Kaffeebohnen

Allergene, Gluten, Koffein, Nikotin: Unerwünschtes einfach abschalten?

Für Allergiker wäre es eine große Erleichterung: Sojabohnen, Nüsse oder Reis, die sie ohne Bedenken verzehren könnten. Pflanzen produzieren Inhaltsstoffe, die gesundheitsschädlich oder für bestimmte Personengruppen unverträglich sind. Manches ist auch einfach unerwünscht oder gerade nicht im Trend. Wäre es nicht eine gute Sache, wenn man die Bildung solcher Substanzen einfach „abschalten“ würde? Mit den neuen molekularbiologischen Verfahren könnte das einfacher werden.

Grundsätzlich ist es möglich: Durch bestimmte gentechnische Verfahren kann ein einzelnes Gen im Genom einer Pflanze „abgeschaltet“ werden. Dadurch wird die in der DNA codierte „Bauanleitung“ nicht ausgeführt. Die Folge: In den Ribosomen, den Eiweißfabriken der Zellen, wird das betreffende Protein nicht hergestellt.

Reiskörner

Hypoallergener Reis. In Japan ist es gelungen, einen gv-Reis zu erzeugen, bei dem die Bildung eines bekannten Allergens um 85 Prozent reduziert wurde. Das ist aber noch zu wenig, damit Reisallergiker ihn bedenkenlos konsumieren können.

Weizenkörner

Glutenfreier Weizen. Einige Menschen können aufgrund einer Stoffwechselstörung bestimmte Getreideproteine nicht vertragen. Ein großes Forschungsprojekt in Deutschland konnte das gesteckte Ziel bisher nicht erreichen, einen glutenfreien Weizen zu entwickeln.

Kaffee

Koffeinfreier Kaffee, der schmeckt. Bei der heute angewandten Entkoffeinierung gehen auch viele erwünschte Geschmacksstoffe verloren. Besser wäre es, wenn in der Kaffeebohne erst gar kein Koffein entsteht. Einige Forschergruppen arbeiten daran.

Großes Foto oben: 5second / 123rf

Schon länger arbeitet man mit geeigneten Verfahren (RNA-Interferenz, RNAi) daran, Gene zu blockieren, die für die Bildung unerwünschter Substanzen in Lebensmitteln verantwortlich sind. Dabei wird die Aktivität des Zielgens durch das Einführen eines komplementären Gens blockiert. Mit den neuen, wesentlich präsziser arbeitenden Genome Editing-Verfahren ist das gezielte Ausschalten einzelner oder mehrerer Gene nun auf relativ einfache Weise möglich.

  • Allergene: Da Allergene grundsätzlich Proteine sind, könnte das jeweilige Gen unmittelbar blockiert werden. Wird als Folge davon das Allergen in einer Pflanze nicht mehr hergestellt, wäre das betreffende Lebensmittel auch für Allergiker verträglich. Mehrere internationale Forschergruppen arbeiten daran, vor allem weit verbreitete Allergene etwa in Reis, Äpfeln oder Tomaten zu entfernen. Ein Problem dabei ist, dass Pflanzen häufig mehrere allergene Proteine enthalten. Bisher war es kaum möglich, die Bildung aller Allergene zu unterdrücken. Mit Genome Editing - insbesondere mit dem CRISPR/Cas-Verfahren - könnte es gelingen, auch mehrere für die Bildung allergieauslösender Proteine verantwortliche Gene gleichzeitig auszuschalten.
    In Äpfeln ist es etwa das Mal-d-1-Protein, welches in den meisten Fällen für allergische Reaktionen verantwortlich ist. Mit der RNAi-Technologie haben Wissenschaftler in den Niederlanden das Mal-d-1-Gen blockiert, so dass die Äpfel eine deutlich reduzierten Gehalt des allergenen Proteins aufweisen und somit für die meisten Apfelallergiker verträglich sind.
    Bei Erdnüssen sieht die Sache deutlich komplizierter aus: Erdnussallergien können durch eine Vielzahl von Allergenen ausgelöst werden, derzeit sind 17 Allergene bekannt. Zudem werden diese allergenen Proteine oft durch mehrere Gene codiert. Es muss also nicht nur ein einzelnes Gen ausgeschaltet werden, sondern alle beteiligten Gene. Auch wenn das mit dem neuen Genome Editing-Verfahren CRISPR/Cas - theoretisch - durchaus möglich scheint, ist es unwahrscheinlich, dass jemals eine vollkommen allergenfreie Erdnuss erzeugt werden könnte. Durch das Entfernen von allen allergenen Proteinen würden zum einen die Nährstoffe und der Geschmack der Erdnuss stark beeinflusst. Zum anderen würde wahrscheinlich auch die Lebensfähigkeit der Pflanze selbst zerstört, da manche dieser Proteine für die Pflanze wichtige Funktionen haben.
    Trotzdem versucht man, die Allergenität von Erdnüsse zu senken. So arbeiten Wissenschaftler der Firma Aranex Biotech in England und Irland daran, mit CRISPR/Cas drei Haupt-Allergene aus der Erdnuss zu entfernen.
  • Glutene sind bestimmte Proteine in vielen Getreidearten wie Weizen, Roggen und Gerste. Menschen, die unter der Stoffwechselkrankheit Zöliakie leiden, vertragen glutenhaltige Produkte nicht. Forschern in den USA ist es gelungen, mit Hilfe der RNA-Interferenz (RNAi) Weizenpflanzen zu entwickeln, die bis zu 85 Prozent weniger Gluten enthalten. Spanische Wissenschaftler konnten – ebenfalls mit RNAi – den Gehalt an Gliadin, dem Zöliakie auslösenden Bestandteil des Glutens, um bis zu 97 Prozent verringern. Inzwischen arbeitet die spanische Forschergruppe daran, mit der neuen Methode CRISPR/Cas alle im Weizengenom enthaltenen Gliadin-Gene auszuschalten. Bis jetzt konnten sie 35 von insgesamt 45 Gliadin-Genen erfolgreich blockieren. Der Gehalt an Gliadin konnte so um bis zu 85 Prozent gesenkt werden. In Spanien und Mexiko laufen bereits erste Versuche mit Zöliakie-Patienten, die bisher vielversprechende Ergebnisse liefern. In einer zweiten Runde wollen die Wissenschaftler auch noch die restlichen Gliadin-Gene abschalten, um einen für Zöliakie-Patienten verträglichen Weizen zu erhalten.
  • Pflanzenstoffe wie Koffein oder Nikotin sind gesundheitlich bedenklich und können abhängig machen. Da es sich hier nicht um Proteine handelt, kann man die verantwortlichen Gene nicht direkt blockieren oder ausschalten. Um zum Ziel zu kommen, werden bestimmte Enzyme abgeschaltet, so dass der zu Koffein oder Nikotin führende pflanzliche Stoffwechselweg unterbrochen ist. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Gehalt des Sucht auslösenden Nikotins in Tabakpflanzen fast vollständig reduziert werden. Andere Komponenten in den Tabakblättern, die wichtig für Geschmack und Aroma sind, werden dabei nicht beeinflusst.
    Bei Kaffee versuchen Wissenschaftler Pflanzen zu züchten, die koffeinfreie oder koffeinreduzierte Kaffeebohnen tragen. Man könnte so den Prozess der Entkoffeinierung einsparen, welcher sehr aufwändig ist und den Geschmack beeinflusst. Mit der RNAi-Technologie ist es bereits gelungen, Kaffeepflanzen zu entwickeln, deren Koffeingehalt bis zu 70 Prozent reduziert ist. Auch hier werden Gene blockiert, die bei der Bildung des Koffeins eine Rolle spielen.