Mit Gentechnik gegen Gift im Boden

Mit Gentechnik gegen Gift im Boden

Genetisch veränderte Organismen können mit Schwermetallen verseuchte Böden entgiften. Jetzt sind amerikanische und britische Forscher noch einen Schritt weitergegangen: Sie haben eine Gentech-Pflanze entwickelt, die Rückstände eines toxischen Sprengstoffs in der Erde abbaut.

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von Alex Reichmuth am 17.6.2021, 11:42 Uhr
Neue Gentech-Pflanzen können den toxischen Sprengstoff Hexogen aus dem Boden ziehen. Bild: Shutterstock
Neue Gentech-Pflanzen können den toxischen Sprengstoff Hexogen aus dem Boden ziehen. Bild: Shutterstock
Es gibt viele wünschbare Eigenschaften, die gentechnisch veränderte Pflanzen haben können: Sie sind resistent gegen Bakterien, Insekten oder Pilze, sie können besser mit Trockenheit umgehen, sie ertragen salzhaltige Böden, sie wachsen schneller oder sie werfen mehr Ertrag ab. Die Wissenschaft ist aber auch daran, Gentech-Pflanzen zu kreieren, die verseuchte Böden und kontaminiertes Grundwasser entgiften können.
Es geht darum, solche Pflanzen auf Böden wachsen zu lassen, die mit toxischen Schwermetallen wie Cadmium, Kupfer, Nickel oder Arsen belastet sind, oder auch auf solchen, die mit Erdölverbindungen und anderen Chemikalien kontaminiert sind. Die neu entwickelten Pflanzen nehmen die giftigen Substanzen aus dem Erdreich oder dem Grundwasser mit ihrem Wurzelwerk auf und lagern sie in den Stängeln und Blättern ein. Die Pflanzen werden anschliessend geerntet, verbrannt und entsorgt. Zum Einsatz kommen solche Gewächse etwa in Gebieten ehemaligen Erzabbaus und früherer Industrietätigkeit, oder auf Feldern, die landwirtschaftlich genutzt wurden.
Ein Forscherteam aus den USA und Grossbritannien hat nun im Mai eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet dieser sogenannten gentechnischen Phytosanierung vermeldet. Die Wissenschaftler haben Rutenhirse genetisch so verändert, dass die Pflanzen Rückstände des hochgiftigen Sprengstoffs Hexogen in der Erde abbauen können.

Schwer abbaubares Umweltgift Hexagon

Wie der Newsletter «Point» des Schweizer Verbands Scienceindustries berichtete, ist Hexogen ein wirkungsvoller Explosivstoff, der verbreitet in Munition verwendet wird. Oft finden sich Rückstände davon in Böden von militärischem Übungsgelände. Hexogen ist ein Umweltgift, das nur schwer abbaubar ist und leicht in Gewässer und Grundwasser geschwemmt wird. Es kann ins Trinkwasser gelangen und so die menschliche Gesundheit gefährden. Gemäss «Point» sind in Amerika über 10 Millionen Hektaren militärisches Gelände mit Munitionsrückständen belastet, vor allem mit Hexogen. Die Sanierung dieser Böden ist mit herkömmlichen Methoden mühsam und teuer.
Die britisch-amerikanischen Forscher haben zwei Stoffwechselgene eines bestimmten Bodenbakteriums auf die Rutenhirse übertragen. Es sind Gene, die den Bakterien den Abbau von Hexogen ermöglichen. Die genetisch veränderten Pflanzen wurden während drei Jahre in einem Freilandversuch auf einem militärischen Übungsfeld im US-Bundesstaat New York getestet.

Die britisch-amerikanischen Forscher haben zwei Stoffwechselgene eines bestimmten Bodenbakteriums auf die Rutenhirse übertragen, die den Abbau von Hexogen ermöglichen.


Das Resultat war, dass die neu kreierten Pflanzen Hexogen effizient aus dem Boden aufnehmen und zu unschädlichen Produkten abbauen konnten. Der Chemikaliengehalt im Ablaufwasser des Versuchsfeldes wurde deutlich reduziert. Die jährliche Abbau-Leistung der Pflanze betrug etwa 27 Kilogramm Hexogen pro Hektare. Damit ist die Pflanze in der Lage, grossflächig mit Chemikalien belastete Böden zu sanieren.

Natürlich vorkommende Phytosanierer

Phytosanierung existiert nicht erst, seit Gentech-Pflanzen entwickelt werden. Es gibt eine ganze Reihe von Pflanzenarten – auch Hyperakkumulatoren genannt – die völlig natürlich die Fähigkeit haben, Schwermetalle und andere toxische Stoffe aus dem Boden zu ziehen. Zu ihnen zählen etwa das Gelbe Galmei-Veilchen, das auf zinkreichen Böden vorkommt und giftige Metallverbindungen aufnimmt, und die Grasnelke, die die Abraumhalden früherer Erzbergwerke besiedelt und in dessen Blättern bis zu vier Prozent Blei eingelagert sind.
Zu den natürlichen Phytosanierern gehören auch das Alpen-Hellerkraut, das grosse Mengen an Nickel aufnehmen kann, sowie die Hallersche Schaumkresse, die in Deutschland auf ehemaligen Bleiminen wächst. Bekannt ist auch die Baumart Pycnandra acuminata, die in den Regenwäldern Neukaledoniens vorkommt und grosse Mengen an Nickel aus dem Boden zieht. Ritzt man an der Rinde diese Baums, tritt ein blaugrüner Pflanzensaft hervor, der aus bis zu 25 Prozent Schwermetall besteht.

Warum bestimmte natürlich vokommende Pflanzen grosse Mengen an hochgiftigen Stoffe aufnehmen, ist nicht endgültig geklärt. Vermutlich dient die Einlagerung solcher Substanzen der Abwehr von Fressfeinden.


Solche natürlichen Hyperakkumulatoren werden schon seit längerer Zeit gezielt eingesetzt, um Böden zu reinigen. Seraptasenf zum Beispiel, eine aus dem Orient stammende Gewürzpflanze, kann neben verschiedenen Schwermetallen auch das Nichtmetall Selen aufnehmen. Die Pflanze wird in Kalifornien auf Böden eingesetzt, die wegen landwirtschaftlicher Tätigkeit mit Selen belastet sind.
Warum bestimmte Pflanzen grosse Mengen an hochgiftigen Stoffe aufnehmen, ist nicht endgültig geklärt. Vermutlich dient die Einlagerung solcher Substanzen der Abwehr von Fressfeinden. Jedenfalls ist es möglich, mit gentechnischen Eingriffen weitere Pflanzen für die Phytosanierung fit zu machen.

Gentechnisch veränderte Pappeln

Schlagzeilen gemacht haben die gentechnisch veränderten Pappeln, die von Forschern der deutschen Universität Freiburg entwickelt worden sind. Auch diesen Bäumen wurde ein zusätzliches Gen eines Bakteriums eingepflanzt. Sie können Cadmium, Kupfer und andere Schwermetalle aus dem Boden ziehen und in ihren Blättern und Zweigen einlagern. Getestet wurden die Pappeln in einem ehemaligen Kupferabbaugebiet in Deutschland. Im Herbst muss man jeweils ihre abgeworfenen Blätter einsammeln, diese verbrennen, und aus der Asche die Schwermetalle herausfiltern. Die Sanierung eines verseuchten Bodens mit den Pappeln dauert etwa 20 Jahre.

Es gibt Ideen, Pflanzen zur gezielten Gewinnung von gefragten Metallarten aus dem Böden – etwa Kupfer, Nickel oder Zink. Man spricht von Phytomining.


Ansonsten tüfteln vor allem amerikanische Wissenschaftler an gentechnisch veränderten Phytosanierern. US-Forscher haben eine Pflanze entwickelt, die über ihre Wurzeln Wasser aufnimmt, das mit Arsen verseucht ist, und dieses Wasser reinigt. Eine andere Kreation ist eine Pflanze, die hochgiftige Quecksilberverbindungen aufsaugt und diese in weniger toxische Verbindungen umwandelt. Es waren auch amerikanische Forscher, die tierische Gene in Raps und Tabak einführten, sodass diese nun in der Lage sind, Cadmium-belastete Böden zu sanieren.
Es gibt bereits Ideen, Hyperakkumulatoren nicht nur zur Sanierung von Böden einzusetzen, sondern zur gezielten Gewinnung von gefragten Metallarten aus dem Böden – etwa Kupfer, Nickel oder Zink. Man spricht in diesem Fall von Phytomining. Entsprechende Versuche, auch mit gentechnisch veränderten Pflanzen, stehen aber erst am Anfang.
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