Auf einem Feld in der englischen Landschaft wächst eine neue Quelle für Fischöl. Rothamsted Research in Hertfordshire, Großbritannien, hat kürzlich einen Feldversuch mit Kamelienflachs ( Camelina sativa ) -Pflanzen begonnen, die gentechnisch verändert wurden, um langkettige Omega-3-Fettsäuren zu produzieren - die Hauptkomponente von „Fischöl“.
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Der Feldversuch wurde im April vom britischen Ministerium für Umwelt, Ernährung und ländliche Angelegenheiten (DEFRA) genehmigt, das gentechnisch veränderte Pflanzen reguliert. Die Forscher werden ihre erste Ernte diesen oder nächsten Monat ernten. Für Großbritannien ist dies ein großer Schritt. Tatsächlich ist es der erste Versuch dieser Art. DEFRA hat nur fünf gentechnisch veränderte Pflanzen für Feldversuche zugelassen. Dies ist die erste Pflanze mit erhöhtem Nährwert.
Während einige sich vor solchen gentechnisch veränderten Organismen für die menschliche Ernährung hüten, sehen andere dies als Teil des Trends, gentechnisch veränderte Pflanzen zu verwenden, um nährstoffreiche Lebensmittel und Arzneimittel nachhaltiger herzustellen. In diesem Fall könnte GM Camelina die Fischzucht nachhaltiger und den Fisch nahrhafter machen.
Fisch macht eigentlich kein Fischöl. Was wir Fischöl nennen, sind lange Ketten von mehrfach ungesättigten Omega-3-Fettsäuren. Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) sind die beiden wichtigsten Fettsäuren für die menschliche Ernährung und wurden mit einer gesunden Gehirnfunktion und einer Verringerung von Entzündungen in Verbindung gebracht (obwohl noch unklar ist, ob diese Vorteile zu gesünderen Herzen führen, wie viele behauptet haben ). Algen und Pilze produzieren auf natürliche Weise diese langen Ketten, und Fische fressen die Mikroben oder kleinere Organismen, die die Mikroben fressen.
Im Ozean wandeln sich Öle die Nahrungskette hinauf zu größeren Fischen. Ein wilder Fisch hat also Fischöle, die sich aus der Nahrung angesammelt haben, die er gegessen hat.
In Fischfarmen ist dies jedoch eine andere Geschichte. „Das große Problem ist, dass die Fischzucht als Input von diesen Fischölen abhängig ist“, sagt Jonathan Napier, leitender Wissenschaftler des Rothamsted-Versuchs.
Ohne die Fülle an ölreichen Nahrungsquellen im Ozean wird ein Zuchtfisch „nicht wie ein echter Fisch aufwachsen oder wie ein echter Fisch schmecken. Es wird einfach nicht die richtigen Fettsäuren in seinen Ölen haben “, sagt Colin Lazarus, ein Biologe an der Universität Bristol in Großbritannien, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt ist. Ohne das Öl wären Zuchtfische auch weniger nahrhaft, da ihnen Omega-3-Fettsäuren fehlen würden.
Algen- und Fugenpopulationen sind in großem Maßstab unordentlich und schwer zu pflegen, daher stammt das Fischöl leider am einfachsten von anderen Fischen. Jährlich werden rund eine Million Tonnen Fischöl aus dem Meer geerntet, und rund 80 Prozent davon gehen an Fischfarmen und werden in landwirtschaftliche Futtermittel eingemischt.
Wenn es ein bisschen lächerlich erscheint, Fische aus dem Meer zu ernten, um Zuchtfische mit Fischöl zu versorgen, haben Sie recht. Mit dem Rückgang der Wildfischpopulationen stammt immer mehr der weltweit verzehrte Fisch von Bauernhöfen. Aber damit dieser Fisch nahrhaft ist, braucht er den wilden Fisch.
Eine Fischfarm in Norwegen. (Mit freundlicher Genehmigung von Flickr-Benutzer Yodod) Wie können Ressourcenmanager diesen selbstzerstörerischen Stil stoppen? Die Antwort liegt nach Ansicht einiger Wissenschaftler in der Landwirtschaft.
Die Landwirtschaft benötigt ziemlich grundlegende Ressourcen - Sonnenlicht, Wasser und Dünger - und verfügt bereits über eine Infrastruktur zur Herstellung von Ölen wie Sonnenblumenöl und Rapsöl. Warum also nicht gentechnisch veränderte Pflanzen zur Herstellung von Fischöl?
„Gentechnische Veränderungen könnten einen nachhaltigeren Weg für den Anbau von Fisch für den menschlichen Verzehr darstellen, da das Staubsaugen der Meere, das Aufnehmen aller Fische im Meer, um Massen davon zu zermahlen, um Fischöl für den Anbau von Fisch in Gefangenschaft zu erhalten, nicht nachhaltig ist Übung “, sagt Lazarus.
Aber wie macht man eine Pflanze, die Fischöl macht? Um eine Pflanze für die Herstellung von Omega-3-Fettsäuren zu gewinnen, müssen nur die richtigen Gene aus Algen herausgeschnitten und in eine Pflanze eingefügt werden, erklärt Lazarus. Um die gewünschte Fettsäure zu produzieren, müssen Sie herausfinden, welche Gene an den richtigen Stellen eine Säure mit der richtigen Anzahl von Kohlenstoffen und chemischen Bindungen produzieren.
„Wenn Sie die richtigen Gene haben, erledigt die Pflanze dies gerne für Sie“, sagt Lazarus. Zum Beispiel hat Lazarus 2004 im Labor Algengene in eine Arabidopsis geschnitten und eingefügt, eine kleine blühende Pflanze, die häufig in Tests zur Beobachtung biologischer Reaktionen verwendet wird. Nach dem Zusammenfügen produzierte die gesamte Pflanze geringe Mengen langkettiger Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren.
Das Team von Rothamsted hat im letzten Jahrzehnt versucht, eine effizientere Pflanzenfischölfabrik zu bauen. "Es war ein bisschen wie der Versuch, alle Teile für Ihr Gerät zu finden, und wenn Sie alle Teile haben, können Sie sie zusammenbauen", sagt Napier.
Camelina-Pflanzen sind aufgrund ihres kurzen Lebenszyklus und der Tatsache, dass sie sich normalerweise nicht mit gewöhnlichen Raps-Kulturpflanzen kreuzen oder kreuzen, für ein ideales Gefäß geeignet. Dies bedeutet, dass in die Camelina eingebrachte Gene die Wildpflanzenpopulationen mit geringer Wahrscheinlichkeit genetisch kontaminieren. Sie haben es geschafft, ihre Kamelinapflanzen genetisch so zu verändern, dass sie sieben Gene aus Algen enthalten, sodass sie wahrscheinlich sowohl EPA als auch DHA in hohem Maße produzieren.
Diese Algengene bedurften auch einiger Modifikationen, um sie mit der Pflanze kompatibel zu machen. Dies liegt daran, dass einige Organismen beim Lesen von genetischen Codes bestimmte Vorlieben haben, wenn Gene in einer Zelle transkribiert werden. Die Forscher optimierten die Gene so, dass sie genetische Bausteine enthalten, die von Kamelinen und nicht von Algen bevorzugt werden.
"Es ist fast so, als würde man die Sprache glätten, damit sie im Host besser fließt", sagt Napier. Dadurch wird die Omega-3-Produktion in der Anlage effizienter und es entstehen mehr Fettsäuren. Mithilfe eines speziellen Promotorgens gelang es den Forschern, die Produktion dieser Fettsäuren auf die Samen der Pflanzen zu konzentrieren, was die Ernte erheblich erleichterte
Diese Kamelinenpflanzen wachsen im Gewächshaus und produzieren Samen, die 25 Prozent Omega-3-Öle (12 Prozent EPA und 14 Prozent DHA) und 75 Prozent normales Pflanzenöl enthalten. Da Fischfarmen häufig Pflanzenöl zusammen mit Fischöl in ihr Futter mischen, um die Kosten zu senken, ist dies eine nützliche Kombination. Forscher der University of Stirling testen derzeit das Futter aus dem Rothamsted-Gewächshaus in Fischfarmen.
Der nächste logische Schritt besteht darin, zu testen, wie es den Pflanzen geht, wenn sie auf einem Feld anstatt in einem Gewächshaus wachsen. In diesem Jahr umfasst der Feldversuch etwa 1000 Pflanzen auf einem 100 Quadratmeter großen Grundstück, und wenn alles gut geht, werden sie nächstes Jahr das Volumen verdoppeln.
Camelina Sativa und andere Ölsaaten könnten Aquafarmen der Zukunft mit Fischöl versorgen. (Mit freundlicher Genehmigung von USDA) Der Versuch läuft in jeder Vegetationsperiode bis 2017. Ein Erfolg wäre eine Pflanze, die genau so wie im Gewächshaus wächst und die gleiche Menge an Omega-3-Fettsäuren produziert.
Wenn alles reibungslos läuft, könnten die Pflanzen in den nächsten zehn Jahren Omega-3-Fettsäuren für die Hauptfischzucht produzieren. Die Pflanzen könnten sogar eine Quelle für Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen werden - eine boomende Industrie, obwohl die Wissenschaft über ihre Wirksamkeit noch nicht vollständig bekannt ist.
Offensichtlich sind sich jedoch nicht alle der Gentechnik einig. Einige befürchten, dass die Ernte mit unentdeckten Gesundheitsrisiken oder Allergien einhergehen könnte. Andere sind der Meinung, dass dies die Nachhaltigkeitsprobleme in der Aquakultur nicht wirklich löst.
"Dies würde einfach ein Problem ersetzen, nämlich den übermäßigen Verzehr von Fischbeständen zur Fütterung von Fisch, durch einen weiteren zusätzlichen Bedarf an Land für die Fütterung von Tieren und nicht für den Anbau von Nahrungsmitteln für Menschen", sagte Helena Paul, Direktorin der Gruppe GM Freeze The Guardian im Januar, als die ersten Pläne für den Prozess bekannt gegeben wurden.
Die Rothamsted-Gruppe ist sicherlich nicht die einzige, die an Pflanzen arbeitet, die Omega-3-Fettsäuren produzieren können. Ein Team in Australien entwickelt Kamel- und Rapspflanzen zur Herstellung von Omega-3-Fettsäuren. In den USA hat Monsanto eine Sojabohnenpflanze entwickelt, die das Omega-3 Stearidonsäure produziert. Andere Gruppen untersuchen auch Leinsamen und indische Senfpflanzen als potenzielle Wirte.
Darüber hinaus ist die Gentechnologie ziemlich flexibel. Abgesehen von Fischöl könnte es eines Tages zur Herstellung anderer Öle und Nährstoffe verwendet werden, spekulieren Forscher. Die Verwendung von Pflanzen zur Herstellung von Arzneimitteln und sogar oralen Impfstoffen ist sogar eine Möglichkeit.
„Wenn Sie eine Pflanze dazu bringen können, das Antigen zu produzieren, das den Impfstoff produziert, ist es möglicherweise einfacher, die Pflanze oder das Pflanzenprodukt zu transportieren, damit die Menschen es einfach essen können“, sagt Lazarus.
Stellen Sie sich vor: Ernten voller Masernimpfstoff. Natürlich sind solche Entwicklungen in weiter Ferne und erfordern umfangreiche klinische und umweltbezogene Feldtests, bevor sie der Realität nahe kommen.
Für Forscher ist das Potenzial jedoch verführerisch. Ein erster wichtiger Schritt? Eine fruchtbare Ernte, wenn Rothamsted-Forscher ihre Fischölsamen pflücken.
