Biotechnologie wird oft als Synonym für die biomedizinische Forschung angesehen, aber es gibt viele andere Branchen, die biotechnologische Methoden nutzen, um Gene zu studieren, zu klonen und zu verändern. Wir haben uns an die Idee von Enzymen in unserem Alltag gewöhnt und viele Menschen kennen die Kontroversen um den Einsatz von GVO in unseren Lebensmitteln. Die Agrarindustrie steht im Mittelpunkt dieser Debatte, aber seit den Tagen von George Washington Carver hat die Agrarbiotechnologie zahlreiche neue Produkte hervorgebracht, die unser Leben zum Besseren verändern können.
01 Impfstoffe
Seit vielen Jahren sind orale Impfungen als mögliche Lösung für die Ausbreitung von Krankheiten in unterentwickelten Ländern in Arbeit, wo die Kosten für eine flächendeckende Impfung unerschwinglich sind. Gentechnisch veränderte Pflanzen, normalerweise Früchte oder Gemüse, die dazu bestimmt sind, antigene Proteine von infektiösen Pathogenen zu tragen, die bei Aufnahme eine Immunantwort auslösen. Ein Beispiel hierfür ist ein patientenspezifischer Impfstoff zur Behandlung von Krebs. Ein Anti-Lymphom-Impfstoff wurde unter Verwendung von Tabakpflanzen, die RNA aus geklonten malignen B-Zellen tragen, hergestellt. Das resultierende Protein wird dann verwendet, um den Patienten zu impfen und sein Immunsystem gegen Krebs zu stärken. Maßgeschneiderte Impfstoffe für die Krebsbehandlung haben sich in Vorstudien als vielversprechend erwiesen.
02 Antibiotika
Pflanzen werden verwendet, um Antibiotika für den menschlichen und tierischen Gebrauch herzustellen. Das Ausdrücken von antibiotischen Proteinen in Tierfutter, das direkt an Tiere verfüttert wird, ist weniger kostspielig als die herkömmliche Antibiotikaproduktion, aber diese Praxis wirft viele bioethische Probleme auf, weil das Ergebnis weitverbreitet ist, möglicherweise unnötiger Einsatz von Antibiotika, die das Wachstum von antibiotikaresistenten Bakterienstämmen fördern können. Mehrere Vorteile bei der Verwendung von Pflanzen zur Herstellung von Antibiotika für Menschen sind verringerte Kosten aufgrund der größeren Menge an Produkt, die von Pflanzen produziert werden kann, gegenüber einer Fermentationseinheit , leichte Reinigung und verringertes Kontaminationsrisiko im Vergleich zu Säugetierzellen und Kultur Medien.
03 Blumen
Landwirtschaftliche Biotechnologie ist mehr als nur die Bekämpfung von Krankheiten oder die Verbesserung der Lebensmittelqualität . Es gibt einige rein ästhetische Anwendungen und ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Genidentifikations- und -übertragungstechniken, um die Farbe, den Geruch, die Größe und andere Merkmale von Blumen zu verbessern. In ähnlicher Weise wurde Biotech verwendet, um andere übliche Zierpflanzen, insbesondere Sträucher und Bäume, zu verbessern. Einige dieser Veränderungen ähneln denen, die an Kulturpflanzen vorgenommen werden, wie zum Beispiel die Verbesserung der Kältebeständigkeit einer tropischen Pflanzenrasse, so dass sie in nördlichen Gärten angebaut werden kann.
04 Biokraftstoffe
Tom Merton
Die Agrarindustrie spielt eine große Rolle in der Biokraftstoffindustrie und stellt die Rohstoffe für die Fermentation und Raffination von Bioöl, Biodiesel und Bioethanol bereit. Gentechnische und Enzymoptimierungstechniken werden verwendet, um qualitativ bessere Ausgangsmaterialien für eine effizientere Umwandlung und höhere BTU-Ausbeuten der resultierenden Brennstoffprodukte zu entwickeln. Ergiebige, energiereiche Pflanzen können die relativen Kosten im Zusammenhang mit Ernte und Transport (pro erzeugter Energieeinheit) minimieren, was zu höherwertigen Kraftstoffprodukten führt.
05 Pflanzen- und Tierzucht
Die Verbesserung von Pflanzen- und Tiermerkmalen durch traditionelle Methoden wie Kreuzbestäubung, Pfropfung und Kreuzung ist zeitaufwendig. Biotech-Fortschritte erlauben es, spezifische Veränderungen auf molekularer Ebene schnell durch Überexpression oder Deletion von Genen oder die Einführung von Fremdgenen zu erreichen. Letzteres ist möglich unter Verwendung von Genexpressionskontrollmechanismen, wie beispielsweise spezifischen Genpromotoren und Transkriptionsfaktoren . Methoden wie die markergestützte Selektion verbessern die Effizienz der "gezielten" Tierzucht, ohne die Kontroverse, die normalerweise mit GVO einhergeht. Genklonierungsmethoden müssen sich auch mit Speziesunterschieden im genetischen Code, dem Vorhandensein oder Fehlen von Introns und posttranslationalen Modifikationen wie Methylierung befassen.
06 Schädlingsresistente Kulturpflanzen
Seit Jahren wird die Mikrobe Bacillus thuringiensis , die ein für Insekten giftiges Protein produziert, insbesondere den Maiszünsler, zum Stäuben verwendet. Um das Entstauben zu vermeiden, entwickelten die Wissenschaftler zunächst transgenen Mais, der Bt-Protein exprimierte, gefolgt von Bt-Kartoffeln und Baumwolle. Bt-Protein ist für den Menschen nicht toxisch und transgene Pflanzen erleichtern Landwirten den kostspieligen Befall. Im Jahr 1999 kam es zu Kontroversen über Bt-Mais aufgrund einer Studie, die nahelegte, dass die Pollen auf Milkweed wanderten, wo sie Monarch-Larven töteten, die sie gefressen hatten. Nachfolgende Studien zeigten, dass das Risiko für die Larven sehr gering war und in den letzten Jahren die Kontroverse über Bt-Mais auf das Thema der sich abzeichnenden Insektenresistenz wechselte.
07 Pestizidresistente Kulturpflanzen
Diese Pflanzen, die nicht mit Schädlingsresistenz verwechselt werden dürfen, tolerieren es, dass Landwirte selektiv umliegendes Unkraut abtöten können, ohne ihre Kultur zu schädigen. Das bekannteste Beispiel ist die von Monsanto entwickelte Roundup-Ready-Technologie. Die 1998 als GV-Sojabohnen eingeführten Roundup-Ready-Pflanzen sind von dem Herbizid Glyphosat unbeeinflusst, das in großen Mengen verwendet werden kann, um andere Pflanzen auf dem Feld zu eliminieren. Die Vorteile sind Zeit- und Kosteneinsparungen bei der konventionellen Bodenbearbeitung zur Verringerung von Unkräutern oder die mehrfache Anwendung verschiedener Arten von Herbiziden, um bestimmte Arten von Unkräutern selektiv zu eliminieren. Zu den möglichen Nachteilen gehören alle umstrittenen Argumente gegen GVO.
08 Nährstoffergänzung
Um die menschliche Gesundheit zu verbessern, insbesondere in unterentwickelten Ländern, erstellen Wissenschaftler genetisch veränderte Lebensmittel, die Nährstoffe enthalten, die bekanntermaßen zur Bekämpfung von Krankheiten oder Mangelernährung beitragen. Ein Beispiel dafür ist Goldener Reis , der Beta-Carotin enthält, die Vorstufe für die Produktion von Vitamin A in unserem Körper. Menschen, die den Reis essen, produzieren mehr Vitamin A, einen essenziellen Nährstoff, der in den asiatischen Ländern in der Ernährung der Armen fehlt. Drei Gene, zwei aus Narzissen und einer aus einem Bakterium, die in der Lage sind, vier biochemische Reaktionen zu katalysieren, wurden in Reis kloniert, um ihn "golden" zu machen. Der Name kommt von der Farbe des transgenen Korns aufgrund der Überexpression von Beta-Carotin, das Karotten ihre orange Farbe gibt.
09 Abiotische Stressresistenz
Weniger als 20% der Erde sind Ackerland, aber einige Nutzpflanzen wurden genetisch verändert, um sie toleranter gegenüber Bedingungen wie Salzgehalt, Kälte und Trockenheit zu machen. Die Entdeckung von Genen in Pflanzen, die für die Natriumaufnahme verantwortlich sind, hat zur Entwicklung von Knock-out- Pflanzen geführt, die in Umgebungen mit hohem Salzgehalt wachsen können. Up- oder Down-Regulation der Transkription ist in der Regel die Methode, um Dürretoleranz in Pflanzen zu ändern. Mais- und Rapspflanzen, die unter Dürrebedingungen gedeihen können, befinden sich in ihrem vierten Feldversuch in Kalifornien und Colorado, und es wird erwartet, dass sie in 4-5 Jahren auf den Markt kommen werden.
10 industrielle Festigkeitsfasern
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Spinnenseide ist die stärkste Faser, die dem Menschen bekannt ist, stärker als Kevlar (zur Herstellung von kugelsicheren Westen), mit einer höheren Zugfestigkeit als Stahl. Im August 2000 kündigte das kanadische Unternehmen Nexia die Entwicklung von transgenen Ziegen an, die Spinnenseidenproteine in ihrer Milch produzieren. Während dies das Problem der Massenproduktion der Proteine löste, wurde das Programm zurückgestellt, als Wissenschaftler nicht herausfinden konnten, wie man sie in Fasern wie Spinnen spinnen kann. Bis zum Jahr 2005 standen die Ziegen jedem, der sie annehmen würde, zum Verkauf. Während es scheint, dass die Spinnenseide-Idee vorerst auf dem Regal steht, ist es eine Technologie, die sicher in Zukunft wieder erscheinen wird, wenn wieder Informationen darüber gesammelt werden, wie die Seide gewebt wird.