Tabak

Tabak wird weltweit in über 100 Ländern angebaut, bevorzugt in warm-gemäßigten und subtropischen Klimaregionen. Hauptanbauland für Tabak ist China. Es folgen Brasilien, Indien, USA und Indonesien.

Von der Tabakpflanze werden ausschließlich die Blätter verwendet. Sie werden getrocknet, fermentiert, geschnitten und verarbeitet zu Zigarren oder Zigaretten, Kau- oder Schnupftabak.

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Modellpflanze für die Grundlagenforschung. Tabak dient in der Biologie als Modellpflanze, um neue Verfahren zu erproben und die Funktionen bestimmter Gene zu erforschen. Der Vorteil bei Tabak ist, dass das Genom schneller und einfacher verändert werden kann als bei anderen Pflanzen. In der Regel finden die Versuche in Laboren und Gewächshäusern unter S1-Bedingungen statt. Manchmal ist es erforderlich, Pflanzen und das Verhalten bestimmter Gensequenzen unter Freilandbedingungen zu beobachten.

Freisetzungsversuche mit gv-Tabak sind daher in vielen Fällen nicht der Produktentwicklung zuzuordnen, sondern der Grundlagenforschung, etwa Versuche zu folgenden Zielen:

• Ertragssteigerung, etwa durch erhöhte Photosyntheserate und effektivere Stickstoffverwertung
• Biologischer Einschluss: Verfahren, neue Gene nicht in den Zellkern von Pflanzen einzuschleusen, sondern in Zellbestandteile (Plastidentransformation)
• veränderter Blühzeitpunkt, Verlängerung der Wachstumsperiode durch Verschieben des Blühzeitpunks (Steigerung der Biomasse)
• verschiedene Phänotyp-Veränderungen wie veränderte Bewurzelung, veränderte Oberflächenstruktur der Blätter
• Anpassung an Klima- und Standortfaktoren (Dürre- und Kältetoleranz, Salztoleranz)
• bessere Aufnahme und Verwertung von Phosphor mit dem Ziel Dünge- und Pflanzenschutzmittel zu reduzieren

Produktionssystem für Pharmawirkstoffe oder industriell nutzbare Substanzen (Molecular Farming). Mit dem Rückgang des Tabakkonsums in vielen Ländern wird nach neuen Verwendungsmöglichkeiten für Tabak gesucht.

Tabak wird oft als Produktionsplattform für hochwertige „tabakfremde“ Stoffe gewählt, da es relativ einfach ist, die entsprechenden Gene in Tabak einzuschleusen. In einigen Fällen ist es gelungen, die gewünschten Stoffe - meist Proteine - in vergleichsweise hohen Anteilen in Tabakblättern zu erzeugen. Oft ist die Produktion in Tabak und die Isolierung der jeweiligen Substanzen aus dem Pflanzenmaterial preiswerter und deutlich schneller als andere Herstellungswege, etwa biotechnologisch mit Mikroorganismen. Zudem wird Tabak nicht als Futter- oder Lebensmittel verwendet. Dadurch ist es einfacher, Wirkstoffe in Tabak herzustellen, ohne Vermischungen mit Lebens- oder Futtermitteln befürchten zu müssen.

Mehreren Forschungseinrichtungen und Unternehmen ist es gelungen, in Tabak spezifische, gegen bestimmte pathogene Viren gerichtete Antikörper zu produzieren, etwa gegen HIV, Ebola oder Malaria. Auch die Herstellung von Impfstoffen gegen das Corona-Virus (Sars-CoV-2) ist in Tabak möglich. So nutzt der kanadische Arzneimittelhersteller Medicago Tabakpflanzen als Produktionssystem für virusähnliche Partikel, die ein Spike-ähnliches Protein tragen und als Antigen für einen Covid-19-Impfstoff dienen. In einer großen klinischen Phase-III-Studie zeigte der „pflanzenbasierte“ Impfstoff eine gute Wirksamkeit und Verträglichkeit. 2023 wurde der Impfstoff Covifenz in Kanada zugelassen.

Neben pharmakologischen Substanzen können auch Zusatzstoffe für Futtermittel (z.B. Astaxanthin, ein Antioxidans, das in der Lachszucht verfüttert wird) oder industriell nutzbare Stoffe (z.B. Cyanophycin für die chemische Industrie) in Tabakpflanzen produziert werden.

Die deutsche Firma NOMAD Bioscience nutzt Tabak als Produktionsorganismus für den Süßstoff Thaumatin, der laut Firmenangaben zehntausendfach süßer sein soll als gewöhnlicher Haushaltszucker. In die Tabakpflanzen wurde mit klassischer Gentechnik ein Gen aus der Pflanzenart Katamfe (Thaumatococcus daniellii) eingeführt, die Thaumatin natürlicherweise im Samenmantel ihrer Früchte bildet. Die Firma führte 2022 eine Freisetzung mit dem gv-Tabak in Spanien durch.

Tabak mit geringerem Nikotingehalt. Unter dem Markennamen Quest kamen 2003 in den USA die ersten „nikotinfreien“ Zigaretten auf den Markt. In den Pflanzen war mit gentechnischen Verfahren ein Enzym blockiert worden, welches an der Nikotinbildung beteiligt ist.

Inzwischen gibt es Projekte, die das Ziel verfolgen, mit Genome Editing den Nikotingehalt in Tabak zu senken. Einem Team an der Technischen Universität Dortmund ist es gelungen, mit der Gen-Schere CRISPR/Cas sechs Enzyme auszuschalten, die an der Nikotinbildung beteiligt sind. Das Wachstum der Pflanzen wurde dadurch nicht beeinflusst. Die editierten Pflanzen enthielten in ihren Blättern bis zu 95 Prozent weniger Nikotin als herkömmliche Tabakpflanzen. Im nächsten Schritt möchte die Projektgruppe die entsprechenden Eingriffe auch an Tabaksorten testen, welche bei der Zigarettenherstellung verwendet werden.

Herbizidtoleranz: 1994 wurde ein in Frankreich entwickelter herbizidtoleranter Tabak zugelassen. Diese Zulassung ist nach heutigem Recht nicht mehr gültig. Einen nennenswerten Anbau gab es in Frankreich nicht.

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