem das gewünschte Gen in seiner Position und Struktur festgestellt worden ist, wird es meist auch charakterisiert darunter versteht man das man auch wirklich sicher sein will, das es das gewünschte Gen ist und nicht etwa ein zufällig identisches Bruchstück eines anderen Genes. Man gibt zu einer Zellkultur bestimmte Stoffe, die an Sequenzen binden die genau dem Gen entsprechen. Die Zellen sollten dann dieses Gen nicht mehr umsetzen können und müssten darauf reagieren. Im einfachsten Fall eines bestimmten Stoffes den man sucht, würde dessen Bildung ausbleiben.
Je nach Zielorganismus geschieht dies auf verschiedenen Wegen:
Man weiß heute, das Gene auch zwischen den Arten weitergegeben werden. So konnte ein Hefegen in Darmbakterien einer Bodenfliege und von dort aus in die Blut- und Nierenzellen von Mäusen gelangen. Gene die der Mensch in das Erbgut einbringt, verhalten sich nicht anders. Eine Gefahr geht davon nicht aus, dies ist vielmehr ein Teil der Evolution. Es bedeutet aber das Resistenzen die man gentechnisch einbringt nicht stabiler sind als durch Züchtung erworbene, also die Gentechnik kein Allheilmittel gegen alle Krankheiten ist. Problematisch sind nur Bakterien. Bakterien verfügen neben dem eigentlichen Erbgut über besondere kleine DNS Stücke, Plasmide genannt. Diese sind für das Bakterium nicht lebensnotwendig, es kann sie verlieren oder an andere Bakterien weitergeben. Dadurch können Bakterien Gene schnell an andere Bakterien - auch fremder Arten - übergeben. Man hat einen Weg gefunden diese Weitergabe zu verhindern, indem man neben dem Gen welches eine neue Eigenschaft beinhaltet auch zwei weitere Gene mitgibt, die zusammen nötig sind um keinen Giftstoff zu bilden. Überträgt die Zelle nun ein Gen so bildet das zweite einen Giftstoff und die Zelle stirbt ab. Die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Gentransfers sinkt dazu auf 1/10000 bis 1/100000.
Erst nachdem diese Frage geklärt worden sind kommt es zum Freilandversuch, indem man untersucht wie sich die Pflanzen in ihrer natürlichen Umwelt verhalten. Auch hier kann es noch Überraschungen geben, so wurde ein Gen für eine Blütenfarbe bei Petunien im Freiland nicht mehr umgesetzt.
Mikroorganismen sind zumeist Bakterien oder seltener einfache Pilze wie z.B. Hefen. Mikroorganismen haben einige sehr interessante Vorteile. So wachsen sie viel schneller als Tiere oder Pflanzen, stellen also auch viel mehr des gewünschten Stoffes her, sind einfach in Fermentern zu züchten und auch einfach gentechnisch zu verändern. Die dabei verwendeten Mikroorganismen sind solche mit denen man schon große Erfahrungen in der Kultivierung hat. Dies sind Bakterien die schon von jeher zur Herstellung von Sauermilchprodukten, Antibiotika oder Enzymen verwendet werden.
Bei den Enzymen nimmt das Labferment Chymosin aus dem Kälbermagen eine große Rolle ein. Es ist unersetzlich bei der Käseherstellung, da es zur Milchgerinnung benötigt wird und von ihm werden daher enorme Mengen benötigt. Der Weltbedarf liegt bei dem Inhalt von 70 Millionen Kälbermagen. Es gab schon immer ein aus Bakterien hergestelltes Labferment, dieses spaltet aber nicht die gleichen Bindungen wie das Enzym aus dem Kälbermagen, es kommt zu geschmacklichen sensorischen Beeinträchtigungen wie ein leichter Bittergeschmack im Käse. Es ist nun möglich mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen genau dasselbe Enzym, wie es die Kälber besitzen herzustellen. Unterschiede in der Struktur und in der Wirkungsweise konnten nicht nachgewiesen werden. Das Enzym ist mit 90 % Reinheit erheblich sauberer als das aus den Kälbermagen, welches zu 92-96 % aus Verunreinigungen besteht. Dieses Enzym wird schon in den USA und Großbritannien eingesetzt. Dort ist der damit hergestellte Käse bei Tierschützern und Vegetariern sehr beliebt. In Frankreich und den Niederlanden ist das Enzym zugelassen, wird aber im Hinsicht auf die Einstellung der Verbraucher im Exportmarkt Bundesrepublik nicht verwendet. In der Schweiz ist das Enzym gesetzlich zugelassen, der schweizerische Käsereiverband hat die Anwendung seinen Mitgliedern aber untersagt, ebenfalls aufgrund der Befürchtung dies könne den Export beeinträchtigen.
Ein weiteres gentechnisch hergestelltes Enzym ist die Phytase. Dieses Enzym spaltet Phosphat aus pflanzlichen Proteinen. Beim Zusatz zu Futtermitteln für Schweine können diese daher das Phosphat aus den Pflanzenzellen besser ausnützen und benötigen kein Phosphat im Futtermittel, darüber hinaus enthält die Gülle weniger Phosphat und ist dadurch nicht so Boden- und Gewässerbelastend.
Aminosäuren sind die Bausteine der Eiweißstoffe. Jeder Organismus benötigte Aminosäuren in einem bestimmten Verhältnis. Die Zusammensetzung vieler pflanzlicher Nahrungsmittel weicht jedoch von der optimalen Zusammensetzung ab. In Futtermitteln für Schweine und Rinder werden daher Aminosäuren aus chemischen Synthesen zugegeben, um die Ausnutzung des Futters zu erhöhen. Eine Reihe von Aminosäuren können in Mikroorganismen in wesentlich höherer Rate synthetisiert werden als durch chemische Synthesen. Dies ist interessant als Zusatz für Futtermittel um den Mangel der Aminosäuren Lysin und Threonin in pflanzlichen Produkten auszugleichen. Bei Zudotierung der so preiswert hergestellten Aminosäuren können Schweine und Rinder das Eiweiß im Futter besser ausnützen und wachsen daher schneller. Da freie Aminosäuren beim Kochen und Backen unerwünschte Reaktionen eingehen (Braunfärbungen) und wasserlöslich sind, ist dieses zudotieren nur bei Tierfuttermitteln sinnvoll nicht jedoch bei Lebensmitteln.
Die Aminosäure Phenylalanin wird für die Aspartam Synthese (Ein Süßstoff aus zwei Aminosäuren der unter dem Warenzeichen "Nutra-Sweet" vertrieben wird) eingesetzt, auch sie könnte gentechnisch gewonnen werden. Dies wird schon lange bei der Aminosäure Tryptophan gemacht. Diese Aminosäure wirkt alleine aufgenommen als leichtes Schlafmittel und Antidepressiva. Bei der Produktion dieser Aminosäure gab es 1991 eine Reihe von Erkrankungen nach Einnahme des Produktes. Eine japanische Firma hatte das Produkt nicht ausreichend gereinigt, so das giftige Nebenprodukte mit dem Tryptophan aufgenommen wurden. In der Presse wurde aber voreilig die gentechnische Produktion als Ursache angegeben.
Das erste gentechnisch hergestellte Hormon war das Insulin. Insulin wird aufwendig aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern gewonnen. Dem gewonnenen Rinderinsulin steht ein großer Bedarf seitens der Diabeteskranken gegenüber. Das Rinderinsulin ist in der Wirkung etwas anders als beim Humaninsulin, es kommt zu wesentlich stärkeren Schwankungen des Blutzuckerspiegels als beim menschlichen Insulin. Daher wird heute schon ein Großteil des Insulins gentechnisch gewonnen, wobei das Insulin diesmal das Humaninsulin ist, da die Bakterien das menschliche Gen für das Insulin erhalten haben.
Die von gentechnisch veränderten Bakterien produzierten tierischen Wachstumshormone sind in Europa nicht zugelassen. Das Ziel ist im allgemeinen Tiere schneller wachsen zu lassen oder die Milchmenge zu erhöhen. Während bei einigen Schweinerassen eine Gewichtszunahme um 20 Prozent beobachtet wurde und der Muskelfleischanteil auf Kosten des Fettanteils angestiegen ist, muss bei Rindern das Futter angepasst werden, da es sonst zu Auswirkungen auf die Tiergesundheit und Fruchtbarkeit kommt. Tiere mit hoher Milchleistung können auch durch das Wachstumshormon nicht mehr Milch produzieren, dies ist nur bei nicht so leistungsfähigen Rassen der Fall. Angesichts der möglichen sozialen Folgen (noch stärkere Konzentration auf Großbetriebe) und der schon vorhandenen Überschussproduktion wurden diese Hormone in der EU nicht zugelassen. In den USA sind sie allgemein, in der Tschechei und den GUS Staaten eingeschränkt zugelassen. Eine Gefahr für den Verbraucher besteht bei Aufnahme des Fleisches nicht, denn die tierischen Hormone sind beim Menschen unwirksam, entsprechende Untersuchungen zur Behandlung des Zwergwuchses beim Menschen mit tierischen Wachstumshormonen zeigten dies.
Derzeit wird untersucht ob man eine Reihe von Stoffen, die bei verschiedenen Erkrankungen fehlen wie Blutgerinnungsfaktoren, Hormone etc. gentechnisch herstellen kann. Bei dem Blutgerinnungsfaktor, der Hämophilien fehlt, ist dies schon gelungen. Die mikrobiologische Gewinnung schaltet das Infektionsrisiko aus das bei der Gewinnung aus Blut besteht.
Dieser Text stammt von Bernd LeitenbergerZum Thema Lebensmittelchemie/recht Ernährungsberatung ist bislang ein Buch von mir erschienen:
Das Buch Was ist drin?: Die Tricks der Industrie bei der Lebensmittelkennzeichnung verstehen und durchschauen
Der größte der vier Teile entfällt auf eine Beschreibung der technologischen Wirkung, des Einsatzzweckes und der Vorteile - wie auch bekannter Risiken - von Zusatzstoffen. Dieser Teil ermöglicht es, schnell nachzuschlagen, was sich hinter bestimmten Stoffen auf der Verpackung verbirgt.
Der letzte Teil zeigt beispielhaft an 13 Lebensmitteln, wie man ein Zutatenverzeichnis sowie andere Angaben liest, was man schon vor dem Kauf für Informationen aus diesem ableiten kann, die einem helfen, Fehlkäufe zu vermeiden und welche Tricks Hersteller einsetzen, um Zusatzstoffe zu verschleiern oder ein Produkt besser aussehen zu lassen, als es ist.
Geplant ist für das Jahr 2011 ein zweites Buch mit dem Titel „Das ist drin!“. Es ist eine Ergänzung zu dem ersten Buch. Es wird die einzelnen Lebensmittelgruppen genauer beschreiben und neben Angaben über den Nährwertgehalt, ernährungsphysiologische Bedeutung (die man auch in anderen Büchern findet) auch die eingesetzten Zusatzstoffe, mögliche Rückstände und Kontaminationen beschreiben.
Beide Bücher wenden sich an interessierte Laien, wobei ich mich speziell auf den Themenbereich Kennzeichnung und Zusatzstoffe konzentriere, da es sehr viele Bücher zum Thema Ernährung oder die Inhaltsstoffe der Grundnahrungsmittel gibt. Dagegen wird der Bereich der verarbeiteten und verpackten Lebensmitteln und die rund 300 möglichen Zusatzstoffe meist ignoriert. Des weiteren gibt es kaum Bücher für den Laien, die über die rechtlichen Grundlagen oder was die Angaben auf den Verpackungen bedeuten informieren. Die meisten haben dann auch eine Zielsetzung, wie die Industrie anzuprangern oder eine vorgefasste Meinung dem Leser näher zu bringen. Ich halte es für wichtiger den Leser zu befähigen selbst sich eine eigene Meinung zu bilden. Dass dies auch Kritik mit einschließt, zeigt sich durchaus im letzten Teil des Buchs „Was ist drin?“, da die meisten dort besprochenen Lebensmittel Mängel in der Kennzeichnung haben, Zusatzstoffe zur Täuschung eingesetzt werden oder Aufmachung und Inhalt im krassen Gegensatz stehen. Diese abschreckenden Beispiele sind aber gerade deswegen besonders lehrreich.
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