Organizmy modyfikowane genetycznie

Stan i perspektywy rozwoju roślin transgenicznych w Polsce.
Jan Szopa i Marcin Łukaszewicz
Instytut Biochemii i Biologii Molekularnej, Instytut Genetyki i Mikrobiologii Uniwersytetu
Wrocławskiego, Przybyszewskiego 63, 51-148 Wrocław
[email protected]
Praktykowane sposoby modyfikacji roślin
Zasadniczym celem wszelkich zabiegów dokonywanych na materiale roślinnym jest
podwyższenie jego wartości odżywczej. Klasycznym, wciąż stosowanym postępowaniem jest
selekcja roślin o korzystnym profilu metabolicznym, które pojawiają się na skutek mutacji
genetycznych wymuszonych przez środowisko naturalne lub przez hodowcę [Tucker 2002].
Takie działanie zaowocowało wprowadzeniem do hodowli ulepszonych odmian i w dalszym
ciągu jest źródłem korzystnie zmienianych roślin. Pozytywnym przykładem jest brokuł z
niemal 100-krotnie zwiększoną zawartością glukozynolanów, związków mających istotne
znaczenie w zapobieganiu chorobom nowotworowym [Faulkner i wsp. 1998]. Ograniczeniem
takich zabiegów jest jednak długi czas potrzebny na wyselekcjonowanie korzystnych roślin
oraz nieprzewidywalność uzyskania pożądanej zmiany.
Alternatywnym w stosunku do klasycznego sposobem ulepszania roślin jest tworzenie
organizmów modyfikowanych genetycznie. Dynamiczny rozwój biotechnologii przejawia się
między innymi wytwarzaniem takich organizmów roślinnych. W myśl ustawy [Dz.U. z 2001
r, Nr 76, poz. 811] organizm genetycznie zmodyfikowany (GMO) to taki, w „którym materiał
genetyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych…”. GMO
będą więc zarówno organizmy uzyskane w wyniku wprowadzenia DNA z innego gatunku, jak
również w wyniku rearanżacji DNA w obrębie jednego gatunku. W drugim przypadku będą
one niemożliwe do zidentyfikowania przez tworzone laboratoria referencyjne. Pochodzenie
produktów z GMO będzie jeszcze częściej niemożliwe do ustalenia, zwłaszcza jeżeli w
procesie przetwarzania materiału roślinnego DNA zostanie zlikwidowane.
Cel tworzenia organizmów genetycznie modyfikowanych
Tworzenie organizmów transgenicznych służy głównie realizacji dwóch celów:
poznawczego i komercyjnego. Pierwszy nie budzi zasadniczych wątpliwości i złych
skojarzeń. Badania tego typu pozwalają nie tylko na poznanie funkcjonowania organizmu
roślinnego, ale również dostarczają informacji o potencjalnie korzystnych i niekorzystnych
związkach chemicznych występujących w roślinach. Dane z badań pozwalają na planowanie
upraw i przewidywanie ich skutków. Można na przykład zasadnie przewidywać, że ziemniak
uprawiany w klimacie surowym powinien zawierać więcej flawonoidów niż uprawiany w
łagodnych warunkach klimatycznych, ponieważ niektóre geny kontrolujące ich syntezę są
indukowane niską temperaturą. Przykład ten pokazuje ponadto dwojaką korzyść wynikającą z
wprowadzanej modyfikacji genetycznej: zwiększenie ilości flawonoidów powoduje nie tylko
wzrost odporności modyfikowanego organizmu na warunki środowiskowe (w tym patogeny),
ale również zwiększenie wartości antyoksydacyjnej takich roślin, co jest szczególnie ważne
dla konsumenta.
Aspekt komercyjny tworzenia organizmów transgenicznych obdarza się znacznie
mniejszym zaufaniem. Najczęściej modyfikowaną cechą jest odporność organizmów, głównie
na infekcję patogenną. Skutkiem takich modyfikacji jest wzrost plonowania roślin. Nie
zawsze jednak jest to cecha najbardziej pożądana, ponieważ w Europie obserwuje się
nadprodukcję żywności i dalsze zwiększanie plonowania ma ograniczony sens. Oczekuje się
raczej podwyższenia jakości oraz obniżenia kosztów produkcji roślinnej. Komercyjne
tworzenie organizmów transgenicznych ma szczególnie wątpliwy sens w sytuacji, gdy
rozważymy istniejące zagrożenie pojawienia się niezamierzonych i niekorzystnych zmian w
roślinie na skutek manipulacji genetycznych. Innymi słowy, nie wiadomo, czy podwyższenie
plonowania nie obniży jakości produkowanych roślin przez pojawienie się zwiększonej
zawartości związków szkodliwych lub wręcz toksycznych, jak na przykład glikoalkaloidów
[Stobiecki i wsp. 2003].
Analiza metabolitów warunkiem upowszechnienia upraw GMO
Przekonującym argumentem za wprowadzeniem roślin transgenicznych do hodowli
byłoby zaprezentowanie wyników dogłębnej analizy nie tylko pod kątem modyfikowanej
cechy. Należałoby przedstawić także ich tzw. profil metaboliczny, czyli szczegółową analizę
zawartości najważniejszych związków chemicznych, stanowiących o ich wartości i
przydatności. Skutkiem takiego rozumowania są coraz częściej opisywane w literaturze
specjalistycznej przykłady zarówno korzystnych, jak i niekorzystnych zmian w metabolitach
roślin transgenicznych, które trudno wyjaśnić. Takie niezamierzone zmiany poziomu
metabolitów nie tylko zdumiewają, ale są mocnym argumentem przemawiającym za
koniecznością prowadzenia gruntownych analiz otrzymywanych roślin transgenicznych
[Kuiper i wsp. 2003]. Dobrą ilustrację stanowią dwa doniesienia, z których jedno podaje
ilościowe zmiany zawartości toksycznych glikoalkaloidów w ziemniakach na skutek
manipulacji flawonoidami [Stobiecki i wsp. 2003], a drugie informuje o korzystnych
zmianach poziomu lykopenu na skutek manipulacji biosyntezą poliamin w pomidorach
[Mehta i wsp. 2002]. W obu przypadkach brak racjonalnego wyjaśnienia zarejestrowanych
zmian.
Korzystne efekty GMO
Z prezentowanym przez Unię Europejską niezwykle ostrożnym punktem widzenia
przydatności żywności genetycznie modyfikowanej trudno się zgodzić w obliczu zagrożenia
chorobami, którym można przeciwdziałać przez stosowanie odpowiedniej diety. Zasadnym
przykładem jest rozwijająca się choroba oczu u mieszkańców Indii, powodowana niedoborem
witaminy A w pożywieniu. Stąd z wielkim optymizmem podejmuje się tam uprawę tzw.
„złotego ryżu”, uzyskanego metodami inżynierii genetycznej. Transformacja ryżu trzema
kluczowymi genami syntezy karotenoidów zaowocowała wzmożoną produkcją -karotenu w
ziarniakach, będącego prekursorem witaminy A [Beyer i wsp. 2002].
Intensywnie postępujące badania dotyczące ochronnego wpływu związków
pochodzenia roślinnego na zdrowie człowieka oraz ich wyniki zdają się przekonywać o
konieczności rewizji dotychczasowego, niezwykle ostrożnego, europejskiego traktowania
żywności genetycznie modyfikowanej. Udokumentowano, że tzw. dieta azjatycka, bogata w
rośliny strączkowe, jest bardzo skuteczna w przeciwdziałaniu chorobom niedokrwiennym
serca i nowotworowym [Morant i wsp. 2003]. Taki korzystny wpływ ma izoflawonoid
genisteina, obecny w dużej ilości w tej diecie. Podobne działanie mają inne flawonoidy, w
tym estry kwasu kawowego i baicaleina (obecna w dużych ilościach w chińskiej roślinie
leczniczej Scuttelaria baicalensis). Oceniono, że diterponoid Taxol, pochodzący z kory
drzewa Taxus brevifolia, ma niezwykle skuteczne działanie w leczeniu nowotworów,
natomiast zapotrzebowanie na ten alkaloid znacznie przewyższa zasoby roślinne. Istnieje więc
pilna konieczność wzbogacenia dostępnych roślin uprawnych w czynniki mogące
przeciwdziałać potencjalnemu rozwojowi chorób zagrażających człowiekowi [Hashimoto,
Yamada 2003]. Czynnikiem odgrywającym ogromną rolę w takiej działalności jest czas;
dotąd nie znaleziono skuteczniejszej i szybszej drogi dokonywania celowych ulepszeń roślin
od inżynierii genetycznej i pozyskiwania roślin transgenicznych.
Perspektywy rozwoju upraw GMO
Wspomniane wcześniej obawy przed niezamierzonymi i potencjalnie niekorzystnymi
zmianami metabolicznymi w roślinach transgenicznych zdają się powoli zanikać.
Dynamiczny w ostatnim czasie rozwój analitycznych technik oceny metabolitów w roślinach
transgenicznych sprawia, że nie może być mowy o przedostaniu się do upraw GMO o
niekorzystnych dla konsumentów właściwościach.
Zaufanie społeczne do żywności genetycznie modyfikowanej będzie się zwiększać
wraz z doskonaleniem metod identyfikacji niezamierzonych i niekorzystnych zmian. W takim
kierunku zmierza również ustawodawstwo, między innymi przez powołanie odpowiednich
laboratoriów badawczych i analitycznych. Obszar ich działania nie może się ograniczać
jedynie do identyfikacji GMO. Podstawą badań musi być całościowa ocena przydatności
GMO, jego wartość prozdrowotna, ocena alergenności i, co najważniejsze, niezbędne są do
tego odpowiednie narzędzia i umiejętności pozwalające na przewidywania pojawienia się
niekorzystnych zmian. Te umiejętności można rozwijać tylko w tych laboratoriach, w których
wytwarza się organizmy transgeniczne, równocześnie zmierzając do ich ciągłego
doskonalenia. Jest oczywiste, że budowanie zaufania społecznego do GMO musi opierać się
na odpowiednim warsztacie badawczym i analitycznym.
W wyniku małej przeciętnej powierzchni gospodarstw wiejskich w Polsce oraz niskiej
średniej wartości technicznych środków produkcyjnych, konkurencja na rynkach zbytu w
Unii Europejskiej będzie trudna. Pewnym rozwiązaniem problemów rentowności licznych
małych gospodarstw mogłyby się stać nowe odmiany uzyskiwane metodami inżynierii
genetycznej o wysokiej wartości rynkowej wytwarzanego z nich produktu, takiego jak środki
farmaceutyczne lub kosmetyczne.
Przemysłowe GMO
O ile modyfikacje genetyczne roślin konsumpcyjnych podejmowane w celach
komercyjnych przekonują nie wszystkich i nie do końca, o tyle żadnych złych skojarzeń nie
budzą wysiłki podejmowane na rzecz modyfikacji roślin przemysłowych, nieprzeznaczonych
do konsumpcji. Przykładem jest len, którego modyfikacje genetyczne są podejmowane w celu
poprawy jakości włókna, usprawnienia wydajności procesu roszenia lub zwiększonego
plonowania. Na razie trudno jest mówić o znaczącym sukcesie, ale coraz większe
zainteresowanie i coraz wyższe nakłady przeznaczane na takie badania z pewnością
niebawem zaowocują sukcesem.
W wyborze roślin i ich hodowli decydujące znaczenie ma klimat. W Polsce istnieją
korzystne warunki do hodowli lnu. Niepoślednie znaczenie ma również wieloletnia tradycja w
uprawie tej rośliny. W okresie ostatniej transformacji politycznej kraju tradycja ta została
zaniedbana, jednak mając klimat za sprzymierzeńca, zaległości te można szybko nadrobić.
Aby mogły efektywnie plonować, uprawiane odmiany muszą być dobrze dostosowane
do lokalnych warunków klimatycznych. Dlatego też powinno się prowadzić intensywne prace
biotechnologiczne na odmianach uprawianych w Polsce.
Podsumowanie
Badania naukowe w zakresie tworzenia nowych GMO powinny być zintensyfikowane,
umożliwiłoby to bowiem adaptację i rozwój nowoczesnych technologii. Jednak komercyjne
wykorzystanie tworzonych organizmów transgenicznych musi być poprzedzone ich dogłębną
analizą. Przyjęta niedawno Ustawa o GMO, a szczególnie zapis o laboratoriach
referencyjnych, miała zapewne służyć kontroli wprowadzania żywności z GMO, jednak
powołanie przez Ministerstwo Środowiska trzech laboratoriów referencyjnych, których
zadaniem jest tylko detekcja GMO i doskonalenie jej metod, nie świadczy o właściwym
zrozumieniu tej problematyki.. O wiele bardziej istotny jest wpływ genetycznej modyfikacji
roślin na ich skład chemiczny i ewentualne oddziaływanie na zdrowia człowieka, niż samo
ustalenie, czy roślina jest genetycznie modyfikowana. Wraz z rozwojem technologii i
tworzeniem nowych GMO ich identyfikacja będzie coraz częściej praktycznie niewykonalna.
W związku z powyższym o wiele istotniejsze od wykrywania obecności GMO jest ocena
wartości odżywczych i zdrowotnych np. poprzez sporządzanie profili metabolicznych
uprawianych roślin.
Literatura
Beyer P., Al. Babili S., Ye X.D., Lucca P., Schaub P., Welsch R., Potrykus I. 2002:
Golden rice: introducing -carotene biosynthesis pathway into rice endosperm by
genetic engineering to defeat vitamin A deficiency. J. Nutr. 132, 506S-510S.
Faulkner K., Mithen R., Williamson G. 1998: Selective increase of the potential
anticarcinogen 4-methylsulphinylbutyl glucosinolate in broccoli. Carcinogenesis 19,
605-609.
Hashimoto T., Yamada Y. 2003: New genes in alkaloid metabolism and transport. Curr. Op.
Biotechnol. 14, 163-168.
Kuiper H.A., Kok E.J., Engel K.H. 2003: Exploitation of molecular profiling techniques for
GM food safety assessment. Curr.Op.Biotechnol. 14, 238-243.
Mehta R.A., Cassol T., Li N., Ali N., Handa A.K., Mattoo A.K 2002. Engineered
polyamine accumulation in tomato enhances phytonutrient content, juice quality, and
vine life. Nat. Biotechnol. 20, 613-618.
Morant M., Bak S., Moller B.L., Werck-Reichhart D. 2003: Plant cytochromes P450: tools
for pharmacology, plant protection and phytoremediation. Curr. Op. Biotechnol. 14,
151-162.
Stobiecki M, Matysiak-Kata I, Franski R, Skala J, Szopa J. 2003: Monitoring changes in
anthocyanin and steroid alkaloid glycoside content in lines of transgenic potato plants
using liquid chromatography/mass spectrometry. Phytochemistry 62, 959-69.
Tucker G. 2002: Nutritional enhancement of plants. Curr. Op. Biotechnol. 14, 221-225.
Ustawa z dnia 22 czerwca 2001 r. o organizmach genetycznie zmodyfikowanych. Dz.U. z
2001 r. Nr 76, poz. 811.