Gentechnisch Veränderte Pflanzen Könnten Die Verhältnisse Der Menschheit Reinigen

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Modifiziertes gras und bäume könnten helfen, giftstoffe und explosive rückstände zu entfernen.

Gentechnisch veränderte Gräser und Bäume könnten dazu beitragen, Giftstoffe und explosive Rückstände schneller und kostengünstiger als je zuvor aus der Umwelt zu entfernen.

Seit mehr als einem Jahrzehnt haben Forscher untersucht, ob gentechnisch veränderte oder transgene Pflanzen dazu beitragen können, kontaminierte Standorte zu reinigen, indem sie Schadstoffe aus ihren Wurzeln aufnehmen. Die Gene, die Forscher in diese Pflanzen steckten, könnten dann Unreinheiten wie Karzinogene oder krebsauslösende Moleküle abbauen.

"So viele von uns waren von Krebs betroffen, dass ich stark motiviert bin, schnell und kostengünstig die Menge an Karzinogenen aus unserer Umwelt zu reduzieren", sagte die Wissenschaftlerin Sharon Doty, Pflanzenbiologin an der University of Washington. "Es gibt 12.000 extrem kontaminierte Standorte, die SuperFund-Standorte in den Vereinigten Staaten genannt werden, und mehr als 500.000 aufgegebene, verschmutzte Gewerbeimmobilien in den USA."

Wissenschaftler haben bereits mit Pflanzen experimentiert, um die Umwelt in der Vergangenheit zu reinigen, eine Technik, die als Phytoremediation bekannt ist.

"Phytoremediation ist im Wesentlichen ein solarbetriebenes System zur Entfernung von Schadstoffen", sagte Doty. "Es ist mehr als zehnmal billiger als andere Technologien. Es ist weniger aufdringlich und ästhetischer.

"Phytoremiation wird jedoch oft als zu langsam angesehen, um von praktischem Nutzen zu sein", sagte Doty. "Viele Standorte werden wegen der Kosten einer effektiven Bereinigung eher verlassen als bereinigt. Aus diesem Grund haben wir uns für die Verbesserung der Phytoremediation mit transgenen Technologien interessiert."

Modifizierte Pappeln und Schadstoffe

Doty hat zusammen mit dem Forscher für biologische Sanierung Stuart Strand und seinen Kollegen im Labor gentechnisch hergestellte Pappeln geschaffen, die bis zu 91 Prozent des Trichlorethens (die häufigste Grundwasserverschmutzung in den US-Superfund-Standorten) aus Flüssigkeiten entfernen können. Unveränderte Pflanzen entfernten 3 Prozent.

Sowohl unveränderte Pappeln als auch die gentechnisch veränderten Varianten produzieren Enzyme, die Trichlorethylen abbauen. Die modifizierten Pappeln erzeugen nur viel mehr Schlüsselenzym und arbeiten daher viel schneller - das gefährliche Molekül wird in ungefähr 100-mal schneller als harmlose Nebenprodukte zerlegt als normale Pflanzen.

"Ich persönlich finde es aufregend und erfreulich, dass die Pflanzen Karzinogene schnell entfernen", sagte Doty.

Doty und ihre Kollegen fanden auch heraus, dass die gentechnisch hergestellten Pappeln besser Chloroform entfernen konnten, ein gefährliches Nebenprodukt der Desinfektion von Wasser. Tetrachlorkohlenstoff, ein giftiges Lösungsmittel; und Vinylchlorid, eine krebserregende Substanz zur Herstellung von Kunststoffen. Bei Luftverschmutzungsexperimenten mit 6-Zoll-modifizierten Pappeln in verschlossenen Behältern konnten die Pflanzen außerdem gasförmiges Trichlorethylen und Benzol, einen mit Erdöl verbundenen Schadstoff, aufnehmen.

"Es ist das erste Mal, dass transgene Pflanzen Schadstoffe aus der Luft entfernt haben. Dies bietet einen neuen Ansatz, um die große Bedrohung durch die Luftverschmutzung eines Tages zu reduzieren", sagte Doty.

Sprengstoff abbauen

Dotys Mitarbeiter, der Biotechnologe Neil Bruce von der University of York in England, und seine Kollegen haben auch gentechnisch veränderte Pflanzen für die Phytoremediation geschaffen. Sie haben sich auf den Sprengstoff RDX konzentriert, der giftig ist. RDX hat zu einer weit verbreiteten Verschmutzung von Land und Grundwasser geführt und bricht in der Umgebung nicht leicht von selbst ab.

Die Forscher entdeckten Bakterien, die RDX abbauen könnten, indem sie kontaminierten Boden durchsieben. Als nächstes isolierten sie die verantwortlichen Gene und steckten sie in das Unkraut ein, das als Ackerschmalwand oder Arabidopsis thaliana bekannt ist. Bruce und seine Kollegen fanden heraus, dass ihre Anlagen RDX wesentlich schneller als reguläre Anlagen aufräumten.

"Die Pflanzen bauen RDX zu nicht-toxischen Metaboliten ab, zum Beispiel Nitrit, die die Pflanze als Stickstoffquelle verwenden kann", erklärte Bruce. Als nächstes hoffen sie, Pappeln oder Gräser zu entwickeln, die diese Gene tragen.

Doty und ihre Kollegen planen, zusätzliche Experimente durchzuführen, um sicherzustellen, dass Pflanzengewebe Nichtzielorganismen nicht schädigen, z. B. Wanzen, die daran kauen könnten. Sie möchten auch sehen, wie effektiv solche Bäume sind, wenn sie in Erde gezüchtet werden. Derzeit sind alle Pappeln nur wenige Zentimeter große Stecklinge und wachsen in Fläschchen.

Transgener Baum betrifft

Während bundesstaatliche Vorschriften den Anbau transgener Bäume in Gewächshäusern und kontrollierte Feldversuche zu Forschungszwecken zulassen, erlauben sie nicht den kommerziellen Anbau transgener Bäume. Doty gab zu, dass einige Menschen transgene Bäume als riskant ansehen.

"Als Forscher möchten wir sicherstellen, dass solche Bedenken angegangen und Risiken minimiert werden", sagte sie. "Bei kontaminierten Standorten sind wir bereits in einer schwierigen Situation, in der der Einsatz von transgenen Pflanzen die bekannten Risiken durch Karzinogene und andere gefährliche Schadstoffe in der Umwelt verringern kann. Unser letztes Ziel besteht darin, die Menge schneller zu reduzieren von Karzinogenen, die erschwinglich sind, so dass viele Standorte behandelt werden können. "

Doty und ihre Kollegen glauben, die Tatsache, dass sie sich für Pappeln entschieden, könnte helfen, die Bedenken zu beseitigen, dass transgene Bäume in reguläre Wälder geraten könnten. Pappeln können mehrere Jahre wachsen, ohne zu blühen. Zu diesem Zeitpunkt könnten sie geerntet werden, um die Erzeugung von Samen zu verhindern. Im Gegensatz zu einigen anderen Baumarten wurzeln die Äste der untersuchten Hybridpappel nicht im Boden, wenn die Äste zu Boden fallen.

Die Ergebnisse wurden online am 15. Oktober im Internet veröffentlicht Verfahren der National Academy of Sciences.

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