Gentechnik. Strahlenschutz

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1 Gentechnik Strahlenschutz

2 Gentechnik bei Bakterien, Tieren und Pflanzen 1. Historische Entwicklung 2. Das Gen-Gesetz 3. Praktischer Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen 4. Gentechnik bei Pflanzen

3 Das Prinzip der DNA Klonierung Tools: 1. Restriktionsenzym 2. DNA Ligase 3. Plasmid- Vektor Transformation: Escherichia coli

4 1. Historische Entwicklung 2. Das Gen-Gesetz 3. Praktischer Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen 4. Gentechnik bei Pflanzen

5 J.J Morrow, S.N. Cohen, A.C. Chang, H.W. Boyer, H.M. Goodman, R.B. Helling: Replication and transcription of eukaryotic DNA in Escherichia coli Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1974; May) 71:

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7 Recombinant DNA Dateline 1973 First public concern that recombinant DNA procedures might generate potentially dangerous, novel microorganisms 1974 Call for a worldwide moratorium on certain classes of recombinant DNA experiments 1975 International Meeting at Asilomar 1976 Release of the first guidelines by the NIH 1977 First genetic engineering company: Genentech

8 Richtlinien zum Schutz vor Gefahren durch in-vitro neukombinierte Nukleinsäuren 4. überarbeitete Fassung, 1981

9 1. Historische Entwicklung 2. Das Gen-Gesetz 3. Praktischer Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen 4. Gentechnik bei Pflanzen

10 Verordnung über die Sicherheitsstufen und Sicherheitsmaßnahmen bei gentechnischer Arbeiten in gentechnischen Anlagen GenTSV - Gentechnik- Sicherheitsverordnung In der Fassung vom 14. März 1995 Erster Abschnitt Allgemeine Vorschriften 1 Anwendungsbereich Sicherheitsanforderungen an gentechnische Arbeiten in gentechnischen Anlagen 2 Sicherheitsstufen und Sicherheitsmaßnahmen

11 3 Begriffsbestimmungen Mikroorganismen Zellkultur Pflanzen Tiere hochwirksame Toxine 4 Grundlagen der Risikobewertung und der Sicherheitseinstufung 5 Risikobewertung von Organismen 6 Biologische Sicherheitsmaßnahmen

12 7 Sicherheitseinstufung Sicherheitsstufe 1, 2, 3 und 4 8 Allgemeine Schutzpflicht, Arbeitsschutz 9 Technische und organisatorische Sicherheitsmaßnahmen für Labor- und Produktionsbereich 10 Haltung von Pflanzen in Gewächshäusern 11 Haltung von Versuchstieren in Tierhaltungsräumen 12 Arbeitssicherheitsmaßnahmen

13 12a Unterrichtung der Beschäftigten 13 Anforderungen an die Abwasser- und Abfallbehandlung 14 Verantwortlichkeiten des Projektleiters 15 Sachkunde des Projektleiters 16 Bestellung eines Beauftragten 17 Sachkunde des Beauftragten 18 Aufgaben des Beauftragten 19 Pflichten des Betreibers 20 Ordnungswidrigkeiten

14 Belehrung gem. 12 Abs. 3 Gentechnik-Sicherheitsverordnung (GenTSV) Gruppierung GVOs nach Gefährdungspotential S1: kein Risiko für Mensch und Wirbeltiere S2: geringes Risiko für Beschäftigte und Bevölkerung S3: mäßiges Risiko für Beschäftigte und Bevölkerung S4: hohes Risiko für Beschäftigte und Bevölkerung S1: einmalige Anmeldung, Aufzeichnungspflicht

15 Laborvoraussetzungen S1: abwaschbare Oberflächen, Kennz. Genlabor S2: muss abgetrennt sein, geschlossen, Zutritt kontrolliert, Kennzeichnung Biogefährdung S3: Schleuse, Unterdruck, Kontrollbereich, Zuund Abluftfilterung S4: dreikammerige Schleuse, Schutzanzüge, Kameraüberwachung

16 Risikogruppen von Organismen Gruppe Bewertung Beispiele (Pathogenität) R1 ungefährlich E. coli, Pflanzen, Insekten, Wirbeltiere R2 geringes Risiko Staphylococcus aureus, HPV, Trichinella R3 mäßiges Risiko Bacillus anthracis, HIV, Plasmodium falciparum R4 hohes Risiko Ebola-Virus

17 1. Historische Entwicklung 2. Das Gen-Gesetz 3. Praktischer Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen 4. Gentechnik bei Pflanzen

18 Sachgerechte Entsorgung von GVOs Bakterien: autoklavieren Drosophila: Abtöten in 70 % Ethanol oder über Nacht bei - 20 C Autoklaviergut sammeln! Müll: Spitzen, Petrischalen etc. im weißen Eimer kontaminierte Glassachen: Reagenzgläser, Erlenmeyerkolben etc. im Edelstahl-Eimer (Beschriftung abwischen) Glaspipetten: in Eimern mit Desinfektionslösung

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20 1. Historische Entwicklung 2. Das Gen-Gesetz 3. Praktischer Umgang mit gentechnisch veränderten Organismen 4. Gentechnik bei Pflanzen

21 Gentechnik bei Pflanzen 1. Allgemeines -Ziele - Methoden - Rechtliches 2. Praxis - Vorsichtsmaßnahmen - Freisetzung - Kennzeichnung

22 Ziele Warum werden Pflanzen transformiert? 1. Um ihre agronomischen Eigenschaften zu verbessern (Grüne Gentechnik) 2. Um ihre Physiologie besser zu verstehen (Grundlagenforschung) Normaler vs. Golden Rice Wurzelspitze von Arabidopsis: ein Protein der Endodermis ist mit GFP markiert

23 Wie werden transgene Pflanzen erzeugt? Vier verschiedene Methoden: Direkt, d.h. mit nackter DNA: durch Zugabe zu Zellen, denen die Zellwand abgebaut wurde (Protoplasten) Durch Beschuss von Geweben Indirekt durch Infektion mit Agrobacterium tumefaciens (Bodenbakterium) Durch homologe Rekombination

24 Protoplasten-Transformtion Voraussetzung: Protoplasten müssen zu Pflanzen heranwachsen können

25 Genkanone

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27 Wurzelhalsgallen Das Ti-Plasmid

28 Transfer der T DNA in Pflanzenzellen Konjugation

29 Erzeugen transgener Pflanzen durch homologe Rekombination Werkzeug: Zink-Finger Nucleasen: bestehen aus zwei funktionellen Domänen - Zink-Finger Domäne: erkennt bestimmte DNA- Sequenz: 6 bp - Nuclease Domäne: Doppelstrang-Bruch

30 Erzeugen eines sequenz-spezifischen Doppelstrangbruchs Erkennen 24 bp KA High (2005) Nature 435:

31 Sequenz-spezifische endogene Gen-Modifikation mit ZFN MH Porteus (2009) Nature 459: 337

32 Erste transgene Pflanzen Mais: IPH1-Locus: Einbau eines Herbizid- Resistenzgens (3-20% Erfolgsrate) VK Sukla (2009) Nature 459: 437 Tabak: SuRB-Gen: kleine Veränderungen JA Townsend (2009) Nature 459: 442

33 Allgemeines: Rechtliches Genveränderte Organismen in einem pflanzlichmolekularbiologischen Labor: - Bakteriophagen für Genbanken - Saccharomyces cerevisiae oder E. coli für Hefe-2-Hybrid oder Genbanken - E. coli K12-Derivate zur Plasmidvermehrung und klonierung - Agrobacterium tumefaciens und A. rhizogenes zur Transformation - Genveränderte Pflanzen (verschiedene Arten) Alle Organismen sind R1, pflanzlichmolekularbiologische Laboratorien sind somit generell S1

34 Aufzeichnungspflicht Plasmid-Backbone mit Ampicillinresistenz und Replikationsursprung aus E. coli Ubiquitin-Promotor aus Mais gfp-gen aus A. victoria Bordersequenz aus A. tumefaciens nos-terminator aus A. tumefaciens Donor Zea mays, Aequorea victoria, A. tumefaciens DNA: Ubiquitin-Promotor, gfp-gen, nos-terminator Rezipient 1 E. coli Rezipient 2 Agrobacterium tumefaciens Rezipient 3 Nicotiana tabacum Vektor puc19-derivat GVO Risikogruppe 1

35 Vorsichtsmaßnahmen Da S1 keine Gefährdung darstellt, kann es im Prinzip keine Vorsichtsmaßnahmen geben. Um unbeabsichtigte Freisetzungen zu minimieren ist jedoch eine Inaktivierung aller GVOs im GenTG empfohlen und an Bayerischen Universitäten Pflicht. Bei Pflanzen genügt es, ihre Vermehrung außerhalb der gentechnischen Anlage zu verhindern, z.b. durch Verhinderung von Pollenflug, Entfernen von Blüten und Samen etc.

36 Freisetzungsexperimente - Antrag an das Robert-Koch-Institut (Berlin) - Öffentliche Bekanntmachung und Auslegung - Einwendungen - Prüfung und Beratung durch die ZKBS - Einverständnis des BMVEL - Stellungnahme der zust. Landesbehörde - Entscheidung (bei Pflanzen bisher immer positiv) 1. Freisetzungsversuch in Deutschland durch das MPI für Züchtungsforschung Köln, 1990

37 Praxis: Freisetzung Forschung: pro Jahr Anträge auf Freisetzung Anbau: nennenswert sind bisher nur - Mais (Herbizid- und Insektenresistenz) - Soja (Herbizidresistenz) - Raps (Herbizidresistenz und männliche Sterilität) - Baumwolle (Herbizid- und Insektenresistenz) - Papaya (Virusresistenz)

38 Freisetzungsexperimente mit transgenem Mais in Deutschland Versuchsfelder in 7 Bundesländer (~ 300 ha): 2006

39 Anbauflächen transgener Nutzpflanzen weltweit 80 Anbauflächen (Mio. ha) ,7 12,7 3,2 4,4 1,3 29,4 7,9 13 2,3 39,8 3,6 3,6 11,1 21,5 44,2 10,3 52,6 58,7 67, ,8 5,3 25,8 2,7 6,8 9,8 33,3 3,0 6,8 12,4 36,5 3,6 7,2 15,5 41,1 Raps Baumwolle Mais Sojabohnen USA 2004: Soja: 85% Mais: 41% Baumwolle: 76%

40 Kennzeichnung, I Kennzeichnungspflichtig sind Lebensmittel, die - GVOs sind (z.b. Papaya) - GVOs enthalten (z.b. Käse mit GV Milchsäurebakterien) - aus GVO gewonnen wurden (z.b. Sojaöl) oder darin über 0,9% Beimischung von GVO haben

41 Kennzeichnung, II Es besteht auch Kennzeichnungspflicht, wenn nur eine Zutat eines Lebensmittels diese Kriterien erfüllt (z.b. eine Schokolade, die nur 0,5% Sojalecithin insgesamt enthält, das aber zu 10% aus GV Soja ist) Auch Gaststätten müssen auf ihren Speisekarten entsprechend kennzeichnen

42 Kennzeichnung, III Nicht Kennzeichnungspflichtig sind Lebensmittel, die - Enzyme aus GVOs enthalten (Enzyme sind KEINE Lebensmittel). - Aromen, Vitamine oder andere Zusatzstoffe aus GVOs enthalten. - aus mit GVOs gefütterten Tieren gewonnen wurden

43 Definition: Biotechnologie Produktion bestimmter Stoffe mit meist Mikroorganismen Weisse Biotechnologie: Produkte und Industrieprozesse in der Chemie- Textil- und Lebensmittelindustrie Grüne Biotechnologie: transgene Pflanzen Rote Biotechnologie: Produktion pharmazeutisch relevanter Produkte (Insulin)

44 Strahlenschutzverordnung Radioaktivität = radioaktiver Zerfall Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan unter Energieabgabe umzuwandeln

45 Historische Entwicklung : Antoine Henri Becquerel entdeckt, dass Uransalze eine fotographische Platte schwärzen 2. Die neue Strahlung durchdringt lichtundurchlässige Stoffe : Marie und Pièrre Curie weisen die neue Strahlung bei Thorium nach und entdecken zwei weitere radioaktive Elemente: Polonium und Radium

46 Isotope eines Elements Die Atome eines Elements können eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern enthalten = Isotope = Nuclide des betreffenden Elements Isotope des Wasserstoffs:

47 Isotope = Nuclide Isotope eines Elements haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften Manche Isotope sind radioaktiv = instabil Etwa 2000 Nuclide sind heute bekannt; davon sind etwa 250 radioaktiv (Radionuclide)

48 Radioaktivität Den Zerfall von Radionucliden kann man weder beeinflussen noch aufhalten Beim Zerfall eines Radionuclids entstehen meist Atome eines anderen Elements, die entweder stabil oder wiederum radioaktiv sind

49 Radionuclide kommen auch in der Natur vor

50 Radionuclide zerfallen Halbwertszeit eines Radionuclids = Zeit, nach der die Hälfte der anfänglich vorhandenen Anzahl der Kerne zerfallen ist

51 Einheit der Radioaktivität Die Anzahl der pro Zeiteinheit zerfallenden Kerne wird als die Aktivität einer gegebenen Substanz bezeichnet und wird in der Einheit Bequerel angegeben 1 Bq (Becquerel) = 1 Zerfall pro Sekunde

52 Radioaktive Strahlung Beim radioaktiven Zerfall werden Alpha- oder Beta-Teilchen ausgesandt, oft zusätzlich auch Gamma-Strahlung Alpha-Teilchen = Heliumkern (je 2 Protonen und Neutronen) Beispiele: Radon-222, Uran-238, Plutonium-239 Beta-Teilchen = Elektronen Beispiele: Tritium, C-14, P-32 Gamma-Strahlung = elektromagnetische Strahlung

53 Zerfallsarten von Radionucliden

54 Reichweite von Strahlung

55 Radioaktivität natürlichen Ursprungs Kalium 40 wird mit der Nahrung aufgenommen Aktivität im Körper beträgt ca Bq Radon 222 Uran 238 zerfällt über mehrere Zwischenstufen in das radioaktive Edelgas gelangt über den Boden in die geschlossenen Wohnräume; kann sich beim Einatmen im

56 Wirkung ionisierender Strahlung auf den Menschen Alpha, Beta und Gamma Strahlung können Atome und Moleküle in lebenden Zelle ionisieren Dabei wird Energie an die Atome und Moleküle übertragen Lösen von kovalenten Bindungen; Mutationen in der DNA (Krebs, Erbschäden) Man unterscheidet Akut und Spätschäden

57 Einheit der Dosis Masseinheit = Sievert (Sv) Gamma und Beta Strahlung: 1 Sv = 1 Joule/kg Alpha Strahlung: Multiplikation mit dem Wichtungsfaktor (etwa 20)

58 Akutschäden Nur bei hohen Dosen (> 1000 Sievert) Spätschäden Auslösung auch bei kleinen Dosen: Krebs, Erbschäden Wichtig! Es gibt keine ungefährliche Dosis!!!

59 Wie kann man durch radioaktive Strahlung ausgelöste Schäden berechnen oder bestimmen? Dosis = Mass für die Beurteilung des gesundheitlichen Risikos durch ionisierende Strahlung Man unterschiedet Organ und effektive Dosis = Energieabgabe pro kg Masse (z. B. an ein Gewebe, Organ)

60 Wie kann man durch radioaktive Strahlung ausgelöste Schäden berechnen oder bestimmen? Dosis = Mass für die Beurteilung des gesundheitlichen Risikos durch ionisierende Strahlung Dosis = absorbierte Energie = Joule Masse kg

61 Natürliche Strahlenbelastung

62 Zivilisatorische Strahlenbelastung

63 Mittlere Dosisleistungen

64 Dosen Beruflich Strahlenexponierte, Kategorie B: 15 msv Beruflich Strahlenexponierte, Kategorie A: 50 msv Kategorie A: jährliche ärztliche Untersuchung Teilkörperdosis: Hände: 500 msv 3 Monats Dosis: maximal 50% der Jahresdosis Berufslebensalterdosis: 400 msv

65 Messung der Dosen Filmdosimeter: Auswertung extern einmal pro Monat Stabdosimeter: Auswertung direkt vor Ort Fingerdosimeter: Auswertung extern einmal pro Monat

66 Schutz vor radioaktiver Strahlung Abstand Abschirmung: * Alpha Strahlung: Papier * Beta Strahlung: Plexiglas * Gamma Strahlung: Blei, Beton Aufenthaltszeit Schutzkleidung: Kittel, Handschuhe, Schutzbrille (P 32)

67 Praktische Hinweise Kontrollbereich Freigrenze Umgangsgenehmigung Strahlenschutzanweisung Arbeitsplatzkontrolle: Geigerzähler

68 Umgangsgenehmigung für den Kontrollbereich Genetik H 3: 3,70 x 10 8 Bq (5 x 10 6 Bq) T 1/2 = 12,4 Jahre C 14: 3,70 x 10 7 Bq (5 x 10 5 Bq) T 1/2 = 5730 Jahre P 32: 1,85 x 10 8 Bq (5 x 10 5 Bq) T 1/2 = 14,3 Tage P 33: 7,40 x 10 7 Bq (5 x 10 5 Bq) T 1/2 = 25,4 Tage S 35: 1,85 x 10 9 Bq (5 x 10 5 Bq) T 1/2 = 87,4 Tage

69 Strahlenschutzverordnung Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen vom 30. Juni 1989 Was steht in der Strahlenschutzverordnung? 91 Paragraphen und elf Anlagen 1 2 : Geltungsbereich: Umgang mit radioaktiven Stoffen 3 27: Überwachungsvorschriften: Genehmigung, Beförderung radioaktiver Stoffe 28 80: Schutzvorschriften 81 86: Ablieferung radioaktiver Stoffe 87: Bußgeldvorschriften

70 Anlagen Anlage I: Begriffsbestimmungen Anlage II: Anzeigebedürftiger Umgang Anlage IV: Freigrenzen Anlage V: ärztliche Bescheinigung Anlage IX: Grenzwerte für Schutzmaßnahmen bei Oberflächenkontamination: 500 Bq/cm 2 für Beta- Strahler Anlage X: Grenzwerte für Körperdosen

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