Sie befinden sich hier:

Gesundheitliche Bewertung von Novel Foods - Basisinformationen

A/1997, 12.05.1997

Potentielle gesundheitliche Risiken gentechnisch veränderter Lebensmittel am Beispiel der Flavr-Savr-Tomate

Nach langjähriger kontroverser Diskussion wurde im Januar 1997 die Verordnung des Europäischen Parlaments und des Rates über neuartige Lebensmittel und neuartige Lebensmittelzutaten verabschiedet. Die Verordnung wird am 15. Mai 1997 in Kraft treten und in allen Mitgliedstaaten der Europäischen Gemeinschaft unmittelbar geltendes Recht sein. In den Anwendungsbereich dieser Verordnung fallen u.a. auch Lebensmittel, die aus genetisch veränderten Organismen (GVO) hergestellt werden.

Das Inverkehrbringen von Lebensmitteln, die aus genetisch veränderten Organismen bestehen oder solche enthalten, war bisher durch das Gentechnikrecht der Europäischen Union geregelt. Gemäß den Bestimmungen der geltenden Freisetzungsrichtlinie 90/220/EWG wurden 1996 herbizidresistente Sojabohnen und insektentoleranter Mais und damit erstmals in Europa transgene Nutzpflanzen zur Verwendung als Lebensmittel zugelassen, acht weitere Produkte befinden sich im Genehmigungsverfahren:

Anträge/Genehmigungen zum Inverkehrbringen gemäß Richtlinie 90/220/EWG (Stand Mai 1997; den jeweils aktuellen Stand der Anträge und Genehmigungen finden Sie in der BgVV-Homepage.

Produkt/
Hersteller

Genetische Modifikation

Anmeldestaat

Genehmigt

Soja
Monsanto

Herbizidtoleranz
(Glyphosat)

UK

04/96

Mais
Ciba-Geigy

Insektentoleranz
(Bt-Toxin)

F

12/96

Raps
AgrEvo

Herbizidtoleranz
(Glufosinat)

UK

 

Mais
AgrEvo

Herbizidtoleranz
(Glufosinat)

F

 

Mais
Monsanto

Insektentoleranz
(Bt-Toxin)

F

 

Raps
AgrEvo

Herbizidtoleranz
(Glufosinat)

D

 

Mais
Pioneer

Insekten- u. Herbizidtoleranz
(Bt-Toxin, Glyphosat)

F

 

Radicchio
Bejo Zaden

Männliche Sterilität u. Herbizidtoleranz
(Glufosinat)

NL

 

Mais
Northrup

Insekten- u. Herbizidtoleranz
(Bt-Toxin, Glufosinat)

UK

 

Raps
PGS

Männliche Sterilität u. Herbizidtoleranz
(Glufosinat)

B

 

Bt = Bacillus thuringiensis
UK = Großbritannien, F = Frankreich, D = Deutschland, NL = Niederlande, B = Belgien

Voraussetzung für die Genehmigung des Inverkehrbringens nach der Freisetzungsrichtlinie ist der Nachweis, daß die Produkte hinsichtlich der Gesundheit und der Umwelt unbedenklich sind. Die Zulassungskriterien der EG-Verordnung über neuartige Lebensmittel schreiben vor, daß die in den Geltungsbereich der Verordnung fallenden Produkte keine Gefahr für den Verbraucher darstellen dürfen, keine Irreführung des Verbraucher bewirken und sich von vergleichbaren Erzeugnissen, die sie ersetzen sollen, nicht so unterscheiden, daß ihr normaler Verzehr Ernährungsmängel für den Verbraucher mit sich brächte.

Das auf diesen Grundsätzen beruhende Bewertungsprinzip und die potentiellen gesundheitlichen Risiken von Lebensmitteln, die aus genetisch veränderten Organismen hergestellt wurden, werden nachfolgend am Beispiel der "Flavr Savr"-Tomate erläutert, die 1994 in den USA als erstes aus genetisch veränderten Organismen bestehendes Lebensmittel auf den Markt gebracht wurde.

Sicherheitsprüfung nach dem Prinzip der substantiellen Äquivalenz

Das Prinzip der substantiellen Äquivalenz wurde erstmals von einer Arbeitsgruppe der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) formuliert und bedeutet im Kontext der Lebensmittelprüfung, daß das genetisch veränderte Produkt sich einschließlich der neu eingeführten Komponenten von vergleichbaren konventionell hergestellten Erzeugnissen nicht wesentlich unterscheidet und ebenso unbedenklich für den Verzehr ist.

Zunächst werden die gezielt veränderten Eigenschaften - wie z.B. Herbizidresistenz, Insektentoleranz, verlängerte Haltbarkeit, verbesserte Fettsäurezusammensetzung - molekular charakterisiert und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Stabilität untersucht.

Um festzustellen, ob durch die Integration neu eingeführter Gene in das Genom genetisch veränderter Organismen unbeabsichtigte Veränderungen ausgelöst worden sein könnten, werden die phänotypischen Merkmale sowie die Zusammensetzung der relevanten Inhaltsstoffe der transgenen Organismen mit denen nicht modifizierter Organismen verglichen.

Schließlich werden die neu eingeführten Gene und Proteine im Hinblick auf mögliche Risiken für die menschliche Gesundheit geprüft.

Beispiel: "Flavr Savr"-Tomate

Die "Flavr Savr"-Tomate wurde mit dem Ziel der längeren Haltbarkeit genetisch modifiziert. Dazu wurde mit Hilfe gentechnischer Methoden ein Gen der Tomate inaktiviert, das für die Bildung eines Proteins mit der Bezeichnung Polygalacturonase (PG) verantwortlich ist, welches am Abbau der Zellwand reifer Tomaten beteiligt ist.

Auch mit traditioneller Züchtung wurde bereits versucht, natürliche Mutanten mit verringerter PG-Aktivität in handelsübliche Sorten einzukreuzen. Die Ergebnisse erwiesen sich jedoch aufgrund anderer gleichzeitig eingekreuzter negativer Eigenschaften als unbrauchbar.

Im Gegensatz zur traditionellen Züchtung ermöglicht es die Gentechnik, einzelne Gene über Artengrenzen hinweg von einem Organismus in einen anderen zu übertragen und ihn somit gezielt genetisch zu verändern. Im Falle der "Flavr Savr"-Tomate wurde das aus einer konventionellen Tomate isolierte, für den Zellwandabbau verantwortliche PG-Gen in gegenläufiger Orientierung in das Erbgut der Tomatenpflanze übertragen. Die transgenen Pflanzenzellen enthalten in ihrem in Form von Desoxyribonukleinsäure (DNS) vorliegenden Erbgut nun das PG-Gen sowohl in der richtigen als auch in der entgegengesetzten Orientierung, als sogenanntes antisense-PG-Gen. Von den beiden gegenläufig angeordneten PG-Genen werden in der Zelle komplementäre Kopien in Form von messenger-Ribonukleinsäure (mRNS) hergestellt, die normalerweise als Vorlage für die Synthese von Proteinen dient. Das Vorhandensein komplementärer mRNAs führt jedoch dazu, daß die Umsetzung der Erbinformation vom Gen zum Protein weitgehend unterbrochen wird und nur noch sehr geringe Mengen des Proteins Polygalacturonase gebildet werden. Dadurch wird der Zellwandabbau verlangsamt und der Verrottungsprozeß aufgehalten. Die genetisch modifizierten Tomaten müssen nicht in grünem Zustand geerntet und anschließend mit Ethylen begast werden, um auf dem Weg bis in die Verkaufsregale nicht zu verderben. Sie können an der Rebe reifen, dabei Farbe, Geschmack und Aroma entwickeln - daher der Name "Flavr Savr" -, und bleiben dennoch transport- und lagerfähig.

Bei der Herstellung der transgenen Tomatenpflanzen wurde gleichzeitig ein zweites Gen übertragen, das als Selektionsmarker dient. Dabei handelt es sich um ein aus dem Bakterium Escherichia coli stammendes Antibiotikaresistenzgen, mit dessen Hilfe sich die meist nur wenigen erfolgreich modifizierten Pflanzenzellen von den nicht veränderten Zellen unterscheiden lassen. Das von den transgenen Pflanzenzellen gebildete Protein Neomycin-Phosphotransferase II (Npt II), verleiht diesen Zellen Resistenz gegen die Antibiotika Neomycin und Kanamycin. Wird dem Nährmedium eines dieser Antibiotika zugegeben, können nur die Pflanzen wachsen, denen das an das antisense-PG-Gen gekoppelte Npt II-Gen übertragen wurde.

Molekulare Charakterisierung

Die Identität der beiden neu eingeführten Gene - antisense-PG und npt II - in der Pflanze wurde durch Vergleich mit den ursprünglich aus der Tomate bzw. aus E. coli isolierten Genen bestätigt. Beide Gene sind nachweislich an nur einem Ort im Genom der Tomatenpflanze integriert. Das ist von Vorteil für die genetische Stabilität und minimiert gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit möglicher Störungen des genetischen Umfeldes. Die integrierte DNA-Sequenz wurde über fünf Generationen hinsichtlich Identität und Stabilität untersucht. Entsprechende Untersuchungen gehören zur routinemäßigen Qualitätskontrolle.

Die beabsichtigte Wirkung des verzögerten Zellwandabbaus wurde durch die stark reduzierte Bildung des Proteins Polygalakturonase erreicht. Die Meßergebnisse zeigen, daß die für den Zellwandabbau verbleibende Enzymaktivität der Polyglalakturonase im Vergleich zu Kontrolltomaten nur noch 1 % ausmacht.

Da das antisense-PG-Gen keine Information für ein Protein enthält, sondern durch die gegenläufige Orientierung lediglich zur Blockierung der Proteinsynthese des PG-Genes dient, ist das einzig zusätzliche und neuartige Protein der transgenen Tomaten das Enzym Neomycin-Phosphotransferase II. Es liegt mit einem Anteil von 0,08 % am gesamten Zellprotein in sehr geringer Konzentration vor.

Phänotypische Eigenschaften

Die Stabilität phänotypischer und agronomischer Merkmale ist nicht nur für den Hersteller als Kriterium für die gleichbleibende Qualität des Produktes relevant. Abweichungen über die natürliche Varianz hinaus können auch Hinweise auf eine Veränderung der Anordnung der Gene im Pflanzengenom - auch als Kontextstörungen bezeichnet - und dadurch hervorgerufene unbeabsichtigte Störungen des Stoffwechsels der Pflanze geben. In mehrjährigen Feldversuchen wurden entsprechende Daten ermittelt und mit denen aus dem Anbau konventioneller Tomatenpflanzen verglichen. Aus dem Vergleich der "Flavr Savr"-Tomaten mit Kontrollpflanzen ließen sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich folgender Merkmale ermitteln:

  • Samenkeimungsrate und -frequenz,
  • Blütenbildung,
  • Kreuzungseigenschaften,
  • Pollenbildung,
  • Fruchtstand,
  • Fruchtfarbe und -größe,
  • Pflanzengröße und -form,
  • Erntezeitpunkt,
  • Ertrag.

Bei den beobachteten veränderten Eigenschaften handelt es sich um die aus der genetischen Modifikation resultierende

  • verlängerte Haltbarkeit,
  • erhöhte Fruchtfleischviskosität,
  • erhöhte Pilzresistenz.

Alle neuen Eigenschaften der transgenen Tomate können auf die länger anhaltende Stabilität der Zellwand zurückgeführt werden.

Inhaltsstoffanalyse

Die Analyse der Inhaltsstoffe gibt weiteren Aufschluß darüber, ob durch die genetische Modifikation unerwünschte Stoffwechselveränderungen ausgelöst wurden. Dazu wird sowohl die Konzentration relevanter Nährstoffe wie auch die der natürlicherweise vorkommenden toxischen Substanzen in den transgenen und den nicht modifizierten Kontrolltomaten verglichen. Zu berücksichtigen ist dabei, wie bei den phänotypischen Merkmalen, die von Umweltfaktoren, wie Boden-, Licht-, Temperaturverhältnissen, beeinflußte natürliche Variationsbreite.

Für folgende Nährstoffe wurden in den "Flavr Savr"- und in Kontrolltomaten keine signifikant abweichenden Konzentrationen festgestellt:

  • Vitamine A, B1, B2, B6, C und Niacin
  • Carotinoide ß-Carotin und Lycopen
  • Calcium, Magnesium, Phosphor, Natrium, Eisen.

Der Gehalt an Vitamin A und Vitamin C wurde über den Haltbarkeitszeitraum der Tomaten bis zu 25 Tagen untersucht. Er unterscheidet sich nicht von den untersuchten Kontrolltomaten und den in der Literatur berichteten Daten.

Tomaten bilden natürlicherweise die toxischen Glykoalkaloide Tomatin und Solanin. Die Analyse ergab, daß in den reifen "Flavr Savr"-Tomaten wie in den reifen Kontrolltomaten Solanin nicht nachweisbar war. Tomatin wurde nur in wenigen reifen Früchten sowohl der transgenen wie der Kontrollpflanzen in geringer Konzentration gefunden.

Hinsichtlich der natürlich vorkommenden Inhaltsstoffe unterscheiden sich die "Flavr Savr"-Tomaten somit nicht von herkömmlichen Tomaten.

Toxisches und allergenes Potential des neu eingeführten Proteins

Die Protein-Zusammensetzung unterscheidet sich bei den transgenen Tomaten im Vergleich zu den herkömmlichen, abgesehen von der stark reduzierten Konzentration des PG-Proteins, nur durch das zusätzlich eingeführte Npt II-Protein. Dieses aus technischen Gründen eingeführte Protein kommt natürlicherweise in Pflanzen nicht vor und muß daher im Hinblick auf mögliche toxische oder allergene Wirkungen überprüft werden. Hinweise auf toxisches oder allergenes Potential ergeben sich aus dem Vergleich von Struktur und Eigenschaften der Proteine mit denen bekannter Toxine und Allergene. Beide Stoffklassen werden unter simulierten Magen-Darm-Bedingungen nur langsam abgebaut. Die bekannten Allergene kommen in hohen Konzentrationen von 1 - 80 % des Gesamtproteins im Lebensmittel, wie z.B. in Milch, Eiern und Sojabohnen, vor. Typische Eigenschaften von Allergenen sind darüber hinaus die Glykosilierung, d.h. die Bindung von Zuckermolekülen, sowie hohe Temperatur- und Verarbeitungsstabilität.

Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß die Aminosäuresequenz des Npt II-Proteins keine signifikante Übereinstimmung mit bekannten Toxin- und Allergensequenzen aufweist. Das Npt II-Protein ist nicht glykosiliert und verfügt auch nicht über die zur Bindung der Zuckermoleküle erforderliche Aminosäuresequenz. Der Anteil des Npt II-Proteins am Gesamtprotein ist mit maximal 0,08 % gering. Das Protein ist hitzelabil und wird unter simulierten Magen-Darm-Bedingungen sehr rasch abgebaut. Während beispielsweise das Protein Ovalbumin, das in einer Konzentration von 54 % des Gesamtproteins vorliegende Hauptallergen im Hühnerei, in einem Magen-Modellsystem noch nach 60 Minuten nachweisbar ist, kann das Npt II-Protein unter denselben Bedingungen bereits bei der ersten Probenahme nach 15 Sekunden nicht mehr aufgefunden werden.

Zur Prüfung der Toxizität wurden Fütterungsstudien durchgeführt. Dazu wurden Ratten 28 Tage lang mit Flavr Savr-Tomaten sowie eine Kontrollgruppe mit nicht modifizierten Tomaten gefüttert. Es ergaben sich keine Hinweise auf eine toxische Wirkung der transgenen Tomaten.

Aufgrund der wissenschaftlichen Analysen stellte die für die Lebensmittelsicherheit zuständige US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) im Mai 1994 fest, daß die "Flavr Savr"-Tomaten für den Verbraucher ebenso gesundheitlich unbedenklich sind wie die herkömmlichen nicht modifizierten Tomaten.

Potentielle Risiken der Antibiotikaresistenz

Bei der Sicherheitsbewertung der zur Selektion der transformierten Tomatenpflanzen übertragenen Antibiotikaresistenz sind zwei Aspekte zu berücksichtigen. Es ist zu prüfen, ob das in den transgenen Tomaten enthaltene Npt II-Protein die Wirksamkeit von Antibiotikatherapien beeinträchtigen könnte. Desweiteren sind mögliche Auswirkungen eines horizontalen Gentransfers beim Verzehr der transgenen Tomaten, d.h. die Übertragung des Npt II-Genes auf Mikroorganismen im Verdauungstrakt des Menschen, zu untersuchen.

Das in den transgenen Pflanzen enthaltene Enzym Npt II wird mit dem Verzehr unverarbeiteter Tomaten in Magen und Darm aufgenommen. Bei gleichzeitiger Gabe von Antibiotika könnten diese somit inaktiviert werden. Das Inaktivierungspotential von oral aufgenommenem Npt II wurde experimentell untersucht und theoretisch kalkuliert. Im Experiment wurde unter simulierten Magen-Bedingungen im Verlauf von vier Stunden keine signifikante Inaktivierung des Antibiotikums Kanamycin durch das im Extrakt transgener Tomaten enthaltene Enzym Npt II beobachtet.

Der Inaktivierungsprozeß benötigt nicht nur das Enzym Npt II sondern außerdem Energie, die in Form der chemischen Verbindung Adenosintriphosphat (ATP) in den Zellen aller Organismen, also auch in Pflanzenzellen, gespeichert ist. ATP wird somit zwar mit den unverarbeiteten Tomaten oder anderer Rohkost aufgenommen. Der theoretisch kalkulierbare ATP-Gehalt einer nur aus rohem Obst oder Gemüse bestehenden Mahlzeit reicht jedoch nicht aus, um eine gleichzeitig verabreichte Dosis des Antibiotikums Kanamycin in nennenswertem Umfang zu inaktivieren. Darüber hinaus ist ATP unter den im Magen und Darm herrschenden Bedingungen nicht stabil.

Das Gefährdungspotential eines horizontalen Gentransfers besteht in der Übertragung der Antibiotikaresistenz auf pathogene Keime in der Mikroflora des menschlichen Darms. Bislang gibt es keine Hinweise auf einen Gentranfer von Pflanzen zu Mikroorganismen. Die Wahrscheinlichkeit, daß Gene aus Pflanzen auf einen Mikroorganismus übertragen und dort wirksam werden können, ist sehr gering. Folgende Voraussetzungen müßten für einen erfolgreichen Gentransfer gegeben sein:

1. Die in Form von Desoxyribonukleinsäure (DNA) organisierten Gene müssen die Magen-Darm-Passage unzerstört überstehen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die in der Nahrung enthaltene DNA ebenso wie die Proteine größtenteils im menschlichen Verdauungstrakt abgebaut werden.

2. Die Mikroorganismen der Darmflora müssen für die Transformation, d.h. für die Aufnahme und Integration von fragmentierter fremder DNA aus der Umgebung, kompetent sein. Über das Vorkommen solcher natürlichen Transformationsereignisse im menschlichen Magen-Darm-Trakt liegen keine Daten vor. Darüber hinaus kann die Integration von fremder DNA nur mit wesentlich geringerer Effizienz erfolgen, wenn keine Homologie im Genom des Wirtsbakteriums vorliegt. Dies wäre nur bei Mikroorganismen der Fall, die bereits über ein Npt II-Gen verfügen.

3. Das Gen kann in der transformierten Bakterienzelle nur wirksam werden, d.h. der Zelle Antibiotikaresistenz verleihen, wenn bakterielle Steuerelemente (Promotoren, Terminatoren) vorhanden sind. Das Npt II-Gen der "Flavr Savr"-Tomate wurde mit einem für Pflanzen spezifischen Promotor versehen, der in Bakterien nicht aktiv ist.

Die Wahrscheinlichkeit eines horizontalen Transfers des Npt II-Gens aus transgenen Tomaten und das daraus resultierende Auftreten Kanamycin-resistenter Keime ist selbst bei einer "Worst Case"-Annahme sehr gering und kann im Vergleich zur möglichen Übertragung der Kanamycinresistenz durch die in der menschlichen Darmflora des menschlichen Verdauungstraktes bereits natürlicherweise verbreiteten Kanamycin-resistenten Mikroorganismen vernachlässigt werden.

Im übrigen wurden die Antibiotika Neomycin und Kanamycin in der Humantherapie seit langem durch neuere ersetzt und werden heute aufgrund starker Nebenwirkungen, bis auf wenige Ausnahmefälle, nicht mehr oral sondern nur noch äußerlich angewendet. Kanamycin wird in Form von Augentropfen und Salbe verwendet.

Ausgehend von den beschriebenen Sicherheitserwägungen ist die zuständige US-amerikanische Behörde FDA dem Antrag des Herstellers gefolgt und hat im Mai 1994 das Antibiotikaresistenzgen Npt II zur Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff bei der Herstellung neuer Tomaten-, Raps- und Baumwollsorten zugelassen.

nach oben

  • Folgen Sie uns:
  • Logo Twitter
  • Logo YouTube
  • Logo Instagram