Klimat naszej planety się zmienia i to raczej nie na lepsze. Liczba ludności rośnie i nic – poza jakąś wielką tragedią – nie odwróci tego trendu, dzięki któremu Ziemię wkrótce będzie zamieszkiwać dziewięć miliardów osób. Jak je wyżywić, skoro nie można zwiększać powierzchni gruntów rolnych bez niszczenia kluczowej dla naszego przetrwania przyrody? Już dziś uprawy atakuje coraz więcej szkodników i chorób. Rolnictwo w globalnej skali balansuje na krawędzi katastrofy, której skutki trudno dziś sobie wyobrazić.

Rozwiązanie jest jedno – nowe, bardziej wydajne i odporniejsze odmiany roślin uprawnych. A stworzyć je możemy wyłącznie przy pomocy najnowszych technologii. „Biotechnologia klasyczna ma ograniczenia, jej metody są czasochłonne i pewnych rzeczy nie da się z ich użyciem osiągnąć” – mówi dr hab. Wojciech Pląder, profesor Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego, który kieruje międzywydziałowym studium biotechnologii. Klasyka w tym przypadku to metody stosowane przez ludzi od kilkunastu tysięcy lat, czyli od udomowienia pierwszych roślin i zwierząt – ich krzyżowanie, a następnie selekcjonowanie najbardziej „użytecznych” wariantów. Praktycznie wszystkie rośliny i zwierzęta użytkowe, z jakimi spotykamy się na co dzień, zostały stworzone na tej drodze – są więc organizmami modyfikowanymi genetycznie, choć nazwa ta i związany z nią skrót GMO (od angielskiego genetically modified organisms) przylgnął do nowych technologii, które pozwalają na bardziej precyzyjną i skuteczną ingerencję w DNA żywego stworzenia. Dla naukowców to po prostu kolejny etap na drodze, którą ludzkość podąża od zarania cywilizacji.

STRZAŁ W KOMÓRKĘ


O ile krzyżowanie w klasycznej biotechnologii polega na połączeniu całych genomów, to w GMO z użyciem metod inżynierii genetycznej do DNA jednego organizmu (biorcy) zostaje wprowadzony pojedynczy gen lub określona grupa genów z drugiego (dawcy). Ten tzw. transgen może pochodzić z dowolnego organizmu – bakterii, rośliny, zwierzęcia, nawet człowieka. Takie genetyczne modyfikacje stały się możliwe po odkryciu w 1970 r. tzw. enzymów restrykcyjnych, które przecinają nić DNA w określonym miejscu. Dzięki nim można zastosować operację typu „kopiuj i wklej” na materiale genetycznym.

„Początkowo robiono to przy użyciu bakterii, np. Agrobacterium tumefacies. Bakterie oprócz genomu chromosomalnego mają również tzw. plazmid, czyli małą, kolistą cząsteczkę DNA. Do niej można dołączyć transgen. Plazmidy potrafią przeniknąć do komórek innych bakterii, dlatego stanowią dobry nośnik, tzw. wektor, dla informacji genetycznej” – tłumaczy prof. Pląder. Dziś znane są już alternatywne metody, w których nie trzeba stosować jako nośnika dodatkowego fragmentu DNA. Należą do nich tzw. strzelba genowa (wstrzeliwanie fragmentów DNA do komórek z użyciem metalowych mikronabojów), mikroinjekcja (wstrzykiwanie wybranego genu do komórki) czy elektroporacja (stosowanie impulsów elektrycznych w celu wytworzenia „dziurek” w błonie komórkowej, przez które fragmenty DNA przedostają się do komórki).

Problem w tym, że w każdej z tych metod „obce” geny trafiają do genomów niewielkiej części komórek poddawanych manipulacji. W najlepszym przypadku – czyli u rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana), rośliny modelowej dla inżynierów genetycznych – odsetek ten sięga raptem 0,5 proc. Do identyfikacji zmienionych komórek służą geny markerowe, towarzyszące „właściwemu” transgenowi. W roli markerów najczęściej używano genów kodujących oporność na antybiotyki (głównie na kanamycynę i ampicylinę). Selekcja była prosta – po przeprowadzeniu modyfikacji komórki traktowano antybiotykiem i przeżywały jedynie te, które zawierały „nowe” geny.

DNA NIE SKACZE NA NAS

 


Jednak celowe wprowadzanie oporności na antybiotyki do roślin, które mają trafić na pola, i do pożywienia ludzi lub zwierząt, budzi zrozumiały niepokój. Czy takie geny mogą przeskoczyć z roślin np. do chorobotwórczych bakterii? Teoretycznie jest to możliwe (wskutek tzw. horyzontalnego transferu genów), dlatego przeprowadzono wiele eksperymentów, by sprawdzić prawdopodobieństwo takiego scenariusza.

Większość z nich dała rezultaty negatywne, ale nie wszystkie. W doświadczeniach prowadzonych na Carl von Ossietzky Universität Oldenburg sprawdzano, czy gen, dzięki któremu ziemniaki GMO stały się odporne na bakterię Erwinia carotovora (wywołuje ona tzw. mokrą zgniliznę bakteryjną), może „przewędrować” na mikroby występujące naturalnie w glebie. Okazało się, że nie. Ale przejąć go mogły specjalnie zmodyfikowane bakterie i to wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Natomiast w eksperymencie, który odbył się w Institut für Pflanzenvirologie, Mikrobiologie und biologische Sicherheit (Instytucie Wirusologii, Mikrobiologii i Biobezpieczeństwa Roślin) w Brunszwiku, okazało się, że pewne bakterie glebowe co prawda są w stanie przejąć DNA z transgenicznych buraków cukrowych, ale znów wyłącznie w dogodnych warunkach laboratoryjnych.

Naukowcy z Technische Universität München badali też florę bakteryjną w przewodzie pokarmowym krów żywionych transgeniczną kukurydzą. Nie znaleźli jednak dowodów na przeskoczenie transgenu z paszy do krowiego DNA. Jak tłumaczy prof. Pląder, taki transfer w przewodzie pokarmowym rzeczywiście może się zdarzyć. Nigdy jednak nie wykazano, żeby dotyczył on całego, funkcjonalnego genu. „Przecież wszystko, co spożywamy, zawiera geny. Nie tylko rośliny czy mięso, ale także chleb czy płatki owsiane. Dziennie człowiek zjada pewnie kilka gramów DNA i RNA” – przypomina uczony.

Choć transfer genów z GMO do innych organizmów jest mało prawdopodobny, urzędnicy wolą dmuchać na zimne. Zalecenia Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) mówią, że gen zapewniający oporność na antybiotyk może być używany w roślinach tylko w fazie ich tworzenia i badania. Należy go jednak usunąć z odmian, które trafiają do obrotu. Dlatego opracowywane są już inne rodzaje markerów oraz sposoby ich eliminacji w odpowiednim momencie.

LEPSZE „CIS” NIŻ „TRANS”?


Droga od zmiany DNA do otrzymania transgenicznej rośliny rosnącej na polu jest bardzo długa. Ze zmodyfikowanych komórek trzeba najpierw odtworzyć w laboratorium cały organizm. Potem testuje się jego metabolizm i sprawdza skład chemiczny. Obowiązkowe są też badania pod kątem alergenności – bez tego roślina nie zostanie dopuszczona na rynek. Aby jej uprawa się opłacała, musi być bardziej wydajna lub tańsza w uprawie od tradycyjnych odmian. No i musi zawierać ten specjalny dodatek – transgen.

Jak podkreśla prof. Pląder, rośliny z nowo powstałej linii transgenicznej są badane dokładniej od odmian otrzymywanych w klasycznej hodowli – a nawet tych, które zostały stworzone przez mutagenezę. Ta metoda polega na poddaniu komórek działaniu czynników wywołujących zmiany w DNA, takich jak chemikalia czy promieniowanie. Z powstałych w ten sposób mutantów wybiera się te, które mają cenne dla nas cechy – może to być czerwony kolor grapefruita, okrągły kształt gruszki czy nowa barwa kwiatów ogrodowych. Ale mutageneza to działanie na ślepo – zmienione zostają nie tylko interesujące uczonych geny, ale i wiele innych. W porównaniu z tym organizmy transgeniczne są bardzo eleganckie – badania wykazały, że zawierają mniej dodatkowych mutacji.

Dlaczego więc ludzie protestują przeciw GMO, a nie przeciw mutagenezie? „Spontaniczne mutacje są motorem ewolucji. My tylko naśladujemy naturę” – mówi dr Pierre Lagoda, który kieruje działem hodowli roślin i genetyki w Międzynarodowej Agencji Atomistyki, gdzie prowadzi eksperymenty z mutagenezą radiacyjną. Być może takie argumenty trafiają ludziom do przekonania. Dlatego część biotechnologów twierdzi, że nie należy wrzucać wszystkich odmian GMO do jednego worka. Ich zdaniem od organizmów transgenicznych (czyli takich, do których wprowadzono „obcy” gatunkowo gen, np. bakteryjny do komórki roślinnej) należy wyraźnie oddzielić cisgeniczne. Tym drugim wszczepiono gen ze spokrewnionej z nimi odmiany, np. z odporniejszej dzikiej jabłoni do jabłoni uprawnej. Nowa nazwa dałaby szansę na zerwanie ze złymi skojarzeniami, a być może pozwoliłaby także ominąć część restrykcji prawnych, jakimi obłożona jest produkcja i sprzedaż GMO.

NATURALNE PRAWA RYNKU

Pierwszym produktem transgenicznym, który w 1994 r. trafił do sklepów, był amerykański pomidor o „przedłużonej trwałości” zwany FlavrSavr. Nie odniósł sukcesu i to wcale nie z powodu złej opinii konsumentów o roślinach transgenicznych – miał po prostu gorszy smak i mało atrakcyjną cenę. „Produkty GMO nie wchodzą na rynek dlatego, że są ciekawe z naukowego punktu widzenia, lecz wówczas, gdy ich produkcja jest opłacalna” – przypomina prof. dr hab. Tomasz Twardowski z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności Politechniki Łódzkiej.

Od lat 80. XX wieku, kiedy na wielką skalę zaczęto prowadzić badania nad roślinami transgenicznymi (i patentować ich wyniki), w laboratoriach na całym świecie powstały setki, jeśli nie tysiące odmian GMO. Są wśród nich takie, które można będzie wysiewać w krajach rozwijających się, gdzie ludność jest zagrożona głodem – jak chociażby ryż i kukurydza, które tolerują wysoką temperaturę, czy sorgo i pszenica, które można uprawiać w kwaśnych glebach o wysokiej zawartości trujących związków aluminium. Największy sukces odniosły na razie jednak odmiany soi, kukurydzy, bawełny i rzepaku odporne na chwasty i szkodniki.

W 2008 roku, czyli po 13 latach od wprowadzenia do uprawy roślin genetycznie zmodyfikowanych, można je było znaleźć w 25 krajach świata – najwięcej w USA, Argentynie, Brazylii i Kanadzie. W czołówce są też Indie i Chiny. GMO uprawiało w zeszłym roku ok. 13, 3 mln rolników na ok. 125 mln hektarów gruntów.

RYŻ Z NIESPODZIANKĄ


Nie wiadomo, ile upraw GMO jest w Polsce – dotychczas nie wprowadzono nakazu ich rejestrowania. Zgodnie z danymi Polskiego Związku Producentów Kukurydzy w 2008 roku ok. 3 tys. hektarów obsiano u nas odmianą MON 810. Rok wcześniej hodowano ją jedynie na 320 ha. To jedyna roślina transgeniczna, którą można uprawiać w Polsce, podobnie jak w całej Unii Europejskiej. „W tej chwili w katalogu, dostępnym na stronie internetowej Komisji Europejskiej, znajduje się 17 odmian tej kukurydzy, dostosowanych do różnych warunków klimatycznych i glebowych” – informuje dr Iwona Wiśniewska z Biura Informacyjnego Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności EFSA przy Państwowej Inspekcji Sanitarnej.

Naukowcy mają do dyspozycji różne sposoby ingerowania w DNA roślin:


Modyfikacja z użyciem wektora jest prosta i skuteczna. Najczęściej stosowanym nośnikiem transgenu jest bakteria Agrobacterium tumefacies. Jednak zastosować ją można jedynie do modyfikowania roślin dwuliściennych (czyli np. rzepaku, soi, bawełny i tytoniu). Rośliny jednoliścienne (a więc np. zboża takie jak kukurydza) są odporne na atak Agrobacterium.

Badacze sięgają wówczas po techniki takie jak strzelba genowa (zwana też metodą mikrowstrzeliwania albo biolistyczną). Fragmenty DNA są umieszczane na drobinach pyłu metalu ciężkiego: wolframu, srebra lub złota.

 



Transgenicznych upraw mamy niewiele, jednak na GMO możemy trafić także gdzie indziej – przede wszystkim w paszach dla zwierząt, ale i na sklepowych półkach. Produkty takie musiały dostać aprobatę EFSA i Komisji Europejskiej. Jeśli zawartość GMO przekracza w nich 0, 9 proc., na opakowaniu musi znaleźć się odpowiednia informacja, np. „zawiera olej z genetycznie zmodyfikowanego rzepaku” (natomiast napis typu „zawiera modyfikowaną skrobię” nie odnosi się do modyfikacji genetycznych, a do obróbki surowca). „Znakowanie produktów zawierających GMO nie informuje nas o tym, czy coś jest bezpieczne. W tej kwestii wymagania stawiane żywności są dokładnie takie same, niezależnie od metody produkcji” – przypomina dr Sławomir Sowa, szef Laboratorium Kontroli Genetycznie Modyfikowanych Organizmów w Instytucie Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie.

Mimo to w ostatnich latach w chińskim ryżu i jego przetworach, które trafiały do UE, wykrywano ślady odmiany GMO, która nie została dopuszczona do obrotu na unijnym rynku. Co więcej, ów ryż Bt 63 nie miał jeszcze dokumentacji, pozwalającej na jego uprawę w samych Chinach. Prawo unijne, które jest bardzo restrykcyjne wobec organizmów transgenicznych, zakłada, że jeśli jakiś produkt nie przeszedł wszystkich procedur kontrolnych, może być potencjalnie groźny dla zdrowia. Żeby w UE wprowadzić do uprawy rośliny GMO, trzeba w sposób naukowy wykazać ich bezpieczeństwo i korzyści wynikające z ich uprawy. Każda sprawa jest rozpatrywana z osobna.

KUKURYDZA PROSTO OD BAKTERII


Na razie zielone światło dostała tylko kukurydza MON 810. Zawiera ona gen Bt pochodzący z bakterii Bacillus thuringensis i koduje białko toksyczne dla niektórych grup owadów – stosowane jako insektycyd na długo przed pojawieniem się GMO.

W przypadku MON 810 środek ochronny produkują same rośliny. Dzięki białku Bt bronią się skutecznie przed jednym ze swych wrogów – omacnicą prosowianką (Ostrinia nubilalis). Rolnik oszczędza pieniądze i czas, bo może stosować mniej środków ochrony roślin. Jak twierdzą zwolennicy GMO, korzysta też środowisko. Podczas klasycznych oprysków uwalnia się przecież CO2 (choćby z rury wydechowej ciągnika), dochodzi do skażenia gleby insektycydem, a w dodatku ginie wiele „przypadkowych” owadów. Tymczasem białko Bt truje wyłącznie te gatunki, które są nań wrażliwe.

Czy jest tak naprawdę? Biotechnolodzy sprawdzali to wiele razy i robią to nadal. „W naszym ośrodku prowadzimy trzyletni projekt badawczy na temat różnych aspektów wprowadzenia kukurydzy MON 810 do uprawy w Polsce. Bierzemy pod uwagę m.in. wpływ upraw kukurydzy Bt na owady docelowe, czyli omacnicę prosowiankę, i niedocelowe, np. na mszyce, które żerują na kukurydzy, a same są zjadane przez larwy biedronek. Badamy ich liczebność oraz poziom toksyn Bt w ich organizmach” – opowiada dr Sowa.

Z kukurydzą było też o tyle łatwo, że jako roślina pochodząca z Nowego Świata nie ma u nas dzikich krewniaków. Nie ma więc ryzyka, że transgeniczny pyłek zapyli inne gatunki. Gdyby do tego doszło, „obcy” gen mógłby w sposób niekontrolowany przeniknąć do środowiska. Takie ryzyko istnieje natomiast w przypadku gatunków takich jak rzepak, który należy do rodziny kapustowatych.

„To, że jakieś rośliny są z tej samej rodziny, dla laików oznacza, że bez problemu się ze sobą krzyżują. Ale jeśli ktoś wyhoduje krzyżówkę ogórka z melonem albo dyni z ogórkiem, to będzie mu się należeć nagroda. Nikomu się to dotąd nie udało, choć wszystkie wspomniane gatunki należą do rodziny dyniowatych” – wyjaśnia prof. Pląder, który sam wiele lat poświęcił badaniom nad ogórkiem.

WOJNA Z PRZESĄDAMI


Do wprowadzenia zakazu upraw rośliny transgenicznej potrzebne są naukowe dowody na to, że ma ona negatywny wpływ na środowisko albo na zdrowie ludzi lub zwierząt. „Ocenę tych badań wykonują eksperci EFSA, która jest urzędem niezależnym, również od Komisji Europejskiej” – wyjaśnia dr Sowa. Jak do tej pory wszystkie takie wnioski – dotyczące rzecz jasna kukurydzy MON 810 jako jedynej dopuszczonej do uprawy – były odrzucane jako niepełne lub niewnoszące nic nowego.

Jednak niektóre kraje wykorzystują ten zapis i zakazują u siebie upraw GMO ze względu na potencjalne ryzyko. W kwietniu – krótko przed zasiewem kukurydzy na polach – wydała taki zakaz minister rolnictwa Niemiec. Powołała się na niebezpieczeństwo, na jakie uprawa MON 810 może narazić niektóre gatunki motyli, biedronek i organizmów wodnych. Jeśli nawet EFSA nie uzna tych argumentów, wniosek Niemiec będzie musiał zostać przegłosowany na forum Komisji Europejskiej. A zdarzało się już (np. w przypadku Austrii), że zakazy takie nie były odrzucane.

Brak argumentów naukowych nie przeszkadza zbytnio przeciwnikom GMO. Powołują się np. na słynną historię z modyfikowanymi genetycznie ziemniakami, po których zjedzeniu laboratoryjne szczury padały jak muchy. Przemilczają jedynie ten fakt, że modyfikacja, której dokonał biolog Arpad Pusztai, pracując w szkockim Rowett Research Institute, miała właśnie taki cel. Uczony wyposażył ziemniaki w gen odpowiedzialny za produkcję toksycznej lektyny, pochodzący z DNA przebiśniegu. Dziwne by było, gdyby szczury przeżyły.

Te rośliny GMO, które powstały z myślą o ludziach, mają zgoła inne właściwości. Mogą być jadalnymi szczepionkami albo źródłem witamin. A przede wszystkim mogą uchronić nas przed kolejną katastrofą rolniczą, taką jak grzyby masowo atakujące zboża czy ziemniaki. „Przyszłość należy do biotechnologii” – mówi prof. Twardowski. Jak długo przyjdzie nam czekać, by zrozumieli to także politycy?

 

Transgeniczna paleta


Do czego można wykorzystać technologię GMO?

Bardziej wartościowa żywność – taka jak czekający na wdrożenie do produkcji „złoty ryż”, który zawiera beta- -karoten, prekursora witaminy A. Jej brak powoduje ślepotę i inne choroby głównie w krajach rozwijających się. Ponieważ ryż jest podstawowym produktem spożywczym w wielu z nich, odmiana GMO mogłaby uratować życie i zdrowie setek tysięcy ludzi.

Produkcja leków
– już w 1978 r. powstała ludzka insulina produkowana przez genetycznie zmodyfikowane bakterie (dopuszczono ją do użytku pięć lat później). Dziś w ten sposób mikroby czy zwierzęta (świnie, kozy itp.) wytwarzają inne ludzkie hormony (np. hormon wzrostu, stosowany w terapii karłowatości) i białka (m.in. czynniki krzepnięcia krwi, niezbędne chorym na hemofilię).

Nowa generacja szczepionek
– do genomu nieszkodliwego dla nas mikroba można wprowadzić fragment DNA patogenu, np. gruźlicy czy HIV. Inny pomysł to szczepionki jadalne, czyli przeprowadzenie podobnej operacji na komórkach roślin – bananów, pomidorów czy sałaty (ta ostatnia to dzieło polskich naukowców), których zjedzenie chronić nas będzie przed wirusem zapalenia wątroby typu B (HBV).

Organy do przeszczepów
– naukowcy pracują nad pozyskiwaniem ich od zwierząt transgenicznych, których DNA zmodyfikowano tak, by pod względem immunologicznym przypominały ludzi. Prace nad stworzeniem świń dawców prowadzi m.in. prof. Jacek Modliński z Instytutu Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN w Jastrzębcu.