Jak GMO może pomóc w rozwiązaniu problemu zmian klimatycznych

9 minut(y) czytania

Zaktualizowano dnia: 14.12.2020 13:28:39 GMT

Czy możemy zmienić DNA organizmu bez doboru hodowlanego?

Tak!

Szybkie postępy w rozumieniu DNA umożliwiły naukowcom przenoszenie genów bezpośrednio pomiędzy różnymi gatunkami, a nawet edycję samego genomu!

Organizmy, które powstają w ten sposób są często nazywane organizmami modyfikowanymi genetycznie lub GMO. Jednak ta nazwa jest trochę myląca. Jak dowiedzieliśmy się z poprzedniego rozdziału, ludzie modyfikują genetycznie rośliny uprawne i zwierzęta hodowlane od tysięcy lat. Dlatego też będziemy używać bardziej precyzyjnego terminu określającego bezpośrednie modyfikowanie DNA organizmu: inżynieria genetyczna (ang. genetic engineering - GE).

Image of Inżynieria genetyczna

Inżynieria genetyczna

Organizmy inżynierowane genetycznie (GEO) cieszą się złą sławą, ale tak naprawdę są bardzo ważne nie tylko dla zrównoważonego rolnictwa, ale także dla produkcji leków i leczenia chorób genetycznych.

W tym rozdziale przyjrzymy się temu, w jaki sposób GEO może przydać się w rolnictwie oraz rozważymy, jakie niesie to ze sobą zagrożenia.

W jaki sposób naukowcy tworzą GEO?

Pierwsze organizmy inżynierowane genetycznie (GEO) powstały poprzez przeniesienie genów z jednego organizmu do innego. Jak to działa?

  1. Zidentyfikuj gen, który kontroluje pożądaną cechę w danym organizmie np. odporność na choroby
  2. Skopiuj ten gen
  3. Umieść ten gen w genomie innego organizmu
Image of Przenoszenie DNA między organizmami

Przenoszenie DNA między organizmami

Poprzez kopiowanie i wklejanie genów z jednej rośliny do drugiej naukowcy stworzyli uprawy bardziej plenne, bardziej odżywcze i w wielu przypadkach lepsze dla środowiska niż uprawy konwencjonalne.

Spójrzmy na kilka przykładów:

  • Odporność na szkodniki i choroby zmniejsza zapotrzebowanie na pestycydy
  • Zwiększona odporność na upały, suszę i zasolenie gleby zwiększa plony w klimatach, które stanowią wyzwanie dla wzrostu upraw
  • Wprowadzanie genów odpowiedzialnych za produkcję niezbędnych składników odżywczych do podstawowych produktów żywnościowych może ograniczyć niedożywienie i poprawić stan zdrowia ludzi
  • Geny wydłużające okres przydatności żywności ograniczają marnowanie jedzenia

Większe plony nie tylko poprawiają bezpieczeństwo żywnościowe, ale również podnoszą dochody rolników. Jak widać, istnieje wiele korzyści wynikających z modyfikacji genetycznych. Dlaczego więc wciąż tak wiele osób się im sprzeciwia?

Jakie są zagrożenia związane z inżynierią genetyczną?

Chociaż GEO mają wiele korzyści dla środowiska, musimy również rozważyć ich potencjalne zagrożenia. Uprawy i zwierzęta hodowlane odporne na owady i choroby mogą zachęcić szkodniki do obchodzenia tych zabezpieczeń, utrudniając tym utrzymanie kontroli nad nimi.

Jeśli wstawiony gen sprawi, że organizm inżynierowany genetycznie (GEO) będzie lepiej przystosowany do swojego środowiska, będzie on mógł konkurować z dziką populacją o pożywienie i przestrzeń, zmniejszając bioróżnorodność. Ewentualnie GEO mógłby skrzyżować się z dzikim krewnym, wprowadzając przeniesiony gen do dzikiej populacji.

Produkowanie organizmów inżynierowanych genetycznie (GEO), które nie przekazują dalej zmodyfikowanego DNA, jest przydatne w zapobieganiu ucieczce genów. Jednak uniemożliwia to również rolnikom ponowne sianie nasion z upraw, by móc je zebrać w następnym roku. To zmusza rolników do polegania na komercyjnych dostawcach nasion, dając tym firmom ogromną kontrolę nad dostępem do technologii inżynierii genetycznej. W rozdziale Otwarte Problemy omówimy, dlaczego stanowi to problem.

Image of Ludzie mają różne opinie na temat GEO (organizmów inżynierowanych genetycznie)

Ludzie mają różne opinie na temat GEO (organizmów inżynierowanych genetycznie)

Prawdopodobnie największe obawy społeczne związane z GEO dotyczą potencjalnego ryzyka, jakie żywność inżynierowana genetycznie (GE) może stanowić dla zdrowia ludzi. Czy jest to uzasadnione?

Kiedy geny są przenoszone z jednego organizmu do drugiego przy użyciu konwencjonalnych technik inżynierii genetycznej, mogą być wprowadzone gdziekolwiek w obrębie genomu. Może to mieć negatywne skutki uboczne, takie jak wytwarzanie toksyn i przypadkowe zakłócenie działania innych genów. Przeniesione geny mogą również wywoływać reakcje u osób uczulonych na organizm, z którego gen został skopiowany.

Dlatego też, chociaż naukowcy w większości zgadzają się, że żywność genetycznie inżynierowana jest równie bezpieczna jak żywność nieinżynierowana, ważne jest, aby GEO były poddawane rygorystycznym testom przed wprowadzeniem do sprzedaży.

Wiele z tych obaw dotyczy transferu genów pomiędzy różnymi organizmami. A gdybyśmy mogli wprowadzać pożądane cechy poprzez bezpośrednią edycję DNA?

Czym jest edycja genomu?

Podczas gdy tradycyjne metody inżynierii genetycznej polegają na przenoszeniu DNA z jednego organizmu do drugiego, ostatnie odkrycia w dziedzinie biologii molekularnej umożliwiły bezpośrednią edycję genomu organizmu.

Najbardziej wydajnym narzędziem do edycji genomu, jakim dysponujemy obecnie, jest metoda CRISPR-Cas, często nazywana po prostu CRISPR.

CRISPR jest naturalnym systemem wykorzystywanym przez bakterie do obrony przed wirusami. Jak to działa?

Nazwa CRISPR w rzeczywistości odnosi się do krótkiej sekwencji DNA. W przyrodzie sekwencja CRISPR dopasowuje się do DNA wirusa, który wcześniej zainfekował komórkę. Jeśli wirus próbuje dokonać ponownej inwazji, te sekwencje CRISPR mogą zostać wykorzystane przez białka powiązane z CRISPR (Cas), które działają jak psy węszące, aby znaleźć pasujące DNA. Kiedy białka Cas znajdą wirusa, dokonują cięcia w jego DNA i dezaktywują intruza.

Image of CRISPR u bakterii

CRISPR u bakterii

Jak więc jest to wykorzystywane w edycji genomu?

Wykorzystując te zasady, białka Cas mogą być wyszkolone do lokalizowania i cięcia dowolnego genu w genomie organizmu, pod warunkiem, że znamy jego sekwencję DNA. Z pomocą własnych systemów naprawczych komórki (które naprawiają wszelkie błędy lub przerwy w jej DNA), nowe geny mogą być wstawione w miejsce, w którym DNA zostało przecięte.

Image of Edytowanie genu metodą CRISPR/Cas

Edytowanie genu metodą CRISPR/Cas

Ale CRISPR służy nie tylko do przenoszenia genów z jednego organizmu do drugiego. Może być również użyty do bezpośredniej edycji genomu.

Jeśli nie zostaną wprowadzone nowe geny, komórka i tak naprawi wycięty fragment DNA. Te mechanizmy naprawcze nie zawsze są jednak dokładne i mogą zakłócić działanie genu, dodając lub usuwając część jego DNA. To może wydawać się złe, ale bywa naprawdę przydatne, jeśli zaburzony gen nadaje organizmowi korzystną cechę, taką jak odporność na choroby.

Co więcej, wprowadzając te nowe wersje genów do genomów roślin, CRISPR może zwiększyć różnorodność genetyczną gatunku. To z kolei zapewnia większą zmienność genetyczną, z którą mogą pracować tradycyjni hodowcy selektywni.

Image of Alternatywne produkty CRISPR

Alternatywne produkty CRISPR

Od czasu odkrycia technologii CRISPR nastąpiła eksplozja badań mających na celu opracowanie nowych sposobów jej wykorzystania . Na przykład poprzez modyfikację białka Cas, naukowcy są obecnie w stanie precyzyjnie edytować każdą z poszczególnych liter w sekwencji genu!

CRISPR jest znacznie bardziej precyzyjny i tańszy niż tradycyjne metody inżynierii genetycznej. W rzeczywistości CRISPR może być wykorzystany do produkcji organizmów z edytowanym genomem, które w ogóle nie posiadają „obcego” DNA. Oznacza to, że edytowane geny technicznie nie różnią się od tych powstałych w wyniku przypadkowych zmian, które zachodzą naturalnie w DNA organizmu z upływem czasu!

Wnioski

Rolnicy modyfikują genetycznie uprawy od tysięcy lat: inżynieria genetyczna pozwala jedynie na szybsze i bardziej precyzyjne wprowadzanie zmian. Uprawy inżynierowane genetycznie (GE) mają potencjał, by uczynić rolnictwo bardziej zrównoważonym, poprawiając jednocześnie dochody rolników i zawartość odżywczą jedzenia.

Jednak wielu ludzi wciąż nie czuje się komfortowo z ideą żywności inżynierowanej genetycznie. W dużej mierze wynika to z braku jasnej komunikacji pomiędzy naukowcami a społeczeństwem

Postępy w edycji genomu sprawiły, że inżynieria genetyczna stała się bezpieczniejsza i bardziej precyzyjna niż kiedykolwiek wcześniej, a obecnie możliwe jest genetyczne modyfikowanie produktów zupełnie bez wykorzystania „obcego” DNA. Dlatego też wiele osób twierdzi, że „przepisy dotyczące żywności", czyli zasady określające, czy dany produkt może być sprzedawany jako żywność, powinny opierać się na bezpieczeństwie samej żywności, a nie na procesie, w którym została ona wyprodukowana. W rzeczywistości tak już jest w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie.

Mimo to, ocena potencjalnego ryzyka środowiskowego i zdrowotnego wszystkich nowych produktów będzie nadal niezbędna, podobnie jak regulacje zapewniające, że narzędzia te są wykorzystywane tylko do etycznych celów .

Poprzez edukowanie ludzi na temat korzyści płynących z technologii GEO (organizmy inżynierowane genetycznie) i zdecydowane rozwianie ich obaw żywność GE (inżynierowana genetycznie) mogłaby stać się szerzej akceptowana.

Do tej pory przyjrzeliśmy się problemom związanym z uprawą roślin oraz temu, w jaki sposób inżynieria genetyczna, agroekologia i rolnictwo precyzyjne mogłyby zostać wykorzystane do ich rozwiązania. Ale co z hodowlą zwierząt? Przyjrzymy się jej w następnym rozdziale.

Następny rozdział