Ein Traumziel der Gentechnik scheint einen Schritt nähergerückt zu sein: die Übertragung der genetisch fixierten Fähigkeit bestimmten Bakterien, chemisch aktiven Stickstoff herzustellen, auf Pflanzen – eine Erbgutmanipulation, die den enormen Kosten- und Energieaufwand für die Produktion künstlichen Stickstoffdüngers drastisch senken könnte.

Einer amerikanischen und einer französischen Forschergruppe gelang es jetzt, die für die Stickstoffbindung zuständigen Gene eines Bakteriums (Klebsiella) auf eine Hefepilzart (Sacromyces) zu übertragen. Damit konnten zum erstenmal alle stickstoffbindenden Gene – insgesamt 17 – aus einer vergleichsweise primitiven Bakterienzelle (die keinen eigentlichen Zellkern besitzt) in eine höherentwickelte Zelle (mit Zellkern) geschmuggelt werden. Da Pflanzen- wie Hefepilzzellen zu den höherentwickelten Zellen zählen, besteht die Hoffnung, daß sich die Stickstoff-Gene auch in Pflanzenzellen einführen lassen.

Derzeit ziehen nur die Leguminosen ("Hülsenfrüchter" wie Bohnen, Erbsen oder Luzerne) Nutzen aus – natürlich vorhandenen – Stickstoff-Genen: Sie kontrollieren die Umwandlung des Stickstoffs aus der Luft in biologisch nutzbare Nitrate und in Ammoniak. Diese Gene wirken freilich nicht in den Pflanzenzellen selbst, sondern in Bakterien der Rhizobium- Familie. Die Rhizobien befallen die Wurzeln der Leguminosen, wobei sich dort Knöllchen bilden (weshalb die mit den Pflanzen in Symbiose lebenden Mikroben auch "Knöllchenbakterien" heißen).

Die beiden Teams unter A. A. Szalay vom Boyce-Thomson-Institut für Pflanzenforschung an der Cornell-Universität im Bundesstaat New York und Claudine Elmerich vom Pariser Pasteur-Institut kommen vorerst freilich nicht weiter. Obwohl Amerikaner und Franzosen verschiedene Methoden für die Übertragung der Gene in die Hefezellen verwendeten, kam es in beiden Fällen zu keiner Gen-"Expression": Gene müssen die biochemische Maschinerie der Zelle anregen, damit diese bestimmte genetische Informationen in spezielle Eiweißstoffe (Proteine) übersetzt, die dann wiederum beginnen, die eigentliche Aufgabe der Gene in die Tat umzusetzen. Dieser Prozeß stockt in den manipulierten Hefezellen, so daß die Stickstoffbindung nicht anläuft.

Nun müssen die Forscher herausfinden, wie sie die Übersetzung der genetischen Information (die "Translation") in Schwung bringen können. In Bakterien werden die entsprechenden Kontrollmechanismen weitaus besser verstanden als in höheren Zellen, da Molekularbiologen schon viele Jahre mit der Bakterienart Escherichia coli arbeiten. Dagegen wurden in höheren Zellen – selbst in jenen der relativ simplen Hefe – nur wenige vergleichbare Arbeiten durchgeführt.. Es kann deshalb noch lange dauern, bevor die gegenwärtigen Arbeiten wirklich Früchte tragen.

Ein weiteres Hindernis auf dem Weg zur biologischen Stickstoffbindung wird die Empfindlichkeit der stickstoffbindenden Proteine (sobald die Zelle sie produziert hat) gegenüber Sauerstoff sein: Das Atemgas schädigt die Eiweißstoffe unwiderruflich. Es gibt allerdings ein Bakterium (Azotobacter), das ein Gen für ein Protein besitzt, durch das stickstoffbindende Eiweißstoffe vor Sauerstoffschäden bewahrt werden. Ließe sich dieses Gen ebenfalls übertragen, dann könnte die resultierende Kombination stabil sein.

Mehr noch: Wissenschaftler der "Gruppe für Stickstoffbindung" an der Universität von Sussex in England glauben, die innere Organisation der 17 Stickstoff-Gene inzwischen so gut zu verstehen, daß sie in der Lage sein könnten, gezielt manipulierte Gene in bestimmten geschützten Teilen einer Pflanze – etwa in den Wurzeln – zu aktivieren.

Ein solcher Erfolg wäre wahre Gentechnik und dazu eine Arbeit mit potentiell gewaltigen Auswirkungen auf die Nahrungsmittelversorgung der Menschheit. Die "Grüne Revolution" verhalf der Dritten Welt zu äußerst ertragreichen Reis- und Weizensorten. Doch diese Super-Sorten brauchen teuren Stickstoffdünger und viele Schädlingsbekämpfungsmittel, so daß sie nur für reiche Bauern von Nutzen sind. Schätzungen zufolge wirft ein durchschnittliches indisches Reisfeld nur etwa zehn bis fünfzehn Prozent der Ernte ab, die mit ausreichender Stickstoffdüngung möglich wäre. Eine gentechnisch konstruierte, stickstoffbindende Reissorte, die überdies gegen Krankheiten widerstandsfähig ist, wäre deshalb wahrhaft revolutionär: Sie würde nicht nur die Durchschnittserträge dramatisch erhöhen, sondern auch den Bedarf an teueren Agrochemikalien aus den Industrieländern reduzieren.

Die Fortschritte bei der Entschlüsselung der biologischen Stickstoffbindung erscheinen nun als so groß, daß ein praktischer Erfolg noch vor Ende dieses Jahrhunderts möglich werden könnte. Robert Walgate