Analyse und Bewertung der Risikoforschung zur Freisetzung gentechnisch veränderter Mikroorganismen:
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| Published: |
1999
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Hamburg, Univ., Diss., 1999 |
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| adam_text | Titel: Analyse und Bewertung der Risikoforschung zur Freisetzung gentechnisch veränderter Mikroorganismen
Autor: Heidenreich, Bettina
Jahr: 1999
Inhalt
Inhalt
Verzeichnis der Abbildungen.......................................................................................vii
Verzeichnis der Tabellen............................................................................................viii
Verzeichnis der Abkürzungen.......................................................................................x
Zusammenfassung.....................................................................................................xiii
I Problemstellung........................................................................................................1
1 Zielsetzung der Arbeit..............................................................................................4
2 Einordnung der Arbeit in die Technikfolgenabschätzung und -bewertung
zur Gentechnik........................................................................................................5
II Grundlagen der Analyse: Methoden, Daten, Definitionen........................................9
1 Definitionen..............................................................................................................9
2 Literaturrecherche.................................................................................................10
3 Interviews..............................................................................................................10
4 Auswertungen zu den Freisetzungen gentechnisch veränderter
Mikroorganismen...................................................................................................12
III Die Risikodiskussion und gesetzliche Regulierung zur Freisetzung
gentechnisch veränderter Mikroorganismen..........................................................15
1 Erwartete Risikodimensionen in der wissenschaftlichen Debatte...........................15
2 Konzepte für eine Risikoabschätzung und -bewertung..........................................18
2.1 Gefahrenidentifizierung.......................................................................................19
2.2 Gefahren- bzw. Risikobewertung........................................................................24
2.3 Verfahrensgrundsätze........................................................................................28
3 Die gesetzliche Regulierung von Freisetzungen gentechnisch veränderter
Mikroorganismen...................................................................................................31
3.1 Beispiel USA.......................................................................................................31
3.1.1 Regulierung durch das USDA (U.S. Department of Agriculture)......................35
3.1.1.1 Pflanzenschädlinge.......................................................................................35
3.1.1.2 Tiermedizinische Produkte............................................................................40
3.1.2 Regulierung durch die EPA (Environmental Protection Agency)......................41
3.1.2.1 Regulierung gentechnisch veränderter Mikroorganismen mit
Pestizidwirkung.............................................................................................41
3.1.2.2 Regulierung transgener Mikroorganismen als neue Chemikalien.................46
3.1.3 Regulierung durch die FDA (Food and Drug Administration)...........................53
3.1.4 Regulierung durch die NIH...............................................................................56
3.1.5 ReguBerungsMcken.........................................................................................57
Analyse und Bewertung der Risikoforschung zur Freisetzuno qentechnisch veränderter Mikroorganismen
3.2 Beispiel EU und Deutschland.............................................................................58
3.2.1 Verfahren bei Freisetzung am Beispiel Deutschland........................................61
3.2.2 Verfahren bei Inverkehrbringen am Beispiel Deutschland................................65
4 Schlußfolgerungen.................................................................................................67
IV Möglichkeiten des Einsatzes gentechnisch veränderter Mikroorganismen im
Freiland................................................................................................................71
1 Freisetzungen gentechnisch veränderter Mikroorganismen in den USA................74
1.1 Antrags- und Freisetzungszahlen.......................................................................7^
1.2 Freisetzungsorte und -flächen............................................................................78
1.3 Mikroorganismenarten und Züchtungsziele........................................................78
1.4 Aktivitäten von Firmen und Institutionen.............................................................84
1.5 Zulassung und Inverkehrbringen........................................................................ 8
2 Freisetzungen gentechnisch veränderter Mikroorganismen in der EU...................9°
2.1 Antragszahlen.....................................................................................................90
2.2 Freisetzungsorte.................................................................................................91
2.3 Mikrcorganismenarten und Züchtungsziele........................................................92
2.4 Aktivitäten von Firmen und Institutionen.............................................................96
2.5 Zulassung und Inverkehrbringen........................................................................99
3 Schlußfolgerungen...............................................................................................101
V Die Risikoforschung im Zusammenhang mit Freisetzungen von GVM................103
1 Die bisher in der Risikoforschung angewendeten Methoden zum Nachweis
von GVM.............................................................................................................106
1.1 Markersysteme........................................................................................107
1.2 Nachweise mit Kulturverfahren.........................................................................110
1.3 Nachweise ohne Kulturverfanren......................................................................110
1 4 Nachweisgrenzen von Methoden zum Nachweis gentechnisch veränderter
Mikroorganismen..............................................................................................111
1.5 Schlußfolgerungen............................................................................................118
2 Horizontaler Gentransfer.....................................................................................119
2.1 Vorkommen von horizontalem Gentransfer......................................................120
2.1.1 Horizontaler Gentransfer zwischen Prokaryonten und Eukaryonten..............122
2.1.2 Horizontaler Gentransfer zwischen Eukaryonten...........................................127
2.1.3 Horizontaler Gentransfer zwischen Bakterien................................................129
2.1.3.1 Konjugation.................................................................................................131
2.1.3.2 Transduktion...............................................................................................132
2.1.3.3 Transformation...........................................................................................133
Inhalt
2.1.4 Art der transferierten DNA.............................................................................138
2.1.4.1 Plasmide.....................................................................................................138
2.1.4.2 Chromosomale Gene..................................................................................148
2.1.4.3 Transposons...............................................................................................150
2.2 Transferraten....................................................................................................151
2.2.1 Raten von Transkingdom-Transfer................................................................153
2.2.2 Transferraten bei Bakterien...........................................................................154
2.2.2.1 Konjugationsraten.......................................................................................154
2.2.2.2 Transduktionsraten.....................................................................................163
2.2.2.3 Transformationsraten..................................................................................165
2.3 Horizontalen Gentransfer in der Umwelt beeinflussende Faktoren...................168
2.4 Etablierung der transferierten Gene..................................................................176
2.5 Transfer von Antibiotikaresistenz-Genen..........................................................179
2.6 Schlußfolgerungen............................................................................................182
3 Invasivität gentechnisch veränderter Mikroorganismen.......................................185
3.1 Eingeführte Arten und durch sie verursachte Schäden.....................................186
3.2 Bedingungen für die Invasivität von Mikroorganismen......................................188
3.2.1 Eigenschaften des eingeführten Mikroorganismus.........................................188
3.2.2 Eigenschaften des Habitats...........................................................................192
3.3 Experimente mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen..........................195
3.3.1 Empirische Studien zur Fitneß gentechnisch veränderter
Mikroorganismen...........................................................................................196
3.3.1.1 Untersuchungen zur Überlebensfähigkeit gentechnisch veränderter
Stämme......................................................................................................197
3.3.1.2 Untersuchungen zur Konkurrenzfähigkeit gegenüber
dem Parentalstamm...................................................................................211
3.3.2 Empirische Studien zur Verbreitung gentechnisch veränderter
Mikroorganismen...........................................................................................214
3.3.2.1 Dimension der lateralen und vertikalen Verbreitung....................................214
3.3.2.2 Transportvektoren.......................................................................................216
3.3.3 Empirische Studien zu populaöons- und synökologischen Auswirkungen
aufdieMikroftorades2elhabttats.................................................................219
3.4 Containment gentechnisch veränderter Mikroorganismen................................225
3.4.1 Physikalisches und chemisches Containment...............................................226
3.4.2 Biologisches Containment.............................................................................226
3.4.2.1 Wirte mit verringerter Obertebensfähigkeit..................................................227
3.4.2.2 Suizidsysteme............................................................................................228
3.5 Schlußfolgerungen............................................................................................233
oforschunq zur Freisetzung qentechnisch veränderter Mikrooroanismen
4 Wirkung gentechnisch veränderter Mikroorganismen auf Stoffkreisläufe
in Ökosystemen: „.,»«¦ ¦ i~. .f orr
Der Einfluß gentechnisch veränderter Rhizobien auf den Stickstoffkreislauf........w
4 1 Einsatz von Rhizobien in der Landwirtschaft.....................................................
243
4.2 Emission von N2O.............................................................................................
4.2.1 Wirkung von N2O in der Umwelt....................................................................
O/IC
A.2.2 Entstehung von N2O in der Umwelt................................................................Z4°
247
4.2.2.1 Rolle der Landwirtschaft.............................................................................
248
4.2.2.2 Düngerbedingte N2O-Emisssion.................................................................
253
4.3 Auswaschung von Nitrat...................................................................................
4.4 Verstärkte Lachgasemission und Nitratauswaschung durch den Einsatz
gentechnisch veränderter Rhizobien?...............................................................
255
4.5 Schlußfolgerungen............................................................................................
259
VI Bewertung der bisherigen Risikoforschung........................................................
1 Schwerpunkte und Erfolge der bisherigen Risikoforschung.................................
2 Diskrepanzen zwischen den wissenschaftlichen Konzepten zur
Risikoabschatzung und -bewertung, der Regulierung
und der Forschungspraxis...................................................................................
3 Modifikation und Erweiterung der wissenschaftlichen Konzepte,
Methoden und Fragestellungen der Risikoforschung..........................................26
3.1 Risikoforschungskonzepte und -methoden.......................................................262
3.2 Fragestellungen................................................................................................270
4 Bedeutung der Forschungsergebnisse für die Regulierung von GVM..................272
4.1 Anforderungen an die Regulierungskonzepte...................................................272
4.2 Langzeit-Monitoring bei Freisetzung von GVM: eine Alternative zur
Risikoforschung im voraus?..............................................................................276
5 Bedeutung der Ergebnisse der Risikoforschung für den weiteren Umgang
mit GVM..............................................................................................................279
VIII Literatur............................................................................................................285
1 Literatur zu Kapitel 1.............................................................................................285
2 Literatur zu Kapitel II............................................................................................287
3 Literatur zu Kapitel Ilt...........................................................................................287
4 Literatur zu Kapitel IV..........................................................................................292
5 Literatur zu Kapitel V...........................................................................................296
6 Literatur zu Kapitel VI.................................................._....................-.................321
Verzeichnis der Abbildungen
Verzeichnis der Abbildungen
Abb.lll.1: Von der „National Academy of Sciences der USA vorgeschlagenes
Konzept zur Abschätzung und Bewertung von Freilandversuchen mit GVO
(aus NAS 1989)..........................................................................................................30
Abb.lll.2: Die einzelnen Regulierungsverfahren der USA für gentechnisch
veränderte Mikroorganismen (GVM) in der Übersicht.................................................33
Abb.lll.3: Genehmigungsverfahren zur Freisetzung gentechnisch veränderter
Organismen in Deutschland (verändert nach UBA)....................................................59
Abb.lll.4: Genehmigungsverfahren zum Inverkehrbringen von Produkten, die
gentechnisch veränderte Organismen enthalten oder aus solchen bestehen, in
Deutschland (verändert nach UBA)............................................................................60
Abb.lV.1: Verteilung der in den USA bis Ende Juli 1998 gestellten Freisetzungsanträge
für gentechnisch veränderte Mikroorganismen auf die verschiedenen Behörden und
Gesetze......................................................................................................................74
Abb.lV.2: Verteilung der in den USA bis Ende Juli 1998 beantragten
Einzelfreisetzungen gentechnisch veränderter Mikroorganismen auf die verschiedenen
Behörden und Gesetze...............................................................................................76
Abb.lV.3: Gesamtzahlen gestellter Anträge für Einzelfreisetzungen gentechnisch
veränderter Mikroorganismen in den USA bis einschließlich Juli 1998.......................77
Abb.lV.4: Anteile der verschiedenen Bakteriengattungen und Mikroorganismen-
gruppen an der Gesamtzahl beantragter Einzelfreisetzungen in den USA.................80
Abb.lV.5: Anzahl der bis Juli 1998 in den USA beantragten Einzelfreisetzungen
je Züchtungsziel..........................................................................................................81
Abb.lV.6: Anzahl der in den vergangenen Jahren beantragten
Einzelfreisetzungen gentechnisch veränderter Mikroorganismen in der EU bis
einschließlich Juli 1998...............................................................................................90
AbbJV.7: Verteilung der bis Mitte 1998 beantragten 54 Einzelfreisetzungen
auf die EU-Mitgliedstaaten..........................................................................................91
Abb.lV.8: Anteile der verschiedenen Bakteriengattungen und Mikroorganismen-
gruppen an der Gesamtzahl beantragter Einzelfreisetzungen in der EU.....................92
Abb.lV-9: Anzahl der bis Juli 1998 in der EU beantragten Einzelfreisetzungen je
Züchtungsziel.............................................................................................................94
Abb.V.1: Kategorien der Risikoforschungsprojekte für GVM in den USA von
1989 bis 1993 (insgesamt: 78 Einzelprojekte)..........................................................104
Abb,V.2: Horizontaler Gentransfer innerhalb und zwischen verschiedenen
Organismenreichen..................................................................................................121
viii Analyse und Bewertuno der Risikoforschuna zur Freisetzung oentechnisch veränderter Mikroorganismen
Verzeichnis der Tabellen
Tab.lll.1: Anforderungen verschiedener Konzepte zur Risikoabschätzung
für GVM an die notwendigen Informationen
(nach GUSTAFSSON JANSSON 1993)..................................................................22
Tab.lll.2: Aus dem Konzept zur Risikoabschätzung und -bewertung von
TIEDJE et al. (1989): Beispiele für die Risikobewertung von Eigenschaften des
Organismus................................................................................................................27
Tab.lll.3: Verteilung der bis Ende Juli 1998 in den USA eingereichten
Freisetzungsanträge für GVM auf die verschiedenen Behörden.................................34
Tab.lll.4: Von den zuständigen Behörden der USA und Deutschlands in ihren
Risikoabschätzungen zu Freisetzungsvorhaben von GVM erörterte Aspekte.............69
Tab. IV. 1: Beispiele von GVM für die Verwendung im Freiland....................................72
Tab.lV.2: Aufstellung aller bis Ende Juli 1998 zur Freisetzung in den USA
beantragten Mikroorganismenarten............................................................................79
Tab.lV.3: Genannte Züchtungsziele bei den in den USA zur Freisetzung
beantragten gentechnisch veränderten Mikroorganismen..........................................82
Tab.lV.4: In den USA beantragte Einzelfreisetzungen je Firma bzw.
Forschungseinrichtung in den Jahren 1984 bis Juli 1998 ..........................................87
Tab.lV.5: Zur Vermarktung in den USA zugelassene gentechnisch veränderte
Mikroorganismen (Stand Juli 1998)............................................................................88
Tab.lV.6: Aufstellung aller bis Ende Juli 1998 zur Freisetzung in der EU
beantragten Mikroorganismenarten............................................................................93
Tab.lV.7: Angegebene Züchtungsziele bei den in der EU zur Freisetzung
beantragten GVM.......................................................................................................95
Tab.lV.8: In der EU beantragte Einzelfreisetzungen je Forschungseinrichtung
bzw. Firma in den Jahren 1985 bis Juli 1998..............................................................98
Tab.lV.9: Zum Inverkehrbringen in der EU beantragte oder genehmigte
gentechnisch veränderte Mikroorganismen (Stand Juli 1998 [nach RKI 1998])........100
Tab.V.1: Zur Deteküon gentechnisch veränderter Mikroorganismen
verwendete Marker...................................................................................................108
Tab.V.2: Nachweisgrenzen bei Kultivierung auf Nährboden.....................................112
Tab.V.3: Nachweisgrenzen bei Anwendung der MPN-Methode ..............................114
Tab.V.4: Nachweisgrenzen bei Direktzellzählung per Mikroskop oder Kamera
und Indirektzeitzählung ohne Kultivierung.................................................................115
Tab.V.5: Nachweisgrenzen bei direktem DNA-Nachweis durch Hybridisierung........116
Tab.V.6: Nachweisgrenzen bei direktem DNA-Nachweis durch PCR.......................117
Tab.V.7: Nachweise von RasmkJtransfer in unsterilen, nicht mit Nährstoffen
angereicherten Labormikrokosmen unter der Natur stark angenäherten
Bedingungen............................................................................................................145
Tab.V.8: Raten für Gentransfer von Prokaryonten zu Eukaryonten..........................153
Verzeichnis der Tabellen
Tab.V.9: Raten für Gentransfer von Pflanzen zu Bakterien mittels
Transformation.........................................................................................................154
Tab.V.10: Transferraten von selbsttransmissiblen Plasmiden in unsterilen,
nicht mit Nährstoffen angereicherten Labormikrokosmen unter der Natur stark
angenäherten Bedingungen und im Freiland............................................................155
Tab.V.11: Transferraten bei konjugativer Mobilisierung von Plasmiden....................159
Tab.V.12: Raten von Sym-Plasmid-Transfer............................................................160
Tab.V.13: Raten konjugativen Transfers chromosomaler Gene................................162
Tab.V.14: Raten konjugativen Gentransfers zwischen gram-positiven Bakterien.....163
Tab.V.15: Transduktionsraten..................................................................................164
Tab.V.16: Transformationsraten bei Verwendung von DNA aus Bakterien..............165
Tab.V.17: Überleben gentechnisch veränderter Mikroorganismen (GVM) nach
Einbringen in verschiedene Lebensräume (unsterile Umweltmedien).......................200
Tab.V.18: Experimentelle Untersuchungen zur Wirkung von GVM auf
Ökosystemare Prozesse und deren Ergebnisse........................................................238
Tab.V.19: Gemessene jährliche Lachgasemissionen bei unterschiedlichem
Stickstoffeintrag und daraus ermittelte Emissionsfaktoren für verschiedene
Düngertypen.............................................................................................................251
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