Trochę historii

Już około 10 tysięcy lat temu farmerzy rozpoczęli uprawę roślin nie mając zielonego pojęcia o podstawach genetyki. Dzięki prostej selekcji pozytywnych cech, potrafili przystosować poszczególne gatunki do swoich potrzeb. Około 6-7 tysięcy lat p.n.e. rozpoczęła się na bliskim Wschodzie masowa uprawa pszenicy, fasoli, soczewicy i groszku. W mniej więcej tym samym czasie Nowy Świat udomowił między innymi fasolę i dyniowate. Uprawę kukurydzy rozpoczęto około 5 tysięcy lat p.n.e., zaś rośliny cukrowe i soję około tysiąca lat p.n.e. Jedne z najpóźniej udomowionych roślin to między innymi ananas, kauczukowiec czy palma oliwna.

Udomowienie doprowadziło do tak znacznych zmian genetycznych, że wiele z uprawianych roślin nie byłoby w stanie przeżyć obecnie w naturalnych warunkach. Również genetyczna różnorodność została zredukowana, ale z ludzkiego punktu widzenia dziesięć tysięcy lat ulepszeń dało pożądany skutek — ten sam obszar uprawny, który mógł wyżywić jedną osobę, może teraz wyżywić więcej niż 3 tysiące!

Przez wieki rolnicy używali, z niemałym powodzeniem, metody prób i błędów, aby wyselekcjonować odpowiednie gatunki, rodzaje i odmiany. Wraz z odkryciem zasad dziedziczenia przez Mendla, proces ten uległ znacznemu usprawnieniu. Profesjonalni hodowcy potrafili osiągnąć znacznie szybciej ilościowe i jakościowe korzystne cechy. Rozwój technik hodowlanych dający w rezultacie ulepszone gatunki roślin i zwierząt hodowlanych bazował nie tylko na klasycznej selekcji, ale również na procedurach takich jak selekcyjne krzyżowanie, hybrydyzacja, indukowana mutacja czy, stosowana od niedawna, fuzja protoplastów (manipulacje na zarodkach). Produkty tych procesów są obecnie powszechne i wszyscy spożywamy pokarm w ten właśnie sposób zmodyfikowany.

Około 30 lat temu w biologii pojawiły się nowatorskie techniki rekombinacji DNA i inżynieria genetyczna stała się nowym sposobem przeniesienia genów lub ich grup pomiędzy niespokrewnionymi gatunkami. Technologia ta umożliwiła np. przeniesienie genów bakteryjnych do rośliny; pierwsze transgeniczne rośliny pojawiły się na rynku około 15 lat temu, a z rokiem 2002 były uprawiane w 16 krajach tworząc razem 58,7 miliona hektarów uprawianych przez 6 milionów rolników. Obszar obsadzony roślinami transgenicznymi powiększył się 35-krotnie w latach 1996-2002. Uprawia się przede wszystkim transgeniczną soję (62%), kukurydzę (21%), bawełnę (12%) oraz rzepak (5%).^[1] Liczba uprawianych GMO (genetycznie modyfikowanych organizmów) stale rośnie. Największym producentem transgenicznych organizmów są Stany Zjednoczone (63%) oraz Argentyna (21%). Pozostałe państwa to Kanada (6%), Brazylia, Chiny oraz RPA (poniżej 5%)^[2]

Po co wypychać organizmy obcymi genami?

Główne modyfikacje genetyczne obecnie uprawianych roślin polegają na uodpornieniu ich na konkretne herbicydy, które są zabójcze dla chwastów. Innym powodem jest uodpornienie roślin na owady przez np. dodanie bakteryjnego genu, który produkuje toksyny odstraszające (Rycina 1). W ten sposób powstała transgeniczna kukurydza nazwana StarLink, która jest już w powszechnym użyciu, zarówno u zwierząt hodowlanych jak i produktach przeznaczonych dla ludzi (mąka kukurydziana, chrupki). Roślina ta produkuje specjalne owadobójcze białko o nazwie Cry9c, „zapożyczone" od bakterii Bacillus thuringensis.^[3] Dzięki temu znacznie ogranicza się użycie środków owadobójczych. Dla przykładu — australijska bawełna z tym samym genem wymaga 48% mniej pestycydów w ogólnym rozliczeniu, a w przypadku środków stosowanych na samym początku sezonu redukcja sięga nawet 80%.^[4]

Odpowiednio manipulacje mogą również sprawić, że rośliny będą wymagać np. mniej wody do prawidłowego wzrostu lub niższych temperatur do uprawy niż ich naturalne odpowiedniki. W tym celu już w 1985 roku użyto bakterii Pseudomonas syringae zmodyfikowanej tak, aby blokowała białko, które promuje powstawanie kryształków lodu na roślinach.

Dzięki innej manipulacji genowej naukowcy uzyskali dwa rodzaje trawy o różnej zawartości włóknika, dzięki czemu może być ona użyta zarówno jako roślina pastewna, jak i rekreacyjna (tzw. gazonowa).

Rycina 1. Dwie najpopularniejsze metody modyfikacji genetycznych organizmów roślinnych. Wybrany gen może być dostarczony za pośrednictwem Agrobacterium — mikroorganizmu infekującego rośliny (po lewej), albo poprzez związanie go do mikroskopijnych kuleczek złota lub wolframu i ostrzeliwanie nimi tkanek roślinnych. Na pożywkach przeprowadza się selekcję tych osobników, u których gen na stałe włączył się do chromosomu roślinnego, następnie rozpoczyna się eksperymentalną uprawę

Zmiany te mają generalnie jeden cel — maksymalizację plonów i redukcję kosztów. Naukowcy poprzez transgeniczne manipulacje starają się rozwiązać problem głodu w niektórych rejonach świata. Jednym z przykładów może być np. „złoty ryż" (Golden Rice), w którego ziarnach produkowany jest beta karoten, który po spożyciu może być zamieniony w organizmie w witaminę A. Choć nie rozwiązałby on całkowicie problemu źle zbalansowanej diety w biednych krajach, może stać się pomocny w jej uzupełnianiu i zapobiec np. dziecięcej ślepocie powszechnej w niedożywionej Azji. Mimo że ziarna są oferowane za darmo, obsesyjna działalność przeciwników GMO robi swoje i prawdopodobnie jego akceptacja potrwa jeszcze bardzo długo. Transgeniczne organizmy zostały zaprzęgnięte do przemysłu spożywczego — odpowiednio zmodyfikowane produkują dla nas enzymy, aminokwasy i witaminy dodawane do produktów.

Inżynieria genetyczna może być przydatna również dla ochrony środowiska. Powszechnie znanym jest fakt, że fosfor z odchodów trzody chlewnej jest głównym składnikiem zanieczyszczeń środowiska — przedostaje się on przez glebę do wód gruntowych powodując nadmierny rozrost mikroflory i poważną redukcję zasobów tlenu w zbiornikach. Dzieje się tak, gdyż fitynowe formy fosforu, występujące w paszy, nie są trawione przez zwierzęta i zostają wydalone w odchodach.

Rozwiązaniem tego może być np. projekt Enviropig^[5](Rycina 2). Odpowiednio zmodyfikowane genetycznie prosięta produkują w swoich śliniankach fytazę — enzym który rozkłada kłopotliwe formy fosforu. Korzyści są imponujące — genetycznie zmodyfikowane świnie w porównaniu z normalnymi produkują 75% mniej fosforu w swoich odchodach, które mogą być użyte jako bezpieczny nawóz. Okazuje się również, że są tańsze w hodowli i wystarczy im dieta sojowa, gdyż przyswajają cały potrzebny fosfor niezbędny do prawidłowego wzrostu. Zwierzęta są zdrowe i mają podobne tempo wzrostu i charakterystykę rozrodczą do swych naturalnych odpowiedników. Mięso ze środowiskowo przyjaznych prosiąt przechodzi kilkuletnie badania bezpieczeństwa i być może, jeśli okaże się, że fytaza nie powoduje alergii, podanie o komercjalizację zostanie złożone w USA i Kanadzie w drugim kwartale 2005 roku.

Rycina 2. Projekt Enviropig jako przykład genetycznie modyfikowanych zwierząt. Od samicy pobierana jest zapłodniona komórka jajowa. W znajdujące się w niej przedjądrze męskie wstrzykuje się odpowiednio spreparowany gen fytazy zapożyczony od bakterii pałeczki okrężnicy E.coli. Komórkę umieszcza się w drogach rodnych matki zastępczej. Wynikiem są prosięta produkujące fytazę w śliniankach

Biotechnologia już na dobre zadomowiła się w przemyśle farmaceutycznym. Wystarczy wspomnieć o osiągnięciu polskich naukowców, którym udało się wyprodukować sałatę zawierającą szczepionkę na wirusowe zapalenie wątroby typu B.^[6] Naukowcy użyli metody transfekcji wykorzystującej jeden z gatunków Agrobacterium (Rycina 1.) Wpierw mikroorganizm uzyskał specjalnie przygotowany gen kodujący antygeny występujące na powierzchni otoczki wirusa, następnie został użyty do przeniesienia nowego DNA do rośliny. W ten sposób powstały transgeniczny łubin oraz sałata produkujące fragmenty białka wirusowego. U myszy karmionych tak zmodyfikowanym łubinem pojawiły się przeciwciała przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B. Ochotnicy spożywający transgeniczną sałatę również wykazali prawidłową odpowiedź układu immunologicznego.

Naukowcy uważają, że próby kliniczne na szerszą skalę z takimi roślinami mogą rozpocząć się już za pięć lat propagując nową gałąź przemysłu zwaną agrofarmaceutyką (ang. pharming od słów pharmaceutical i farming). Na celowniku są takie choroby jak AIDS, cukrzyca czy wścieklizna a także wąglik. O ile w przypadku HIV szczepionka nie istnieje, odnaleziono już geny, które produkują przeciwciała zdolne do niszczenia wirusa. Transgeniczne uprawy obniżyłyby koszty ich produkcji dziesięcio- lub nawet stukrotnie. Jest to szansa dla krajów rozwijających się, które mogą tym samym uniezależnić się od wielkich korporacji farmaceutycznych.

Odpowiednio zmodyfikowane gryzonie mogą służyć jako modele ludzkich chorób w projektach badawczych. Manipulacje takie mogą symulować niedobory lub nadmiar substancji, które leżą u podstawy różnych dolegliwości. Zwierzęta pozbawione wybranych genów (tzw. knock-out) pozwalają na poznanie mechanizmów fizjologicznych i dają możliwość odkrycia nowych leków.

Genetycznie modyfikowane owady mogą być szansą na walkę z chorobami przenoszonymi przez komary poprzez konkurencję z nimi i wprowadzenie odpornych na zarazki genów do ich populacji. Projekt ten jest jednak dopiero w fazie wstępnych dyskusji.^[2]

Od jakiegoś czasu istnieje projekt wyprodukowania odpornego na mróz łososia z zapożyczonym genem od arktycznych ryb. Gen ten produkuje pewne białko, które zapobiega zagęszczaniu krwi w bardzo niskich temperaturach. Mało tego — odpowiednie modyfikacje mogłyby pozwolić na hodowanie gatunków morskich w zbiornikach słodkowodnych.

Strach przed Frankensteinem, czy rzeczywiste zagrożenie?

Stosowanie produktów zawierających składniki wyprodukowane za pomocą rekombinacji DNA, zwłaszcza transgenicznych zbóż, stało się źródłem kontrowersji i rozpoczęło gorącą debatę na wielu poziomach. Spekulacje dotyczą bezpieczeństwa pokarmu dla człowieka, powstawania nowych alergii czy przeniesienia genów odporności na antybiotyki na groźne dla nas mikroorganizmy. Poza tym przeciwnicy GMO przestrzegają, że zboża w pewnym stopniu spokrewnione z chwastami, mogą przez przypadkową krzyżówkę przekazać im geny odporności na herbicydy, tworząc trudne do wyplenienia rośliny, szumnie nazwane „superchwastami". Innym problemem może być zniszczenie całych populacji pożytecznych owadów, poprzez stosowanie bakteryjnych genów kodujących toksyny.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: GMO szansa czy zagrożenie? Burza w talerzu owsianki: genetyczna modyfikacja żywności

See comments (7)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Marcin Klapczyński Ukończył biologię molekularną na Uniwersytecie Adama Mickiewicza w Poznaniu. Pracował jako Research Specialist in Health Science w Department of Anatomy and Cell Biology na University of Illinois w Chicago. Obecnie pracuje jako Associate Cell Biologist / Histologist w Abbott Laboratories (Illinois). Specjalizuje się w ekspresji białek 'od zera', hodowlach linii komórkowych, symulacji in vitro procesów zachodzących w komórkach. Jego pasją jest teoria ewolucji, w szczególności ewolucja systemów biochemicznych i pochodzenie życia we Wszechświecie.  Number of texts in service: 22  Show other texts of this author  Number of translations: 1  Show translations of this author  Newest author's article: Wykonanie statywu Dobsona, złożenie i kolimacja teleskopu