Bt-Mais: Wie die Pflanze sich selbst schützt

Vertiefung zum ThemaGentechnik bei Pflanzen

Eine Raupe frisst sich in einen Maisstängel – und stirbt wenige Tage später, ohne dass ein Tropfen Insektizid gespritzt wurde. Den Schutz bildet die Pflanze selbst, mit einem Gen aus einem Bodenbakterium. Bt-Mais ist die bekannteste gentechnisch veränderte Pflanze der Welt und zugleich ein Lehrstück für Evolution auf dem Acker.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema „Gentechnik bei Pflanzen“. Bt-Mais trägt ein Gen aus einem Bodenbakterium. Mit diesem Gen bildet er ein Eiweiß. Es tötet bestimmte Insektenlarven, zum Beispiel vom Maiszünsler. Die Raupen von diesem Falter fressen sich durch Stängel und Kolben.

Das Gift wirkt nur bei passenden Insekten. Erst im Larvendarm wird es aktiv. Dann bindet es an bestimmte Andockstellen. Die Darmwand geht kaputt, und die Larve stirbt. Menschen haben einen sauren Magen und keine passenden Andockstellen. Darum schadet ihnen das Gift nicht.

Das Wichtigste:

• In der EU wächst Bt-Mais fast nur in Spanien.
• In Deutschland ist der Anbau seit 2009 verboten.
• Manche Schädlinge werden resistent. Das heißt: Das Gift wirkt bei ihnen nicht mehr.
• Felder mit normalem Mais bremsen diese Entwicklung.

Merke: Bt-Mais schützt sich selbst gegen Raupen, aber Schädlinge können resistent werden.

Bt-Mais: ein Gen aus dem Bodenbakterium

Bacillus thuringiensis lebt im Boden und auf Pflanzen. Seinen Namen hat es von Thüringen: Der Biologe Ernst Berliner beschrieb es 1911 aus kranken Mehlmotten-Raupen einer thüringischen Mühle. Wenn das Bakterium Sporen bildet, lagert es Eiweißkristalle ein – die Cry-Proteine (von englisch crystal). Für viele Insektenlarven sind sie tödlich. Bt-Präparate werden deshalb seit Jahrzehnten als biologisches Spritzmittel eingesetzt, auch im Ökolandbau (mehr unter Biologische Schädlingsbekämpfung).

Es gibt Hunderte verschiedene Cry-Proteine, und jedes wirkt nur auf eine kleine Gruppe von Insekten. Beim Bt-Mais nutzt man vor allem zwei Typen: Cry1-Proteine gegen Schmetterlingsraupen wie den Maiszünsler und Cry3- und Cry34/35-Proteine gegen Käferlarven wie den Westlichen Maiswurzelbohrer. Die in Europa zugelassene Linie MON810 bildet das Protein Cry1Ab. Wie das Gen in die Pflanze gelangt, erklärt die Seite Gentechnik bei Pflanzen am Beispiel der Agrobacterium-Methode.

So wirkt das Bt-Toxin im Insektendarm

1. AufnahmeDie Raupe frisst Blatt- oder Stängelgewebe, in dem das Cry-Protein gebildet wird.
2. AktivierungIm stark basischen Mitteldarm vieler Schmetterlingsraupen wird das Protein gelöst; Verdauungsenzyme der Larve schneiden es auf die aktive Form zurecht.
3. BindungDas aktive Toxin bindet an bestimmte Rezeptorproteine auf den Darmzellen. Welche Rezeptoren ein Insekt besitzt, entscheidet darüber, ob es empfindlich ist.
4. PorenbildungMehrere Toxinmoleküle lagern sich zusammen und bilden Poren in der Zellmembran. Wasser und Ionen strömen ein, die Zellen platzen, Darmbakterien dringen in den Körper ein. Die Larve stirbt.

Der Maiszünsler und was Bt-Mais gegen ihn leistet

Der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) ist ein unscheinbarer Kleinschmetterling. Seine Raupen bohren sich in Stängel und Kolben. Die Pflanzen knicken um, und durch die Fraßgänge dringen Pilze ein, die giftige Stoffwechselprodukte bilden (Mykotoxine). Gegen Raupen im Stängel kommen gespritzte Insektizide kaum heran.

Hier hat Bt-Mais messbare Effekte. Eine Meta-Analyse italienischer Forschender von 2018, die 21 Jahre Feldstudien auswertete, fand 5,6 bis 24,5 % höhere Erträge und deutlich weniger Mykotoxine im Korn, etwa 30,6 % weniger Fumonisine. In den USA wird Bt-Mais so großflächig angebaut, dass der Maiszünsler insgesamt seltener geworden ist. Davon profitieren auch Nachbarn ohne Bt-Mais: Eine Studie in Science schätzte den Nutzen in fünf Bundesstaaten über 14 Jahre auf rund 6,8 Milliarden US-Dollar, davon gut 4 Milliarden für Landwirte, die selbst gar keinen Bt-Mais anbauten.

Wo wird Bt-Mais angebaut?

MON810 ist bis heute die einzige gentechnisch veränderte Pflanze mit EU-Anbauzulassung. Das deutsche Verbot von 2009 stützte sich auf eine Schutzklausel des EU-Rechts; die Bundesregierung verwies auf neue Hinweise zu möglichen Wirkungen auf Nichtzielorganismen. Seit der Änderung des EU-Rechts 2015 können Mitgliedstaaten den Anbau auch aus anderen Gründen untersagen. Import und Verarbeitung von zugelassenem Bt-Mais als Lebens- und Futtermittel sind in Deutschland erlaubt.

Resistenzen und Refugien

Wo jedes Jahr dasselbe Bt-Protein auf riesigen Flächen wirkt, überleben die seltenen Insekten, die zufällig unempfindlich sind – und vermehren sich. Eine Auswertung von 73 Datensätzen weltweit fand 2023 in 26 Fällen praktische Resistenz, also Schädlinge, die eine Bt-Sorte auf dem Feld nicht mehr ausreichend kontrolliert; sie trat im Mittel 6,6 Jahre nach Einführung auf. Beim Mais betraf das unter anderem den Westlichen Maiswurzelbohrer: 2011 berichteten Forschende aus Iowa über Felder, auf denen mindestens drei Jahre hintereinander dieselbe Bt-Sorte (Cry3Bb1) gestanden hatte und die Larven trotzdem die Wurzeln zerfraßen. Der Maiszünsler galt lange als Musterbeispiel, bei dem in über 20 Jahren keine Resistenz auftrat – bis Forschende 2019 aus Nova Scotia (Kanada) erstmals Felder meldeten, auf denen Cry1F-Mais nicht mehr schützte.

Das wichtigste Gegenmittel sind Refugien: Flächen mit normalem Mais in der Nähe, auf denen empfindliche Insekten überleben und sich mit eventuell resistenten Tieren paaren. Die US-Umweltbehörde EPA schreibt dafür feste Anteile vor:

• Maisgürtel, Sorte mit einem Bt-Protein: 20 % der Fläche als Refugium.
• Maisgürtel, Sorte mit mehreren Bt-Proteinen gegen denselben Schädling (Pyramide): 5 %.
• Baumwollregionen, Sorte mit einem Bt-Protein gegen Raupen: 50 %, weil manche Schädlinge dort Bt-Mais und Bt-Baumwolle zugleich ausgesetzt sind.

Wie die Rechnung hinter den Refugien mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz funktioniert, zeigt die Seite Probleme bei der Pflanzenzüchtung.

Nichtzielorganismen: Was sagen die Studien?

Bt-Mais ist eine von zwei Pflanzen, an denen sich die Debatte um die grüne Gentechnik besonders gut verfolgen lässt. Die andere schützt nicht sich selbst, sondern soll Menschen helfen: Golden Rice. Eine Gesamtbilanz der Argumente findest du unter Vor- und Nachteile der grünen Gentechnik.

Vertiefung Oberstufe: Wie Resistenz im Insekt entsteht – und warum Pyramiden helfen

Weil das Toxin an Rezeptoren binden muss, liegt der Schlüssel zur Resistenz meist genau dort. Bei vielen resistenten Schmetterlingspopulationen fanden Forschende Mutationen in Genen für Rezeptorproteine der Darmzellen, zum Beispiel für ein Cadherin oder einen ABC-Transporter. Ein veränderter oder fehlender Rezeptor bindet das Toxin nicht mehr; der Darm bleibt intakt.

Solche Resistenzen werden oft rezessiv vererbt: Ein einziges intaktes Rezeptor-Allel reicht, damit das Toxin binden kann. Mischerbige Larven (rS) sterben also noch, wenn die Pflanze genug Toxin bildet (Hochdosis). Nur reinerbig resistente Tiere (rr) überleben – und die sind selten, solange aus den Refugien viele empfindliche Falter nachkommen. Beim Westlichen Maiswurzelbohrer war genau diese Voraussetzung nicht erfüllt: Die Maissorten bildeten keine Hochdosis, die Resistenz wurde nicht rein rezessiv vererbt, und vielerorts fehlten Refugien oder Fruchtwechsel.

Eine zweite Strategie sind Pyramiden: Sorten mit zwei oder mehr Bt-Proteinen, die an verschiedene Rezeptoren binden. Ein Schädling müsste dann gleichzeitig zwei unabhängige Resistenzen besitzen. Ist jede für sich selten, ist die Kombination extrem selten. Voraussetzung ist, dass keine Kreuzresistenz besteht. In der Studie aus Iowa überlebten die gegen Cry3Bb1 resistenten Larven auf Mais mit dem Protein Cry34/35Ab1 nicht besser – ein Hinweis, dass sich diese beiden Proteine kombinieren lassen. Pyramiden helfen aber wenig, wenn ein Schädling gegen eines der beiden Proteine bereits resistent ist: Dann wirkt faktisch nur noch das zweite.

Fachbegriffe

Bt-Mais

Mais mit einem Gen aus Bacillus thuringiensis, das für ein insektentötendes Cry-Protein codiert.

Cry-Protein

Kristallprotein aus B. thuringiensis, das nach Aktivierung im Insektendarm Poren in Darmzellen bildet.

Maiszünsler

Kleinschmetterling, dessen Raupen sich in Maisstängel und Kolben bohren.

Refugium

Fläche mit Pflanzen ohne Bt-Toxin, auf der empfindliche Schädlinge überleben und Resistenzen verdünnen.

Pyramide

Sorte mit mehreren Bt-Proteinen gegen denselben Schädling, die an verschiedene Rezeptoren binden.

Nichtzielorganismus

Lebewesen, das von einer Maßnahme nicht getroffen werden soll, z. B. Bienen oder Schmetterlinge.

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