Freisetzung gentechnisch veränderter Bakterien: Leuchtmarkierte Zellen von Sinorhizobium melilotiim Boden

Abstract

N atürlich vorkommende Bodenbakterien mit der Fähigkeit zur biologischen Stickstofffixierung werden in der Landwirtschaft seit vielen Jahrzehnten als Biodünger genutzt. Ein Beispiel hierfür ist das Bakterium Sinorhizobium meliloti, das mit der wirtschaftlich bedeutenden Nutzpflanze Luzerne eine Symbiose eingeht. S. meliloti-Bakterien induzieren an den Wurzeln von Luzernepflanzen die Bildung von Wurzelknöllchen. In diesen entwickeln sich die Bakterien dann zu den stickstofffixierenden Formen, den Bakteroiden. Diese binden den Luftstickstoff und geben ihn an die Pflanze ab (Abbildung 1). Eine zusätzliche Stickstoffdüngung wird nicht mehr benötigt [18]. Die Gentechnik eröffnet nun die Möglichkeit, die symbiontische Stickstofffixierung von Bakterienstämmen gezielt zu optimieren. Damit stellt sich die Frage, welche ökologischen Effekte bei der Freisetzung von solchen gentechnisch veränderten Organismen (GVO) in der Umwelt auftreten könnten [10, 20]. Die Forschung ist aufgefordert, möglichst umfangreiche Grundlagen für die Abschätzung möglicher Risiken zu erarbeiten. Bei einer solchen Risikoabschätzung stehen unter anderem die folgenden Fragen im Vordergrund: • Welche Effekte ergeben sich aus der Freisetzung der GVO? Vermehren sich die GVO über das normale Maß hinaus? • Wie konkurrieren die freigesetzten GVO mit Bakterien der gleichen Art? Wie verbreiten sich die freigesetzten GVO im Freiland? • Wird die in einen GVO eingebrachte Fremd-DNA unter den in der Natur vorherrschenden Stressbedingungen stabil exprimiert? • Wird die Fremd-DNA von den freigesetzten GVO an endogene Bakterien über horizontalen Gentransfer weitergegeben? • Welchen Effekt hat die Freisetzung der GVO auf bodenchemische und -biologische Parameter wie zum Beispiel den Gesamtstickstoffgehalt des Bodens oder die Biomasse am Freisetzungsstandort? • Lassen sich gegebenenfalls Strategien entwickeln, mit denen freigesetzte GVO biologisch eingegrenzt werden können? Manche dieser Fragen können durch laborgestützte Analysen in Modell-Ökosystemen nur in begrenztem Rahmen experimentell bearbeitet werden oder sie entziehen sich gänzlich einer Analyse, wie das Beispiel der Frage nach der horizontalen Verbreitung der GVO zeigt. Daher ist es notwendig, experimentelle Daten über das Verhalten der GVO auch im Freiland zu erarbeiten. Freilandexperimente mit leuchtmarkierten Rhizobien Mikroorganismen, die für Freisetzungsexperimente vorgesehen sind, müssen strenge Voraussetzungen erfüllen, da sie nach ihrer Entlassung in die Umwelt nicht mehr zurückgeholt werden können. Sie dürfen weder krankheitserregend sein, noch dürfen sie negative Folgen für das Ökosystem nach sich ziehen. Daher wurden Bodenbakterien der Gattung Sinorhizobium ausgewählt, die diese Vorbedingungen erfüllen. Mittlerweile liegt die vollständige DNA-Sequenz des Genoms von S. meliloti vor, so dass eine umfangreiche Wissensgrundlage existiert [1, 2, 7, 8]. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierten Projekts auf dem Gebiet der Biologischen Sicherheitsforschung wurde...