Dieser Post soll den Prozess aufschlüsseln, wie man Reis genverändern kann, sodass er VitaminA erzeugt „Golden Rice“. Die Idee für diesen Artikel kam von einer Podiumdiskussion der Friedrich-Ebert Stiftung, zu der ich eingeladen bin. In dieses Beispiel werde ich auch ethische Fragen, die damit verbunden sind, einflechten.

Der Goldene Reis produziert Beta-Carotin, also den direkten Vorgängerstoff von VitaminA- Jednen Tag sterben 20‘000 Menschen an VitaminA Mangel (ein furchtbarer Tod, weil man zuvor daran blind wird). Warum wir den Reis nicht gleich Vitamin A direkt produzieren lassen? 1) der menschliche Körper kann Vitamin A aus b-Carotin erzeugen, also wäre es unnötig, das  Gen in die Pflanze einbauen.  2) Isst man zuviel VitaminA, kann das schädlich für den Körper sein. Isst man zuviel b-Carotin, wird der Überschuss mit dem Urin ausgeschieden.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/X78814

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/22474502

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/1419692

Dies sind die genetischen Baupläne für einen Vitamin A Stoffwecheslweg.

Wir brauchen die drei Gene – Psy, Crtl, Lyc.

vita-pathway.jpg

Auszug aus dem open access Paper from der American Society for Nutritional Sciences

Pflanzenzellen enthalten bereits GGPP (Geranylgeranyl pyrophosphate) – welches ein ziemlich wichtiges, zentrales Glied im Stoffwechsel ist, das mittels Enzymen in viele andere Stoffe umgewandelt werden kann.

Wie an dem Bild ersichtlich, müssen wir in den Reis ein Gen einbringen, dass das Enzym „Phytoene Synthase“ codiert. Dieses Enzym verwandelt das Zelleigene GGPP der Pflanze in Phytoene.

Weiters wollen wir das entstandene Phytoene in Lykopen (Lycopene ist ein gesunder Stoff in z.B. Tomaten) umbauen. Dazu verwenden Pflanzen normalerweise zwei Enzyme – allerdings haben Forscher in einem Bakterium ein Enzym gefunden, dass diese zwei Schritte auf einmal machen kann.

Als letzten Schritt brauchen wir noch ein Enzym, dass das entstandene Lykopen weiterverarbeitet zu b-Carotin. Das Enzym heißt lycopene cyclase.

Enzyme sind Biokatalysatoren, die extreme spezifisch wirken. Jedes Enzym erfüllt nur einen Job – der Stoff, den das Enzym verändert passt in das aktive Zentrum des Enzymes und wird dann umgebaut. Das ist im völligen Gegensatz zu Reaktionen in der technischen Chemie, wo Stoffe oft bei 120°C in Schwefelsäure gekocht werden, und sich dann Stoffgemische (Isomere bilden). Die Medien behaupten immer, Gentechnik hätte irgendwelche unvorhergesehenen Effekte haben – aber in dieser Hinsicht gibt es die definitiv nicht. Mit molekular Modelling Software kann man sogar am Computer berechnen, welcher Stoff an welches Enzym bindet.

 

 

Kleine Abschlussnote von der biotechnologischen Seite. Die Foscher haben in dieser wissenschaftlichen Arbeit die Enzyme in die Chloroplasten gebracht (vermutlich weil da das meiste GGPP ist), mittels Signalpeptiden. Zur Vereinfachung wurde das einmal weggelassen.

Am Schluss ware noch zu erwähnen, dass unsere Ur-Ur Ahnen einmal deren eigenes VitA erzeugen konnten. Wir haben die Enzyme noch in unserer chromosomalen DNA, aber im Laufe der Evolution hatten wir eine Mutation in einem Gen, worauf dessen Struktur verändert wurde und das Enzym nichtmehr aktiv war. Nun ist es nicht so wie in Horror-Filmen, dass  solche Mutationen die Menschen in Zombies oder Vampire verwandeln. Das Enzym wurde weiterhin erzeugt, ist aber quasi eine Leiche, ein Relikt der Evolution und kann keine Aufgabe in der Zelle mehr tun – schadet aber ihr aber auch nicht (bis auf den recht geringen Energieverbrauch, das unnötige Enzym herzustellen). menschlichen Zellen findet man haufenweise Relikte, die durch Mutationen funktionslos wurden. Die VitA Mutation schadete dem Menschen nicht recht (außer den Menschen, die kein vitaminA mit der Nahrung aufnahmen).

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