fbpx

Opinia

Inżynieria genetyczna zagraża życiu przyszłych pokoleń

CRISPR montaż
Tygodnik Spraw Obywatelskich – logo

Nr 68 / (16) 2021

Dlaczego nowe techniki genetyczne potrzebują restrykcyjnej kontroli. 

Naukowcy pracujący przy nowych metodach inżynierii genetycznej, zwłaszcza przy wykorzystaniu CRISPR/CAS, zauważyli, że mogą one zagrażać nie tylko środowisku, ale również zdrowiu i życiu ludzi.

Jennifer Doudna, która przyczyniła się do znacznego rozwoju technologii CRISPR, napisała w 2017 r. w swojej książce „A Crack in Creation: A New Power to Control Evolution”, że może nigdy wcześniej otwarta komunikacja między naukowcami a odbiorcami nie była tak potrzebna jak teraz, biorąc pod uwagę to, jak brzemienne w skutkach mogą być modyfikacje genów.

Nowe techniki inżynierii genetycznej umożliwiają zaawansowaną modyfikację genomu (kompletnej informacji genetycznej) organizmów, co w wielu przypadkach prowadzi do głębokich zmian w budowie i działaniu organizmów. Nie potrzeba już nawet wprowadzać jednego genu do drugiego, aby dokonać zmiany genetycznej, która później może wpłynąć na przykład na przyspieszone lub zwiększone rozmnażanie roślin. Z tego powodu, w przeciwieństwie do powszechnie powtarzanych opinii, nowa inżynieria genetyczna nie może być postawiona na równi z uprawą tradycyjną czy spontanicznymi mutacjami genetycznymi zachodzącymi w przyrodzie.

Tak zwane „nożyczki genowe”, czyli na przykład technika CRISPR/CAS, to biotechnologicznie zmutowane geny, które wykorzystuje się do pominięcia naturalnych mechanizmów regulacji genowej. Ich zastosowanie czyni genom bardziej podatny na zmiany, które znacznie różnią się od tych zachodzących spontanicznie lub losowo w naturze. W wielu przypadkach taka inżynieria genetyczna może wywołać niepożądane i niekorzystne zmiany, takie jak niezamierzone umiejscowienie nowych genów nie tam, gdzie trzeba. Co więcej, nowe techniki inżynierii genetycznej są często łączone z tradycyjnymi metodami, takimi jak „działo genowe” (fragment DNA jest wstrzeliwany do komórek roślinnych na cząsteczkach złota). Wykorzystuje się je, aby umieścić nożyczki genowe w genomie wybranego organizmu, zwiększając przy tym ryzyko wystąpienia nieoczekiwanych efektów końcowych. Poza trudnościami w ocenie ryzyka powikłań dla organizmu dochodzą trudności w ocenie zagrożeń dla środowiska tego organizmu. Jak zmiany w strukturze roślin wpłyną na sieć pokarmową? A jak reprodukcja modyfikowanych genetycznie organizmów wpłynie na równowagę w środowisku?

Te pytania ilustrują, że cechy genomów biologicznie i genetycznie modyfikowanych organizmów muszą być uważnie monitorowane przypadek po przypadku. Należy wziąć pod uwagę specyfikę zastosowanych metod, by ocenić, czy wprowadzenie danych organizmów do środowiska jest bezpieczne, ponieważ nawet najmniejsze interwencje w budowę genetyczną organizmów mogą mieć ogromne konsekwencje.

Elastyczne bariery bezpieczeństwa w genomie. Organizacja genomu i regulacja genów

Nożyczki CRISPR

Nowa inżynieria genetyczna zmienia naturalne mechanizmy organizacji genomu i regulacji genów. Dotychczas zakładano, że mutacje pojawiają się w genomie przypadkowo i jedynie naturalna selekcja decyduje, które z tych zmian zostaną utrwalone. Jednak ostatnie badania naukowe pokazują, że pojawienie się nowych mutacji nie jest zupełnie przypadkowe, ponieważ wpływa na nie regulacja genów i organizacja genomu. Rzodkiewnik (Arabidopsis), będący rośliną modelową, jak również bakterie, drożdże oraz ssaki wykorzystywano w badaniach naukowych, które dotyczyły mechanizmów dziedziczenia, regulacji genów i organizacji genomu. W wyniku tych badań okazało się, że istnieje kilka naturalnych mechanizmów, których celem jest zabezpieczenie ważnych regionów genomu przed zbyt dużą liczbą zmian.

Regulacja genów i organizacja genomu mogą wykorzystywać te mechanizmy, aby spełniać dwie podstawowe funkcje: po pierwsze, ciągłej zmiany oraz (w razie potrzeby) szybkiej adaptacji do nowych warunków środowiska, a po drugie, stabilnego dziedziczenia, które jest warunkiem koniecznym dla przetrwania gatunków. Ewolucja jest zależna od równowagi pomiędzy chaosem i porządkiem, zmianą i stabilnością. Przy czym regulacja genów i organizacja genomu pełnią w naturze rolę „elastycznych barier bezpieczeństwa”.

Nowa inżynieria genetyczna ma na celu zmianę tych komórkowych mechanizmów. Z powodu procesów technicznych w niej wykorzystanych, powstałe w wyniku jej zastosowania wzorce zmiany genetycznej (genotypy), jak również biologiczne właściwości (fenotypy) oraz powiązane zagrożenia mogą bardzo różnić się od zmian, które zachodzą na drodze ewolucji. Dlatego też szczegółowe badanie zagrożeń związanych z wprowadzeniem organizmów wyhodowanych z wykorzystaniem nowej inżynierii genetycznej oraz ich wykorzystaniem w produkcji żywności musi być obowiązkowe.

Istnieje wiele zróżnicowanych zagrożeń, które mają wpływ na ekosystemy, rolnictwo oraz produkcję żywności, np. zmiany w składzie roślin mogą wpływać na dzikie zwierzęta, takie jak ssaki, ptaki lub owady oraz na ich sieć pokarmową. Zmiany w składzie roślin mogą mieć również wpływ na ich relacje i komunikację z otoczeniem. Te zagrożenia mogą dotyczyć np. owadów (takich jak zapylacze i gatunki pożyteczne), organizmów symbiotycznych (takich jak powiązane mikroorganizmy) oraz „wrogów” roślin (takich jak szkodniki). Istnieją dodatkowe konkretne zagrożenia związane z organizmami wyhodowanymi z wykorzystaniem nowej inżynierii genetycznej, które mogą rozprzestrzeniać się w środowisku. Ze względu na różnorodność oraz złożoność interakcji ze środowiskiem w następnym pokoleniu mogą pojawić się takie skutki, jak np. inwazyjność, której nie obserwuje się w przypadku organizmów wyhodowanych w laboratorium.

Bez ścisłej regulacji nowej inżynierii genetycznej w niedługim czasie możemy spodziewać się niekontrolowanego pojawienia się ogromnej liczby organizmów posiadających cechy, które nie ulegały stopniowemu rozwojowi na drodze ewolucji. To mogłoby ze znacznym prawdopodobieństwem doprowadzić do zniszczenia ekosystemów, rolnictwa, leśnictwa oraz produkcji żywności.

Rok publikacji:
2020

Motyli monarcha, czyli mała interwencja z ogromnymi skutkami

Motyl monarcha

Jeśli organizmy modyfikowane genetycznie są w stanie przetrwać i rozmnażać się w środowisku naturalnym, to z czasem część z nich wtopi się w naturalne populacje. Proces ten może być początkowo niezauważalny, lecz gdy zmiany w środowisku staną się już oczywist, może być za późno, by zatrzymać ich efekty. W ten sposób inżynieria genetyczna realnie zagraża ochronie zagrożonych gatunków. Dla przykładu, jeden z genów muszki owocówki (Drosophila melanogaster) został zmodyfikowany przy pomocy technologii CRISPR/CAS, aby wyglądał jak ten pochodzący od motyla zwanego monarchem (Danausplexippus). Poprzez zmianę tylko czterech podstawowych par w genomie, muszki stały się odporne na toksyny wydzielane przez niektóre rośliny i w rezultacie mogły je pochłaniać, przez co stawały się zabójcze dla potencjalnych drapieżników. Masowa reprodukcja takich muszek mogłaby doprowadzić do poważnych zmian w sieci pokarmowej, które bezpośrednio wpłyną na środowisko.

Ten przykład ukazuje, że nawet nieznaczna zmiana jednego genu jednego organizmu może mieć wpływ na środowisko.

Jeśli takie organizmy nie podlegają żadnej regulacji, mogą rozmnożyć się niezauważone. Właśnie w ten sposób inżynieria genetyczna może stanowić zagrożenie dla ochrony gatunków.

Pszczoły miodne – ochrona gatunkowa przy pomocy inżynierii genetycznej?

Pszczoła miodna

Zniszczenia siedlisk pszczół miodnych są już tak znaczące, że przetrwanie tego gatunku stoi pod znakiem zapytania. By rozwiązać ten problem należy albo stworzyć (a raczej odtworzyć) środowiska, które sprzyjają pszczołom miodnym, albo stworzyć nowy rodzaj pszczoły, która dostosuje się i przetrwa w nowych warunkach. Inżynieria genetyczna skupiła się na drugim rozwiązaniu: w 2014 r. niemieccy naukowcy potwierdzili, że stworzenie zupełnie nowego gatunku pszczół miodnych jest możliwe, co potwierdziły wyniki badań opublikowane w 2019 r. w Korei Południowej, gdzie udało się stworzyć pszczoły odporne na środki owadobójcze. Co więcej, w 2020 r. pokazano, że zmysł węchu u pszczół może zostać zablokowany przez technikę CRISPR.

Inne badania prowadzone na pszczołach miały na celu zmienić drobnoustroje w ich jelitach. Naukowcy z Uniwersytetu Texas w Austin stworzyli nowy genom bakterii jelitowych naturalnie występujących wśród pszczół i trzmieli, by tworzyły one dodatkowe aktywne biologicznie cząsteczki (kwas rybonukleinowy o podwójnej nici, dsRNA), które z łatwością mogą oddziaływać na regulację genową również innych gatunków. Głównym zadaniem tych cząsteczek jest zmiana zachowań pszczół, a co za tym idzie wzmocnienie efektywności zapyleń, choć można je wykorzystywać również do zabicia pszczelich pasożytów, takich jak dręcz pszczeli (varroa destructor), czy zmniejszenia szkodliwości pestycydów, z którymi pszczoły będą miały bezpośredni kontakt. Jednak i tu pojawia się problem: jeśli pszczoły zmodyfikowane genetycznie zostaną wprowadzone w środowisko naturalne, to nic nie uchroni innych gatunków pszczół, czy ich dzikich kuzynów trzmieli, przed infekcją nowymi bakteriami. Co więcej, ich sztucznie utworzone geny mogą zostać przetransferowane do innych bakterii, co w konsekwencji doprowadzi do utraty kontroli nad zmodyfikowanymi organizmami, które będą się rozmnażać i rozpraszać w środowisku.

Po zakończeniu eksperymentów naukowcy złożyli patent (US 2019/0015528 A1), który zalicza do kategorii wynalazku nie tylko nowo stworzone bakterie, ale również wszystkie pszczoły miodne oraz inne insekty, których jelita zawierają inżynieryjnie zmodyfikowane bakterie. Niniejszym, ten wniosek patentowy jest jasną oznaką rodzącego się pomysłu na zamianę genetycznie modyfikowanych pszczół w opłacalny biznes.

Wiele innych grup badawczych wkroczyło obecnie na ścieżkę przemianowania inżynierii genetycznej w dochodową dziedzinę, co niestety stanowi niewątpliwe zagrożenie dla środowiska. Przykładem jest właśnie tak zwana paratransgeneza, stająca się jedną z dominujących technologii, która zamiast bezpośredniej manipulacji genów danego organizmu (np. pszczoły miodnej) genetycznie modyfikuje powiązane z nim mikroorganizmy (np. bakterie jelitowe). W rezultacie, zmodyfikowane mikroorganizmy mogą wytworzyć substancje aktywne biologicznie, które wpłyną na cechy biologiczne swoich „nosicieli”, co w konsekwencji znacząco zwiększa ryzyko wystąpienia złożonych problemów w środowisku.

Ten przykład pokazuje, że pośrednia inżynieria genetyczna (paratransgeneza) populacji pszczół (i ich dzikich odpowiedników) jest możliwa poprzez ingerencję w ich florę jelitową. Mimo, że niemożliwe jest dostateczne zdefiniowanie i kontrola ryzyka środowiskowego takich działań, to już pojawia się znaczące zainteresowanie w biznesowej promocji takich zmodyfikowanych organizmów.

Bezrogie bydło modyfikowane genetycznie i błędy w nożyczkach genetycznych zauważone lata po odkryciu…

Bezrogie bydło

Zastosowanie nożyczek genetycznych wcale nie jest tak nieskomplikowane, jak przedstawiają to zwolennicy tej metody. Częścią problemu jest fakt, że nożyczki genetyczne nie mogą zostać aktywowane aż do momentu wprowadzenia ich do komórki. Na początku należy wprowadzić DNA nożyczek genowych do komórek roślinnych lub zwierzęcych przy pomocy genów pochodzących między innymi od bakterii. Ten krok często doprowadza do sytuacji, w której niezamierzenie umieszcza się dodatkowe geny w genomach tych komórek, co może doprowadzić do powikłań, takich jak wytworzenie się w organizmie szkodliwych substancji lub zwiększenie podatności zmodyfikowanych zwierząt i roślin na choroby.

Łatwo jest nie zauważyć błędów popełnionych podczas stosowania nożyczek genetycznych, jeśli nie zważa się na złożoność procedur działania. Tak było w przypadku modyfikacji genetycznej bydła w latach 2015-2016, która miała uczynić je bezrogim. Dopiero w 2019 r. naukowcy odkryli, że materiał genetyczny bakterii użytych w procesie modyfikacji został wszczepiony do materiału genetycznego bydła. Skutkiem tego, w genomie bydła odkryto fragmenty DNA wpływające na ich odporność na antybiotyki. Jeśli genetycznie modyfikowane bydło jest nadal obecne w hodowlach, tak jak było to planowane, to niepożądane geny mogą gwałtownie rozprzestrzenić się wśród stad krów mlecznych.

Ten przykład pokazuje, że jeśli metody modyfikacji genetycznej są stosowane na zwierzętach hodowlanych oraz roślinach uprawnych, to konieczna jest ich szczegółowa kontrola. W przeciwnym wypadku niezamierzone zmiany mogą zostać przeoczone, co może doprowadzić do rozprzestrzenienia się chorób zwierząt i roślin.

Genetycznie modyfikowana lnianka stanowi zagrożenie dla odmian regionalnych

Lnianka

Genetycznie modyfikowane rośliny (w Europie są to między innymi rzepak i lnianka) mogą rozprzestrzeniać się wśród upraw wolnych od GMO oraz wśród dzikich gatunków roślin, co zagraża ochronie niemodyfikowanych odpowiedników oraz innych gatunków roślin regionalnych.

Lnianka, inaczej lnicznik siewny, jest jedną z najstarszych roślin uprawnych w Europie. Może ona przetrwać i rozmnażać się w środowisku tak samo dobrze, jak krzyżować się z innymi populacjami. Wielu naukowców w Stanach Zjednoczonych i Unii Europejskiej dostrzegło potencjał użycia modyfikowanej genetycznie lnianki do produkcji biopaliwa. Niektóre lnianki, którym zmieniono genom w 18 miejscach przy użyciu CRISPR/CAS, już zostały wprowadzone do uprawy. Jednak te zmodyfikowane rośliny charakteryzuje szereg zmian genetycznych wpływających na jakość ekstrahowanego z nich oleju – zmian, które nie zaszłyby, gdyby te rośliny zostały wyhodowane konwencjonalnymi metodami.

Eksperci przestrzegają przed potencjalnym ryzykiem związanym ze zmienioną jakością oleju lnianki, jeśli jej rozprzestrzenianie nie będzie kontrolowane. Dla przykładu, kwasy tłuszczowe z modyfikowanych lnianek mogą wpłynąć na wzrost i reprodukcję dzikich zwierząt żywiących się nimi, a jeśli jej nasiona oleiste trafią do pasz, wpłyną one również na zwierzęta hodowlane i ludzi.

W 2018 r. w Stanach Zjednoczonych wprowadzono do hodowli genetycznie modyfikowaną lniankę, co ilustruje, jak niewrażliwe na ochronę przed rozprzestrzenianiem genetycznie modyfikowanych organizmów jest amerykańskie prawo – genetycznie modyfikowane trawy i rzepak już teraz rozrastają się w sposób niekontrolowany w niektórych regionach Stanów Zjednoczonych.

Ten przykład pokazuje, że prawo powinno wymagać obowiązkowych badań nad zmianami zachodzącymi w organizmach modyfikowanych genetycznie. Tylko pod takim warunkiem zmienione rośliny mogą zostać rozpoznane, a ich rozrost kontrolowany. W przeciwnym wypadku wiele organizmów, których genetyczna poprawka nie dostosowała ich do naturalnych ekosystemów, może zagrozić środowisku, a nawet skończyć na naszym talerzu.

Genetycznie modyfikowane „muskularne świnie”, czyli sny o przemysłowej produkcji mięsa, a koszmary dla zwierząt…

Muskularna świnia

Nowe techniki inżynierii genetycznej, takie jak CAS/CRISPR, są wykorzystywane również do stworzenia zwierząt hodowlanych z rozrośniętą masą mięśniową. Jednak zastosowanie nożyczek genowych jest skomplikowane w przypadku świń i bydła. Na początku pojedyncze komórki często są pobierane ze skóry, następnie modyfikuje się je genetycznie przy użyciu CAS/CRISPR, a w kolejnym kroku zamienia w komórki embrionalne przy użyciu klonowania, takiego jak w przypadku owieczki Dolly. Ten złożony proces może prowadzić nie tylko do wystąpienia problemów w zmienionych genach, ale również wpływać na regulację genową, zaburzoną przez proces klonowania. Wiele zwierząt po takich zmianach rodzi się chore i umiera niedługo po narodzinach.

Jednym z projektów realizowanych przez naukowców jest wykorzystanie metod inżynierii genetycznej do stworzenia tzw. “podwójnie-umięśnionych” zwierząt. W różnych eksperymentach przeprowadzonych na krowach, świniach, owcach i kozach próbowano zredukować znaczenie genu miostatyny (MSTN), który odpowiada za kontrolę rozrostu tkanki mięśniowej, co w rezultacie pozwoliłoby komórkom mięśniowym na powiększanie się w nienaturalnym tempie. Takie zmiany powodują jednak zauważalne problemy zdrowotne u zwierząt. W eksperymencie przeprowadzonym w Chinach tylko 8 z 900 genetycznie zmodyfikowanych prosiaków wyszło z eksperymentu z pożądanym rezultatem. Wiele z nich zmarło podczas pierwszych miesięcy życia, a inne chorowały na choroby takie jak przerost języka. Gdy po wielu próbach względnie zdrowe okazy pojawiły się na świecie, długotrwałe badanie ich stanu zdrowia nie doszło do skutku, gdyż szybko je zarżnięto w celu przeprowadzenia badań nad ich mięsem.

Ten przykład pokazuje, że zmiany w genomie zwierząt hodowlanych są obarczone efektami ubocznymi, które często wiążą się z dużym cierpieniem tych zwierząt. Co więcej, spożywanie mięsa pochodzącego z takiej hodowli może stwarzać ryzyko dla zdrowia ludzi.

Genetycznie modyfikowane grzyby, czyli bezpieczeństwo to tylko halucynacja

Pieczarka

Zastosowanie techniki CRISPR/CAS często prowadzi do nieuniknionych zmian w strukturze genu, co wiąże się z pojawieniem się nowych właściwości w organizmie. Konkretna informacja genetyczna może powtarzać się wielokrotnie w genomie roślin czy jadalnych grzybów. Gdy nożyczki genowe “tną” w miejscach, gdzie znajduje się odpowiadająca im sekwencja genowa, dochodzi do modyfikacji konkretnej struktury genetycznej – co byłoby niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe do osiągnięcia przy wykorzystaniu konwencjonalnych metod hodowli roślin lub grzybów. Niestety, nowo utworzone kombinacje niosą ze sobą możliwe ryzyko.

W Stanach Zjednoczonych udało się stworzyć takie jadalne grzyby, których pocięte kawałki nie brązowiałyby z upływem czasu. Ponadto, miały dłużej wytrzymywać na sklepowych półkach, zachowując świeżość. Osiągnięto to dzięki usunięciu struktury konkretnego genu grzyba techniką CRISPR/CAS: grzyb zmieniał się w kilku miejscach w tym samym momencie. Nigdy nie doszłoby do takich zmian spontanicznie w przyrodzie.

Amerykański urząd APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service), odpowiedzialny za kontrolę zdrowia roślin i zwierząt, zatwierdził zmodyfikowane grzyby w 2016 r. Zdaniem urzędu grzyby nadawały się do spożycia, gdyż nie zostało do nich wprowadzone żadne dodatkowe DNA. Nie przeprowadzono jednak innych głębszych analiz, by sprawdzić, czy jakieś substancje w grzybach uległy zmianie. A z uwagi na to, że żadne dane wskazujące na niepożądane zmiany w genomie nowych grzybów nie zostały ujawnione, brakuje jakichkolwiek publikacji naukowych, wyjaśniających, w jaki sposób doszło do zmiany właściwości zmodyfikowanych grzybów.

Nieliczne dane naukowe nie pozwalają ocenić ryzyka spożywania pokarmów zmodyfikowanych genetycznie, zwłaszcza jeżeli nie ma jednej potwierdzonej procedury autoryzacji takich pokarmów, a wiarygodne metody ich rozpoznawania są prawie niemożliwe do znalezienia. Jednak gdyby tylko udostępnić dane naukowe, znalezienie metody weryfikacji nie byłoby żadnym problemem.

Napęd genowy to interwencja w naturalną różnorodność

Komar tygrysi

Nowe techniki inżynierii genetycznej mogą również zmieniać wielkość naturalnych populacji organizmów. Tak zwany gene drive (napęd genowy) został rozwinięty, aby zmieniać, zmniejszać, a nawet likwidować pewne populacje, na przykład niektórych szkodników. Ważnym aspektem napędów genowych jest to, że mogą one omijać naturalne zasady genetyczne związane z dziedziczeniem. Dodatkowo wprowadzone geny mogą szybciej rozejść się w populacji, niż w przypadku konwencjonalnym. Nożyczki genetyczne CRISPR/CAS to jedno z głównych narzędzi wykorzystywanych w tym celu: najpierw materiał genetyczny nożyczek jest mocno „zakotwiczany” w genomie manipulowanego organizmu, który później podaje go dalej następnym pokoleniom. W konsekwencji inżynierii genetycznej wszyscy kolejni potomkowie będą posiadali dodatkowy gen, natomiast gdyby doszło do modyfikacji w efekcie naturalnych procesów zachodzących w przyrodzie, średnio tylko połowa potomków otrzymałaby zmieniony gen.

Technika gene drive ma znaleźć zastosowanie w walce z muszkami owocowymi, uważanymi za szkodniki w rolnictwie, komarami przenoszącymi choroby, oraz gryzoniami. Może być również używana do zwalczania gatunków inwazyjnych lub roślin uważanych za chwasty. Problemem jest to, że raz rozpoczęty eksperyment jest prawie niemożliwy do zatrzymania. Jeżeli dojdzie do jakiejś szkody w środowisku czy wśród ludzi, to nie będzie możliwości usunięcia zmodyfikowanych organizmów ze środowiska. Długofalowe konsekwencje takiego scenariusza są trudne do oszacowania. Badania genetycznie modyfikowanych organizmów w warunkach laboratoryjnych nie są wystarczające, aby jednoznacznie ocenić wszystkie możliwe komplikacje, które mogą zajść przy przyszłych generacjach zmodyfikowanego organizmu i ich interakcjach ze środowiskiem.

Ten przykład pokazuje, że tworzenie organizmów modyfikowanych genetycznie, których populacja jest niemożliwa do kontrolowania, nie powinno mieć miejsca.

Nie istnieje żaden niezawodny sposób na oszacowanie długofalowych konsekwencji stworzenia takich organizmów. Jeśli kontrola nie będzie sprawna, środowiska naturalne mogą być zagrożone, a proces wyginięcia niektórych gatunków może przyspieszyć. Ryzyko jest równie istotne jeśli chodzi o ludzi, na których mogą zostać przeniesione nowe choroby.

Genetycznie modyfikowane drzewa

Osika

Czy powinniśmy stosować techniki inżynierii genetycznej, aby uchronić zagrożone gatunki drzew przed wyginięciem? W Stanach Zjednoczonych mówi się, że drzewa kasztanowe, którym wszczepiono geny z pszenicy, stały się odporne na niektóre choroby grzybicze. Obecnie trwa debata, czy te zmodyfikowane genetycznie drzewa powinny zostać wprowadzone do hodowli. Wielu ekspertów ostrzega, że drzewa żyją przecież po kilkaset lat i w czasie swojego życia przechodzą przez różne etapy dojrzewania, wzrostu, formowania nasion i starzenia się, dlatego konsekwencje zastosowania technik inżynierii genetycznej mogą się ujawnić dopiero po wielu latach. Okresy, w których trzeba by ocenić ryzyko ingerencji, są zbyt długie, a możliwe interakcje zbyt skomplikowane. Należy pamiętać, że drzewa reagują ze środowiskiem na wiele sposobów, na przykład z grzybami korzeniowymi, insektami, dzikimi zwierzętami czy innymi roślinami. Poza tym produkują wiele nasion oraz pyłków, które są transportowane wraz z wiatrem w promieniu setek kilometrów. Sztucznie modyfikowany materiał genetyczny może zostać przeniesiony wraz z pyłkiem czy nasionami (a w przypadku topoli nawet przez rosnące pędy) na długie dystanse, co czyni ocenę ryzyka środowiskowego takich drzew trudnym do oceny. Poza tym, drzewa będą narażone na różne czynniki środowiskowe, na przykład zmiany klimatyczne, które mogą wpłynąć na ich regulację genową i właściwości biologiczne. Wprowadzenie ich do lasów może osłabić naturalne populacje drzew, a nawet doprowadzić do zagrożenia całych ekosystemów.

Naukowcy z Chin, USA i Szwecji korzystają z CRISPR, aby modyfikować drzewa rosnące w ich krajach. Pierwszymi takimi okazami były topole otrzymane w Szwecji w 2016 r. Niestety drzewa te charakteryzuje szereg nieoczekiwanych zmian genetycznych zaburzających ich dojrzewanie, wzrost, tworzenie gałęzi, rozrost korzeni i liści. Celem badaczy było stworzenie drzew z zupełnie inną strukturą wzrostu i dojrzewania, która przyspieszyłaby produkcję drewna, rewolucjonizując przemysł drewna i papieru.

Ten przykład pokazuje, że modyfikowanie genetyczne drzew może zagrozić całym ekosystemom leśnym, zwłaszcza jeśli ich zmodyfikowane geny mieszają się z naturalnymi jednostkami. Z perspektywy ochrony środowiska niekontrolowane sadzenie genetycznie zmodyfikowanych drzew powinno być zabronione.

Genetycznie modyfikowana pszenica – specyficzne wzorce modyfikacji genetycznej

Pszenica

Zanim zastosuje się metodę CAS/CRISPR, korzysta się ze starszych metod inżynierii genetycznej umożliwiających wprowadzenie nożyczek genetycznych w materiał genetyczny danego organizmu. Może to wywołać niechciane, niespodziewane zmiany, które normalnie nie wystąpiłyby przy konwencjonalnych metodach, nawet w przypadkach, kiedy żaden nowy gen nie jest umieszczany w genomie organizmu.

Naukowcy pracujący dla amerykańskiej firmy Calyxt uznali za swój cel grupę białek glutenu pszenicy, które są skojarzone z chorobami jelit, takimi jak celiakia. Geny te występują w dużej rodzinie genów, które są obecne w tak zwanych klastrach genów (tj. w wielu kopiach) w różnych lokalizacjach w genomie. Do tej pory konwencjonalne metody nie były w stanie zredukować ich powstawania i kopiowania, a z pomocą CRISPR/CAS naukowcy osiągnęli sukces przy ich “wyłączaniu” – 35 z 45 genów produkujących białka glutenu zostało wyłączonych. Ten wynik stanowi wyjątkowy wzorzec modyfikacji genetycznej w pszenicy. Jednakże wyłączanie genów może również wywołać niezamierzone zmiany właściwości biologicznych pszenicy i dlatego zmodyfikowane rośliny muszą być szczegółowo badane dla oszacowania ryzyka dla ludzi.

Jak wyglądał proces modyfikacji pszenicy? Na początku transgeniczne rośliny pszenicy są produkowane przy użyciu starszych metod genetycznych, takich jak tak zwana armatka genowa, ponieważ białka (enzymy) potrzebne do zastosowania nożyczek genowych muszą być najpierw wbudowane w rośliny. W tym celu do genomu rośliny należy wstawić gen bakteryjny odpowiedzialny za tworzenie enzymu. Dopiero w drugim etapie stosowane są nowe metody inżynierii genetycznej, używane, aby „ciąć” wybrane geny, żeby straciły one swoje funkcje. Ten dwuetapowy proces jest typowy przy użyciu nożyczek genowych, które zawsze muszą zostać umieszczone w komórkach roślinnych, zanim zostaną aktywowane. Takie procedury znalazły zastosowanie w prawie wszystkich roślinach o modyfikowanym genomie, które do tej pory zostały zaakceptowane do uprawy w USA. Niestety, istnieje pewna konsekwencja: składniki transgenów (w tym tych pochodzących od bakterii) są obecne również w roślinach, które naukowcy próbują usunąć z hodowli na późniejszym jej etapie. Co więcej, „metoda armatkowa”, powszechnie używana w starszych metodach inżynierii genetycznej, powoduje często niechciane i trudne do wykrycia zmiany w genomie.

Ten przykład pokazuje, że:

  1. Rośliny, które są modyfikowane przy metodach inżynierii genetycznej, muszą być dokładnie zbadane pod kątem niechcianych zmian. Wszystkie etapy modyfikacji powinny być uwzględnione przy kontroli.
  2. Ponadto rośliny poddane edycji genomu często wykazują kombinacje genów i właściwości, które są trudne lub niemożliwe do osiągnięcia w konwencjonalnej hodowli. Dlatego należy dokładnie zbadać potencjalne zagrożenia dla ludzi i środowiska.

Czy genetycznie zmodyfikowane koralowce zaadaptują się do zmian klimatu?

Koralowiec

Czy inżynieria genetyczna jest w stanie pomóc w walce ze zmianami klimatu i wymieraniem gatunków? Naukowcy twierdzą, że tak, prezentując pomysły na to, jak ochronić koralowce przed uszkodzeniami wywołanymi wysokimi temperaturami wody. Koralowce są złożonymi organizmami, które polegają na symbiozie z mikroorganizmami produkującymi substancje niezbędne im do życia. Wierzy się, że symbioza odgrywa równie ważną rolę w procesie blaknięcia raf, który jest skutkiem stresu środowiskowego. Koralowce, a konkretnie mikroorganizmy żyjące z nimi w symbiozie, mogłyby być zmieniane z użyciem CRISPR/CAS, co wzmocniłoby ich możliwości adaptacji do zmian klimatu i rosnących temperatur.
Jednak koralowce nie są zupełnie bezbronne, gdyż same wytworzyły sposoby dostosowania się do zmian klimatu, które nadal pozostają niezrozumiałe dla naukowców. Poza tym, gdyby doszło do interwencji genetycznej, nie wiadomo, jak wpłynęłoby to na interakcje między koralowcami i ich symbiontami. Kolejnym problemem jest brak możliwości usunięcia genetycznie zmodyfikowanych organizmów z koralowców po ich zaimplementowaniu. W rezultacie, interwencje inżynierii genetycznej w tak złożonych systemach mogą spowodować długoterminowe zaburzenie interakcji między koralowcami i ich symbiontami.

Ten przykład pokazuje, że nieprzemyślane użycie inżynierii genetycznej zagraża ochronie gatunkowej, gdyż organizmy zmodyfikowane genetycznie mogą zachwiać równowagą ekosystemów, a co za tym idzie, przyspieszyć wymieranie zagrożonych gatunków.

Turbo chwasty, czyli ryzyko przeoczenia niekontrolowanego rozprzestrzenienia

Pyłki

Często uważa się, że dotychczasowe doświadczenia z genetycznie modyfikowanymi roślinami potwierdzają, że technologia ta jest bezpieczna. Nie jest to do końca prawdą, gdyż wiele aspektów możliwego ryzyka związanego z jej użyciem jest niedostatecznie zbadanych.

Jeden z przykładów zastosowania technik inżynierii genetycznej przyniósł poważne konsekwencje dla środowiska i rolnictwa: genetycznie zmodyfikowane rośliny odporne na glifosat są uprawiane komercyjnie od ponad 20 lat i są najczęściej używanymi nasionami zmodyfikowanymi genetycznie na całym świecie. Ponadto większość genetycznie zmodyfikowanych roślin uprawianych w Argentynie, Brazylii i USA (soja, kukurydza, bawełna, burak cukrowy i rzepak) zostało zmodyfikowanych pod względem składu genetycznego, aby zawierał pewne warianty enzymów EPSPS (5-enolopirogroniano-szikimo-3-fosforanu). Gen użyty do utworzenia dodatkowego enzymu został wstawiony do genomów tych roślin i choć występuje on w nich naturalnie, nie jest wystarczająco silny, aby uchronić je przed herbicydami.

Według wyników badań opublikowanych w 2018 r. przez chińskich naukowców, którzy badali rzeżuchę, często używaną jako roślina modelowa, dodatkowe enzymy powstające w roślinach nie tylko powodują, że rośliny te są odporne na glifosat, ale także wpływają na metabolizm, który kontroluje wzrost i płodność. Może to prowadzić do tego, że potomstwo rośliny wytworzy więcej nasion i będzie bardziej odporne na stres środowiskowy. Jako możliwą przyczynę obserwowanych efektów naukowcy podają interakcje z naturalnym hormonem roślinnym – auksyną, która reguluje wzrost, płodność i adaptację do zmian środowiskowych.

To odkrycie podważa wcześniejsze założenia oceny ryzyka w odniesieniu do możliwego niekontrolowanego rozprzestrzeniania się modyfikowanych genetycznie roślin: jeśli rośliny zmodyfikowane skrzyżują się z naturalnymi populacjami, ich potomstwo ma większe szanse przetrwania i może rozprzestrzeniać się znacznie szybciej, niż wcześniej sądzono. Z nowych badań wynika, że to zagrożenie środowiskowe zależy od dodatkowo wprowadzonego genu (i następnie dodatkowo utworzonego enzymu), a nie, jak wcześniej zakładano, wyłącznie od zastosowania glifosatu. Zmiany środowiskowe, takie jak upał i susza, mogą dodatkowo zintensyfikować ten efekt.

Dowody na nieoczekiwanie wysoki potencjał do rozprzestrzeniania się roślin transgenicznych zostały już wykazane w badaniach. Niemniej jednak Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) i przemysł biotechnologiczny zawsze twierdziły, że dodatkowy enzym EPSPS nie zapewniłby przewagi w przetrwaniu roślinom, gdyby nie były one dodatkowo potraktowane glifosatem. Jednak nowe badania z Chin pokazują, że geny, które są dodatkowo wbudowane w rośliny, mogą zwiększać ryzyko ich rozprzestrzeniania się w środowisku, nawet jeśli nie stosuje się przy nich glifosatu. W rezultacie, w perspektywie długoterminowej, rośliny zmodyfikowane genetycznie mogą stać się inwazyjne i wyprzeć naturalne gatunki.

Innym ważnym aspektem dla rolnictwa jest fakt, że niektóre rodzaje chwastów z powodzeniem przystosowują się do glifosatu. Mogą one zwiększać aktywność danych segmentów genów, a co za tym idzie, w prawie naturalny sposób zwiększać działanie swoich enzymów EPSPS, co gwarantuje ich potomstwu odporność na działanie herbicydu. W ten sposób uprawa na dużą skalę genetycznie modyfikowanych roślin może doprowadzić do coraz większej reprodukcji chwastów. W krajach, gdzie rośliny odporne na glifosat są uprawiane, chwasty odporne na herbicydy rozrastają się znacznie szybciej, niż wstępnie zakładano.

Ten przykład pokazuje, że jeśli genetycznie zmodyfikowane organizmy są wprowadzane do środowiska, szkoda, jaką wyrządzają, może pozostać niezauważona przez długi czas, a obecna ocena ryzyka nie jest wystarczająca, aby zapewnić bezpieczeństwo roślinom niemodyfikowanym.


Tekst pochodzi ze strony organizacji Testbiotech.

testbiotech_logo

Testbiotech jest organizacją, która przygotowuje informacje i ekspertyzy naukowe na temat zagrożeń dla ludzi i środowiska związanych z technologiami inżynierii genetycznej. Jest całkowicie niezależna od przemysłu biotechnologicznego. Poprzez swoją działalność pomaga wzmocnić kompetencje decyzyjne polityków i społeczeństwa

The Grassroots Foundation – logo Stiftung GEKKO – logo

Instytut Spraw Obywatelskich monitoruje temat CRISPR dzięki wsparciu darczyńców indywidualnych z Polski oraz wsparciu organizacji Grassroots i Gekko.

Sprawdź inne artykuły z tego wydania tygodnika:

Nr 68 / (16) 2021

Przejdź do archiwum tekstów na temat:

# Nowe technologie # Zdrowie Chcę wiedzieć

Być może zainteresują Cię również:

Facebook i inne korporacje cenzurują treści! Zapisz się na Tygodnik Instytutu Spraw Obywatelskich. W każdej chwili masz prawo do wypisania się. Patrz, czytaj, działaj bez cenzury.

Administratorem danych osobowych jest Fundacja Instytut Spraw Obywatelskich z siedzibą w Łodzi, przy ul. Pomorskiej 40. Dane będą przetwarzane w celu informowania o działaniach Instytutu. Pełna informacja dotycząca ochrony danych osobowych.