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Kartoffeln als nachwachsender Rohstoff

„Die Idee war, mehr aus der gleichen Ackerfläche rauszuholen und das bei einer nachhaltigen Landwirtschaft.“

Gentechnisch veränderte Kartoffeln, die in ihren Knollen Cyanophycin, das Ausgangsmaterial für einen biologisch abbaubaren Kunststoff bilden, verrotten schneller als konventionelle Kartoffeln. Die Befürchtung, dass sie auf dem Acker besser überdauern könnten, hat sich demnach nicht bestätigt. Das ist eines der Ergebnisse der biologischen Sicherheitsforschung, die sich mit möglichen Umweltauswirkungen der Cyanophycin-Kartoffel beschäftigt hat.

Prof. Dr. Inge Broer, Lehrstuhl für Agrobiotechnologie, Universität Rostock

Gentechnisch veränderte Kartoffeln auf einer Freisetzungsfläche der Universität Rostock (2009)

Für die Verrottungsversuche werden auf dem Versuchsfeld Kartoffelknollen vergraben

Für die Verrottungsexperimente wurden Kartoffeln in Säcken vergraben.

Die gentechnisch veränderten Kartoffelknollen mit hohem Cyanophycin-Gehalt (links) verrotten schneller als die unveränderten konventionellen Kartoffeln (rechts)

Die Kartoffel wurde von Wissenschaftlern der Universitäten Rostock, Berlin, Bielefeld und Tübingen entwickelt, in langjährigen Gewächshausversuchen optimiert und schließlich auch im Freiland getestet. An dieser Kartoffel wurde beispielhaft geprüft, inwieweit sich Pflanzen als sichere Produktionssysteme für Bio-Kunststoffe und andere industrielle Rohstoffe einsetzen lassen. BioSicherheit sprach mit Inge Broer von der Universität Rostock.

bioSicherheit: Frau Broer, Sie haben gemeinsam mit verschiedenen anderen Forschungseinrichtungen eine Kartoffel entwickelt, die den Grundstoff für einen biologisch abbaubaren Kunststoff liefert. Was ist das für eine Kartoffel und was will man damit?

Inge Broer: Das ist eine Stärkekartoffel, die normalerweise für die Produktion von Stärke angebaut wird. Wir haben in diese Kartoffel ein Gen aus Cyanobakterien eingebaut. Diese produzieren einen Stoff, den man als Ersatz für feuchtigkeitsbindende Polyacrylate einsetzen kann, wie sie etwa in Beton oder auch in Windeln vorkommen. Auch Phosphat in Waschpulver wird dadurch ersetzt. Es ist also ein Stoff, der in großen Mengen gebraucht wird, den man aber normalerweise aus Erdöl herstellt. Wir können ihn aber auch aus den Bakterien oder aus den Kartoffeln gewinnen. Die Kartoffeln sind durch die gentechnische Veränderung in der Lage, relativ große Mengen von diesem Kunststoff zu produzieren.

bioSicherheit: Die Kartoffel lässt sich also als eine Art Bioreaktor nutzen, um industrielle Rohstoffe herzustellen. Lohnt sich das im Vergleich mit anderen Verfahren, z. B. Herstellung durch Mikroorganismen?

Inge Broer: Das lohnt sich dann, wenn der Kunststoff als Beiprodukt gewonnen wird. Die Kartoffeln werden vorrangig angebaut, um Stärke herzustellen und aus den Abfällen dieser Kartoffeln kann dann noch ein Stoff rausgeholt werden, der viel teurer ist als die Stärke selber. Wenn wir Cyanophycin mit Hilfe von Bakterien gewinnen, müssen wir diese aufwändig unter Zugabe von Nährstoffen und Energie kultivieren. Bei der Kartoffel macht das alles die Sonne und der Acker und wir brauchen keinen Quadratzentimeter mehr an Fläche.

bioSicherheit: Gibt es bei solchen Pflanzen, die industrielle Rohstoffe bilden, spezielle Risiken?

Inge Broer: Nein, man muss die Risiken für die einzelne Eigenschaft betrachten und für die einzelne Kulturpflanze, in der diese Stoffe hergestellt werden. Das kann man nicht kategorisieren. Je nachdem, welche Eigenschaft übertragen wurde, sind die Risiken unterschiedlich. Das muss man immer einzeln bewerten.

bioSicherheit: Welche Risiken könnten bei der Cyanophycin-Kartoffel eine Rolle spielen?

Inge Broer: Das Einzige, was wir uns vorstellen konnten war, dass diese Kartoffeln anders im Boden verrotten, weil der Zuckerstoffwechsel verändert ist. Dieser ist wichtig für die Verrottung.

bioSicherheit: Sie haben sowohl im Freiland als auch im Labor Untersuchungen durchgeführt. Was wurde gemacht?

Inge Broer: Nachdem wir mehrere Jahre im Labor und im Gewächshaus getestet haben, wie sich die Pflanzen im Wachstum verhalten und wie viel sie von dem Biopolymer bilden, wollten wir wissen, ob die Verrottung wirklich anders ist als bei den konventionellen Kontrollkartoffeln, die diesen Stoff nicht produzieren. Deshalb haben wir immer dreißig Kartoffelknollen von einer Sorte, also von der gentechnisch veränderten Kartoffel oder von der Kontrolle in Säcke eingenäht und in unterschiedlichen Tiefen vergraben. Die Säcke hatten so große Löcher, dass Regenwürmer und andere Organismen noch eindringen konnten. Im November haben wir dann angefangen, diese Säcke wieder auszugraben, jeden Monat einen Sack von jeder Sorte, und haben geschaut, wie sich die Kartoffeln verhalten. Verrotten sie schneller oder langsamer, finden wir gleich viele Regenwürmer, finden wir andere Bakterien im Boden, wie sehen die Kartoffeln aus, welche Abwehrmechanismen werden in dieser Kartoffel aktiviert, wie viel Gewebe ist noch intakt, welche Pilze finden wir an den Knollen? Sind das andere als bei den Kontrollen? Wir haben also immer die gentechnisch veränderten Kartoffeln, die den biologisch abbaubaren Kunststoff bilden, mit den konventionellen Kartoffeln der gleichen Ausgangssorte verglichen.

bioSicherheit: Was sind denn die Ergebnisse Ihrer dreijährigen Forschungsarbeiten?

Inge Broer: Wir haben herausgefunden, dass die Kartoffeln sich in Bezug auf Regenwürmer, Bakterien und Pilze genauso verhalten wie die Kontrollen, da haben wir keine signifikanten Unterschiede gefunden. Aber die Verrottungsgeschwindigkeit korreliert mit der Menge an Cyanophycin, das heißt, wenn die Kartoffeln viel von diesem Biopolymer produzieren, verrotten sie schneller, als wenn sie nichts oder wenig davon produzieren. Diese Kartoffeln überdauern also weniger gut im Acker als die nicht gentechnisch veränderten Kartoffeln. Die Wahrscheinlichkeit, dass man sie im nächsten Jahr als Durchwuchs wiederfindet, ist also extrem gering.

bioSicherheit: Das Konzept scheint zu funktionieren, mögliche Risiken haben Sie überprüft. Gibt es denn auch wirtschaftliche Perspektiven, eine Chance auf Vermarktung für diese Kartoffel?

Inge Broer: Die Idee war, mehr Energie, mehr Produkt aus der gleichen Ackerfläche rauszuholen und das bei einer nachhaltigen Landwirtschaft. Für eine nachhaltige Landwirtschaft sind gute Fruchtfolgen wichtig. Bei uns sind viele Früchte aus der Fruchtfolge rausgefallen, weil sie sich wirtschaftlich nicht lohnen. Durch die zusätzliche Produktion von diesem biologisch abbaubaren Kunststoff könnten diese Früchte wirtschaftlich wieder interessant werden und wir könnten nachhaltige Fruchtfolgen beispielsweise mit Pflanzen, die Stickstoff fixieren, aufbauen. Das war die Vision. Deshalb arbeiten wir auch an vielen verschiedenen Kulturarten, die man in solchen Fruchtfolgen einsetzen könnte. Aber zur Zeit sehe ich nicht, dass wir die Chance haben, damit in Europa auf den Markt zu kommen, auch wenn das Konzept im Prinzip ganz hervorragend funktioniert.

bioSicherheit: Vielen Dank für das Gespräch

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