Määritelmä

Geenitekniikka tai geenimuuntelu on genetiikan ala, joka muuttaa organismin DNA:ta muuttamalla tai korvaamalla tiettyjä geenejä. Geenitekniikkaa käytetään maataloudessa, teollisuudessa, kemianteollisuudessa, lääketeollisuudessa ja lääketieteessä, ja sitä voidaan soveltaa muun muassa panimohiivojen, syöpähoitojen ja geneettisesti muunnettujen viljelykasvien ja kotieläinten tuotantoon. Ainoa kriteeri on, että muunneltu tuote on – tai on joskus ollut – elävä organismi, joka sisältää DNA:ta.

Geenitekniikan esimerkkejä

Esimerkkejä geenitekniikasta on lueteltu sektoreittain tässä artikkelissa, jossa kullakin sektorilla sovelletaan DNA:n muokkausta eri päämäärällä. Koska ihmisen perimässä on 20 000-25 000 geeniä ja koska nämä geenit voivat ulottua muutamasta sadasta emäsparista yli kahteen miljoonaan emäspariin, geenitekniikan soveltamisala on valtava. On kuitenkin paljon eettisiä kysymyksiä, jotka koskevat sitä, kuinka pitkälle tämänkaltaisen tutkimuksen pitäisi mennä ja mitkä sovellukset ovat hyväksyttäviä.

Kemianteollisuus

Kemianteollisuus käyttää geenitekniikkaa tuottaessaan muunneltuja eläviä mikro-organismeja kemian tuotantoa varten. Kemikaalia tai materiaalia, kuten happoa tai terästankoa, ei ole mahdollista geenimuunnella – ne eivät sisällä DNA:ta; kuitenkin esimerkiksi happoa tuottavia bakteereja voidaan geenimuunnella.

Luonnolliset kemialliset yhdisteet ovat välttämättömiä elämän olemassaololle. Niitä on vuosien varrella jäljitelty ihmisen valmistamilla (synteettisillä) kopioilla. Yksi esimerkki geenitekniikasta nykypäivän kemianteollisuudessa on proteaasi-niminen entsyymi. Proteaasitekniikka on perusta geenimuuntelulle pyykinpesuaineiden valmistuksessa.

Proteaasit ovat entsyymejä, joita esiintyy jokaisessa elävässä organismissa; niiden tehtävänä on katalysoida (nopeuttaa) esteri- ja peptidisidosten hajoamista, joita esiintyy monenlaisissa pyykkitahroissa. Proteaasigeenit antavat soluille valmistusohjeet proteaasien tuotantoa varten solun sisällä (proteiinisynteesi). Näitä geenejä manipuloimalla voimme muuttaa proteaasin lopullista muotoa ja joitakin sen ominaisuuksia.

Varhaisemmilla pesuaineilla ei ollut käytettävissä geenitekniikkaa, mutta silloinkin tutkijat pystyivät muokkaamaan proteaaseja valitsemalla ja tuottamalla parhaita kantoja. Geenitekniikan avulla näitä entsyymejä voidaan parantaa entisestään entistäkin valkoisemman valkuaisen aikaansaamiseksi. Kun proteaasien tuotantoa varten tarvittava geeni oli koodattu, se voitiin purkaa ja muokata. On tehty monia modifikaatioita, jotka parantavat tahranpoistotuloksia esimerkiksi vaihtelevassa pH:ssa ja veden lämpötilassa.

Muita geenitekniikkaan liittyviä esimerkkejä kemianteollisuudessa ovat muun muassa vähemmän ympäristöä kuormittavan jäteveden hallinta. Tällöin muokataan sellaisten monien bakteerityyppien geenejä, jotka sulattavat jätteitä ilman, että niistä jää jäljelle yhtä haitallisia sivutuotteita. Toinen esimerkki on biohajoavien muovien valmistaminen käyttämällä geneettisesti muunneltuja syanobakteerikantoja.

Kasvituotanto

Kasvituotantoon liittyviä geenitekniikan esimerkkejä käytetään usein kertomaan, miksi niitä ei kannata ostaa tai syödä; kasvava väestö, jolla ei ole aikaa, tilaa tai useinkaan tietämystä tuottaa viljelykasveja kotimaassa, tarkoittaa kuitenkin sitä, että meidän on hyödynnettävä maatalousmaamme tehokkaammin. Samaan aikaan on tärkeää, ettei luonnollisia elinympäristöjä vähennetä kaikkialla maailmassa. Geneettisesti muunnetut (GM) viljelykasvit ovat vastaus siihen, että niiden sato kasvaa pienemmällä viljelyalalla. Viljelykasvien geneettisessä muuntamisessa keskitytään parantuneeseen vastustuskykyyn tauteja vastaan, lisääntyneeseen kuitu- ja ravinnepitoisuuteen tai lisääntyneeseen satoon – mieluiten kaikkien kolmen yhdistelmään. Jos voimme saada kaikki tarvitsemamme kivennäisaineet ja vitamiinit supertomaatista, joka kasvaa hyvin nopeasti ilman torjunta-aineita tai lannoitteita ja kasvaa jopa kuivuudessa, muuntogeenisten viljelykasvien aihe näyttää yhtäkkiä todella houkuttelevalta.

Paljon kielteisiä kommentteja julkisuudessa on aiheuttanut sen, että muuntogeeniset viljelykasvit ovat olleet epäsuosittuja; monet muuntogeeniset viljelykasvit – vaikka niitä viljeltäisiinkin laillisesti – eivät löydä riittävän suuria markkinoita. Tämä tarkoittaa sitä, että maanviljelijät haluavat harvoin ottaa taloudellista riskiä kasvattaakseen niitä.

Ei ole tieteellistä näyttöä siitä, että muuntogeeninen viljelykasvi olisi vaarallista syödä verrattuna muuhun kuin muuntogeeniseen viljelykasviin, mutta geenitekniikka on melko uutta, emmekä voi varmuudella sanoa, ovatko pitkäaikaisvaikutukset haitallisia ihmiselle tai eläimille, jotka syövät niitä (ja joita saatamme sitten syödä hampurilaisissamme). Ainoa Euroopan unionissa (EU) laillisesti viljelty muuntogeeninen viljelykasvi on maissi MON 810. Myös tämän maissin tuotanto EU:ssa saatetaan tulevaisuudessa kieltää. Yhdysvalloissa liittovaltion laki on tiukka muuntogeenisten kasvien testauksen suhteen, mutta muuntogeenisten viljelykasvien tuotanto, myynti ja kulutus ovat laillisia.

Kotieläimet

Kotieläintuotannon geenitekniikkaesimerkkeinä tulisi aina mainita yksi Food and Drug Administrationin rajoitus, joka on hiljattain kumottu. Muuntogeenisen lohen mätimunien maahantuonti, myynti ja kasvatus oli aiemmin kielletty Yhdysvalloissa, vaikka tämä ei johtunut pelosta, että näiden kalojen syöminen voisi olla terveydellemme vaarallista – kielto johtui merkintälainsäädännöstä. Tämä kielto on nyt kumottu.

AquaAdvantage-lohessa tiedemiehet yhdistivät kirjolohen ja melko ruman valtamerilohen (alla) geenit tuottaakseen jatkuvasti kasvavan lohen (lohi kasvaa yleensä kausiluonteisesti), joka käyttää ja tarvitsee vähemmän kaloreita kuin luonnonvaraiset tai viljellyt vaihtoehdot. Yhtiö on käyttänyt kaksikymmentä vuotta tämän uuden ruokalähteen testaamiseen; argumentit geenimuunnellun lohen käyttöä vastaan perustuvat yleensä siihen, että kaksikymmentä vuotta ei ole kovin pitkä aika ihmisen keskimääräisessä eliniässä.

Maista geenimuunneltua naudanlihaa on vaikea löytää, mutta silti on silti mahdollista, että pottusi on aikoinaan syönyt geenimuunneltua rehua. Se on myös saattanut – elävänä ollessaan – saada ruiskutuksen geenimanipuloitua naudan rekombinantti-kasvuhormonia (rBGH). Tätä hormonia ruiskutetaan myös lypsylehmiin. On raportoitu, että rBGH-käsiteltyjen lehmien maidossa on enemmän IGF-1:tä, hormonia, joka näyttää lisäävän rinta-, eturauhas-, paksusuoli- ja keuhkosyöpäriskiä ihmisillä. Tämä on vain yksi syy siihen, miksi muuntogeeniset tuotteet ovat niin kiistanalaisia. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet myös, että muuntogeenisten rehujen käyttö lisää eläinten terveydentilaa ja tarkoittaa usein sitä, että karjankasvattajien ei tarvitse ruiskuttaa antibiootteja ja hormoneja karjaansa – koska nämä kemikaalit voivat kulkeutua niiden ihmisten verenkiertoon, jotka syövät karjaa tai juovat sen maitoa, tämä voi olla kaksin verroin myönteinen tulos. Tuomaristo ei ole vielä selvillä.

GM-kanaa ei ole saatavilla paikallisessa supermarketissasi (vielä), mutta muuntogeenisellä rehulla ruokitut kanat on usein merkitty sellaisiksi. Kyseessä on siis erilaisten geenimuunneltujen viljelykasvien sulatetut jäämät eikä uunissa paistuva geenimuunneltu lintu.

Geenimuunneltuja kananmunia tutkitaan tulevaisuuden luonnollisten kemiallisten yhdisteiden lähteenä. Naaraskanoja voidaan geneettisesti muokata tuottamaan munia, jotka sisältävät suurempia määriä tiettyjä proteiineja. Näitä proteiineja käytetään yleisesti lääkkeiden valmistusprosesseissa. Tulevaisuuden lääkkeiden hinnat voivat olla paljon edullisempia geenimuuntelutekniikan ansiosta.

Syöpähoito

Geenitekniikan esimerkit syövän hoidossa alkavat jo osoittaa hyvin myönteisiä tuloksia. Kananmuna esiintyy tässäkin. Tällä geenitekniikan alalla muokataan bakteerien geenejä, jotka tuottavat tiettyjä proteiineja. Nämä proteiinit – olet ehkä kuullut hyvin paljon tutkitusta Cas9-proteiinista – muodostavat vasta-aineita, jotka auttavat tuhoamaan viruksia. Tämäntyyppiset proteiinit tukevat myös mekanismia, joka hälyttää immuunivasteen ihmisillä. Koska syöpäsolut usein tukahduttavat tämän vasteen, Cas9-proteiini saattaa auttaa elimistöä tunnistamaan syövän ja torjumaan sitä. Cas9:ää tutkitaan ja kokeillaan jo nyt geneettisten sairauksien, kuten sirppisolusairauden ja kystisen fibroosin, hoidossa.

Herditaudit

Herditaudit ja -sairaudet saattavat geenitekniikan ansiosta jäädä menneisyyteen – on vain yksi ongelma, ihmisalkioiden eettinen käyttö tutkimustarkoituksiin.

Embryologinen geenitekniikka on laillista joissakin maissa, ja näitä maita kritisoidaankin paljon. Mutta kun He Jiankui muokkasi kaksosalkioiden geenejä ja istutti ne sitten naiselle, joka synnytti nämä geneettisesti muunnellut lapset, maailma sekosi ja Jiankui joutui sittemmin vankilaan. Geenitekniikan pitkäaikaisvaikutukset ovat tuntemattomia, ja lisäksi mahdolliset muutokset saattavat siirtyä seuraaviin sukupolviin tai muuttua edelleen ilman evoluution luonnollista kontrollia. Niille, jotka uskovat, että elämä alkaa hedelmöittymisestä tai jotka pitävät alkiota elävänä, tietoisessa tilassa olevana ihmisenä, on vielä enemmän eettisiä perusteluja.

Monille vanhemmille, jotka käyvät läpi koeputkihedelmöitysprosessin (IVF), tarjotaan mahdollisuutta istutusta edeltävään geneettiseen diagnoosiin (PGD). Siinä tarkistetaan hedelmöittyneen munasolun DNA ennen sen istuttamista kohtuun. Tavoitteena on löytää mahdolliset geneettiset mutaatiot. Vanhemmat voivat hylätä ”vialliset” munasolut. Monien mielestä tämä on hyvin väärin, koska emme ole sopineet siitä, mitä pidetään ei-toivottuna mutaationa. Geneettinen vika, joka aiheuttaa keskenmenon, olisi ehkä hyväksyttävä. Mutta entä sukupuoli, perinnöllinen mielisairaus, silmien väri? Viime vuosina useita hedelmöitysklinikoita Intiassa on haukuttu siitä, että ne ovat esimerkiksi luvanneet pariskunnille miespuolisia jälkeläisiä. Tämä ei ole esimerkki geenitekniikasta, mutta monet ryhmät pelkäävät, että tietyt fysiologiset valinnat voivat kulkeutua geenitekniikkaan ilman valvontaa. Nykyään geenimuuntelu ihmisessä noudattaa käytännössä samoja eettisiä perusteluja kuin abortti.

Genitekniikan hyvät ja huonot puolet

Genitekniikan hyvät ja huonot puolet eivät ole lainkaan yksiselitteisiä. Ihmisen geenimuuntelun alalla henkilökohtaiset uskomuksemme vaikuttavat siihen, miten tämä teknologia kehittyy ja etenee. Maissa, joissa lain mukaan ihmiselämä alkaa 24. raskausviikolla, hyväksytään todennäköisemmin sellaisten alkioiden geenitekniikka, joita ei ole kannettu loppuun asti. Tämä eettinen kysymys on osa niin sanottua sikiön persoonallisuusargumenttia, ja se on tärkein syy siihen, miksi ihmisiin kohdistuva geenitekniikka kohtaa niin paljon vastustusta.

Maataloudessa yleisön pelot koskevat geenimuunneltujen elintarvikkeiden syömisen pitkäaikaisia vaikutuksia. Nämä pelot estävät maanviljelijöitä tuottamasta muuntogeenisiä viljelykasveja, koska he eivät ehkä pystyisi myymään niitä, ja monissa maissa niiden viljely on laitonta. Henkilökohtaiset kysymykset ovat usein mielipiteitä; varsinaiset hyvät ja huonot puolet koskevat pitkän aikavälin tieteellisten tutkimusten tuloksia. Valitettavasti perimän muokkaus on uusi tekniikka, eikä meillä ole mitään tietoja, jotka kattaisivat muutamaa vuotta pidemmältä ajalta – ei ainakaan mitään, joka kattaisi yhden tai useamman sukupolven eliniän.

Plussat

Geenitekniikan plussat olisi aloitettava siitä, että aiheen ansiosta olemme oppineet niin paljon enemmän omista geeneistämme ja muiden eliöiden geeneistä. Geenitekniikan ansiosta opimme, miten koko DNA:ta sisältävien organismien kirjo bakteereista ihmisiin toimii.

Geenitekniikka on antanut meille uutta ja odottamatonta tietoa, joka kertoo meille, miten tietyt sairaudet kehittyvät. Ala on myös tarjonnut kohdennettuja hoitoja, joilla näitä sairauksia voidaan parantaa tai ainakin lievittää. Tämän teknologian avulla voidaan tehostaa paitsi lääkkeiden vaikutusta myös niiden halvempaa tuotantoa – kuten muuntogeenisten kananmunien tapauksessa.

Maailman kasvavan väestön ja tarpeen ylläpitää hyvin epävakaata maatalousmaan ja luonnollisten elinympäristöjen suhdetta on yhdistelmä, joka on johtanut muuntogeenisten viljelykasvien kehittämiseen. Nämä viljelykasvit on suunniteltu tuottamaan enemmän satoa, käyttämään vähemmän ravinteita kasvuun ja tarvitsemaan vähemmän viljelyalaa tai vähemmän kemikaaleja (rikkakasvi- ja torjunta-aineita). Tutkijat voivat jopa parantaa makua, ravintoarvoja, värejä ja muotoja.

Muokatut bakteerit auttavat tuottamaan biopolttoaineita geenimuunnelluista viljelykasveista. Biopolttoaineet vähentävät fossiilisten polttoaineiden aiheuttamaa saastumista. Syanobakteerit auttavat meitä tuottamaan biohajoavia muoveja, ja muut muuntogeeniset mikro-organismit hajottavat jätteitämme. Geenimuuntelu liittyy vahvasti ekologiaan ja tulevaisuuteemme.

Ja käytämme vähemmän maapallon resursseja, kun karjamme kasvaa nopeammin. Kun lihakarja kasvaa täysikokoiseksi yhdessä vuodessa kahden tai kolmen sijasta, se vähentää jokaisen eläimen hiilijalanjälkeä kahdella vuodella. Kun nautojen geenejä muokataan tautien torjumiseksi, maidossamme ja lihassamme on vähemmän antibiootti- ja hormonijäämiä. Geenitekniikka merkitsee vähemmän painetta tehdä tärkeistä, katoavista luonnon ekosysteemeistä elintarviketuotantotehtaita.

Hyötyjä

Hyötyjen perusteena on lähinnä pitkäaikaisten tutkimusten puute geenitekniikan vaikutuksista sekä organismiin että sitä syöviin eliöihin. Ehkä jopa niihin, jotka elävät sen rinnalla. Kuten kaikesta uudesta mutta mahdollisesti haitallisesta teknologiasta, meillä ei vain ole tarpeeksi tietoa.

Toinen tekijä on se, että vaikka olemme purkaneet ihmisen perimän, emme tiedä kaikkea tarpeellista kaikista ihmiskehon toiminnoista. Esimerkiksi suolistomikrobiomi on varsin tuore kuuma aihe. Tutkijat hyväksyvät nyt, että suoliston bakteerit vaikuttavat suoraan aivoihin – mikä oli harvinaista kymmenen vuotta sitten. Mutta se, miten aivojen välittäjäaineet ovat tarkalleen ottaen vuorovaikutuksessa ruoansulatuskanavan kemikaalien kanssa, on edelleen mysteeri. Tämänkaltaiset esimerkit tarkoittavat sitä, että monien mielestä meidän ei pitäisi yrittää korjata jotakin asiaa, jos emme tiedä tarkalleen, miten se toimii, emme tiedä, mitkä ovat pitkän aikavälin vaikutukset, tai emme tiedä, onko se ylipäätään rikki.

On tietysti muitakin esteitä. Ennen kuin tiedämme, voidaanko geenitekniikalla turvallisesti poistaa kuolemaan johtava sairaus lopullisesti, meidän on selvitettävä, onko oikein muuttaa alkioiden DNA:ta, antaa niiden kasvaa ja syntyä ja sitten tutkia heidän elämäänsä syntymästä vanhuuteen (ja ehkä myös heidän lastensa ja lastenlastensa elämää), jotta voimme varmistaa, että uusi parannuskeino on turvallinen.

Bibliografia