Israelische Forschung: Wenn die Kartoffel vor lauter Stress leuchtet

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Israelischen Forschern ist es gelungen, die Gene einer Kartoffel so zu modifizieren, dass sie bei Stress unter einer Spezialkamera zu leuchten beginnt. Für die Landwirtschaft könnte dies viele Probleme lösen, doch die Wissenschaftler sehen auch Nachteile.

Israelischen Forscher ist es gelungen, Kartoffeln zum Leuchten zu bringen, sobald diese Stress ausgesetzt sind. (Symbolbild: Getty Images)
Israelischen Forscher ist es gelungen, Kartoffeln zum Leuchten zu bringen, sobald diese Stress ausgesetzt sind. (Symbolbild: Getty Images)

Das Menschen und auch Tiere unter Stress leiden können, ist bekannt, aber wussten Sie, dass es auch für Pflanzen stressig werden kann? Etwa, wenn es zu warm oder zu kalt ist oder sie zu wenig Wasser und Nährstoffe bekommen. Es mutet wahrlich seltsam an, aber dem ist wirklich so.

Wissenschaftlern der Hebrew University in Jerusalem ist es nun gelungen, eine Kartoffel gentechnisch so zu verändern, dass sie in einer bestimmten Farbe leuchtet, wenn sich die Knolle gestresst fühlt.

Kartoffeln wurden gentechnisch modifiziert

Der Forschungsbericht, der in der Wissenschaftszeitung "Plant Physiology" von Matanel Hipsch unter der Leitung von Dr. Shilo Rosenwasser veröffentlicht wurde, beschreibt die Einpflanzung eines Gens mit einem fluoreszierenden Protein, das seine Farbe je nach dem Grad der freien Radikale ändert, also sauerstoffhaltige Moleküle, die sich ansammeln, wenn ein Organismus unter Stress steht. 

Hohe Mengen an freien Radikalen können erhebliche Schäden verursachen. Die Fluoreszenzsignale werden von einer speziellen Fluoreszenzkamera aufgenommen.

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Der "Times of Israel" sagte Dr. Rosenwasser vom Department of Plant Sciences, dass sich die Forschungen noch im Entwicklungsstadium befinden. So planen er und sein Team, eine einfach zu bedienende und finanziell erschwingliche Spezialkamera für Landwirte zu entwickeln.

Auch hoffe er, dass es möglich wird, diese Technologie zu erweitern und anzupassen, um Stress auch bei anderen Pflanzenkulturen messen zu können.

MIT verfolgt Ansatz der Pflanzen-Nanobionik

Der gentechnische Ansatz, der in Israel verfolgt wird, steht im Gegensatz zum mechanischen Bereich der Pflanzen-Nanobionik, der am Massachusetts Institute of Technology (MIT) vorangetrieben wird.

Anstatt Gene zu manipulieren, um Pflanzen zu bestimmten Handlungen zu bewegen, baut die Pflanzen-Nanobionik auf winzige Sensoren - winzige konstruierte Partikel, die Zugang zu den Zellen einer Pflanze und sogar zu subzellulären Strukturen wie Chloroplasten haben.

Die Sensoren, die das MIT anwendet, werden durch die Kombination von winzig kleinen Röhrchen mit einer Polymerbeschichtung hergestellt. Diese erzeugen die Fluoreszenz und strahlen Licht aus. 

Die Fluoreszenz ändert ihre Farbe in dem Moment, in dem sich ein Zielmaterial mit der Polymerbeschichtung verbindet. Diese Farbänderung wird von einer Infrarotkamera aufgenommen, die anschließend einen Alarm an ein Mobiltelefon oder eine E-Mail-Adresse sendet.

Das MIT-Labor unter der Leitung von Prof. Michael Strano hat begonnen, die Sensoren auch einzusetzen, um chemische Signale abzufangen, welche die Pflanze aussendet, wenn diese unter Stress steht. So kann z.B. das Vorhandensein von Stoffen wie Arsen im Grundwasser erkannt werden - ein echtes Problem für viele Reisbauern, die sich keine teuren Labortests leisten können.

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"Pflanzen erkennen nicht nur Probleme, sondern haben auch eine 'interne Signalgebung', so wie Menschen Nerven haben", sagte Strano Anfang des Jahres der "Times of Israel".

Das MIT hat die Technologie sogar so weit vorangetrieben, dass sie Pflanzen zum Leuchten bringt. 

Genetischer Ansatz mit Vor- und Nachteilen

Rosenwasser sagte, der genetische Ansatz habe Vor- und Nachteile. Ein Vorteil sei, dass die genetische Kodierung nur einmal vorgenommen werden müsse. Die Eigenschaft vererbt sich anschließend auf alle zukünftigen Generationen der Pflanze, die manipuliert wurden. Der Nachteil sei allerdings die Angst, welche die Menschen vor gentechnisch veränderten Pflanzen haben.

Eine Möglichkeit, dieser zu begegnen, so Rosenwasser weiter, sei es, eine bestimmte Anzahl modifizierter Kartoffeln in ein Feld zu pflanzen, welche einen möglichen Stress vermitteln. Bevor die Kartoffeln dann für den Verkauf geerntet werden, könnten die genetisch veränderten Knollen aus dem Feld entfernt werden.

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