Bindung von Bt-Proteinen an Bodenpartikel

(2008 - 2011) Institut für Angewandte Biotechnologie der Tropen (IBT) an der Georg-August-Universität Göttingen

Thema

In diesem Projekt soll untersucht werden, wie sich der Anbau von gentechnisch verändertem Bt -Mais (MON89034xMON88017), der drei verschiedene Bt‑Proteine bildet, auf den Boden der Anbaufläche auswirkt. Die Bt-Proteine aus den Maispflanzen gelangen über Wurzelausscheidungen, Ernterückstände und Polleneintrag in den Boden und werden dort an Bodenpartikel gebunden. Die Bindung (Sorption) an Bodenpartikel hemmt teilweise den Abbau der Bt-Proteine, so dass ihre insektizide Wirkung erhalten bleibt. Das könnte die Humusbildung und die Zusammensetzung der organischen Substanz im Boden verändern.

Folgende Fragestellungen werden bearbeitet:

Welches sind die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Bodenfraktionen der Freisetzungsfläche und der drei verschiedenen Bt-Proteine, die von der untersuchten Maissorte produziert werden?
Welche Mengen an Bt-Proteinen werden über die Wurzeln ausgeschieden und wie schnell werden sie abgebaut?
Welches Bindungsverhalten zeigen die Bt-Proteine gegenüber den Bodenfraktionen der Freisetzungsfläche?
Konkurrieren die drei Bt-Proteine um Bindungsplätze im Boden?
Ist davon auszugehen, dass Bt-Proteine über längere Zeiträume hinweg in tiefere Bodenschichten verlagert werden können?

Versuchsbeschreibung

Charakterisierung der Böden und der Bt-Toxine

In den Vorläuferprojekten konnte gezeigt werden, dass die Bindung der Bt-Proteine an Bodenpartikel maßgeblich von der Struktur und den chemischen Eigenschaften der Tonpartikel im Boden einerseits und der Bt-Proteine andererseits beeinflusst wird. Da in diesem Projekt eine neue gentechnisch veränderte Maissorte auf einer anderen Freisetzungsfläche untersucht wird, müssen als Grundlage für weitere Untersuchungen zunächst die Böden und anschließend die Bt-Proteine hinreichend charakterisiert werden.

Probennahme der Böden auf dem Versuchsfeld

Gewinnung der Wurzelausscheidungen in der Klimakammer

Von allen Parzellen des Versuchsfeldes werden Bodenproben entnommen und auf ihre chemischen Eigenschaften und ihre mineralogische Zusammensetzung untersucht.

Mit Hilfe der so genannten Massenspektrometrie werden die Unterschiede in der Molekülstrukur der drei Bt-Proteine erfasst. Dabei werden die Proteine durch Laserbeschuss ionisiert und nach ihrem Masse-Ladungsverhältnis aufgetrennt.

Untersuchung von Wurzelausscheidungen

In einer Nährlösung werden Wurzelausscheidungen gentechnisch veränderter Maispflanzen gewonnen. Mit Hilfe der Nachweismethode ELISA wird die Konzentration der Bt-Proteine zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen und so die Geschwindigkeit ihres Abbaus ermittelt.

Sorptionsmessungen

Definierte Mengen von Ton bzw. Feinerde sowie einem Bt-Protein werden für dreißig Minuten zusammen geschüttelt. Anschließend wird die Konzentration des Bt-Proteins in der überstehenden Lösung gemessen. Der Versuch wird mit verschiedenen Ausgangskonzentrationen an Bt-Protein durchgeführt, die den in Wurzelausscheidungen gemessenen Konzentrationen entsprechen.

Um zu überprüfen, ob Bt-Proteine um Bindungsplätze konkurrieren, werden weitere Sorptionsmessungen durchgeführt mit Lösungen, die alle drei Bt-Proteine enthalten.

Charakterisierung der Verlagerung der Bt-Proteine im Boden

Um die Verlagerung der Bt-Proteine in den Böden der Freisetzungsfläche näher zu charakterisieren, lässt man eine Bt-Protein-haltige Lösung durch eine Säule laufen, die mit Böden vom Versuchsfeld gefüllt ist. Die durchgelaufene Flüssigkeit wird aufgefangen und man misst, wie viel Bt-Protein sich noch darin befindet, das nicht an Bodenpartikel gebunden wurde. Diese Messungen erlauben Aussagen darüber, wie viel Bt-Protein möglicherweise auf der Freisetzungsfläche in tiefere Bodenschichten verlagert werden könnte.

Produktion von Antikörpern

Im Rahmen des Projektes werden neue Antikörper gegen die verschiedenen Bt-Proteine entwickelt und hergestellt, die im ELISA-Test eingesetzt werden sollen und die dem gesamten Forschungsverbund zur Verfügung gestellt werden.