A génmódosított technológia alkalmazása a mezőgazdaságban és az élelmiszeriparban

A kanadai repcét (kanadai olaj, alacsony savtartalmú) emberi fogyasztásra az 1970-es évek elején fejlesztették ki Manitobában hagyományos növénynemesítéssel a repcéből, hogy megkülönböztessék a természetes repceolajtól, amelynek sokkal magasabb az erukasavtartalma. 1998-ra géntechnológiával kifejlesztettek egy betegségeknek és szárazságnak jobban ellenálló fajtát. Napjainkban a repcét széles körben termesztik Kanadában, az Egyesült Államokban és más országokban, és az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (USFDA) általánosan biztonságosnak ismerte el, 2013-ban pedig engedélyezték a repceolajat tartalmazó csecsemőtápszerekben a teljes zsírtartalom legfeljebb 31%-ának megfelelő mennyiségben.

Más széles körben fogyasztott génmódosított termékek a génmódosított növényekből származó kukorica és szójabab. A glifozát gyomirtó szer gátolja az 5-enolpiruvilszikimát-3-foszfát-szintáz enzimet, amely a növényekben, gombákban és baktériumokban jelen van, de az állatokban nem. Ez az enzim az aromás aminosavak termelésén keresztül kulcsfontosságú lépés a hormonok képződésében. A széles spektrumú gyomirtószer használata a Roundup® ready (GM) szójabab és kukorica kifejlesztésével vált sokkal elterjedtebbé, amelyek a glifozát-N-acetiltranszferáz gént tartalmazzák. A gyomirtószer alkalmazásával ezek a GM-növények nem érintettek, de bizonyos gyomnövények elpusztultak. Napjainkban a különböző kereskedelmi forgalomban kapható glifozátkészítmények több mint 100 lombhullató és fűféle gyomnövény ellen képesek védekezni. A toxikológiai vizsgálatok kimutatták, hogy bár a GM-növények ehető részeiben olyan új metabolitok képződnek, amelyek a hagyományos növényeknél nem voltak megfigyelhetők, a FAO/WHO peszticidmaradványokkal foglalkozó közös ülése megállapította, hogy ezen áruk vagy termékeik rövid vagy hosszú távú fogyasztása nem ad okot aggodalomra az emberi egészség szempontjából. A világszerte engedélyezett GM-növények száma a 2009-es 30-ról 2015-re várhatóan 110-re emelkedik. Még Európában is, ahol a lakosság legnagyobb aggodalmát fejezi ki a géntechnológiával módosított élelmiszerek iránt, évente mintegy 30 millió tonna géntechnológiával módosított növényt importálnak, és az Európai Unióban (EU) már számos herbicid-rezisztens kukoricafajtát engedélyeztek termeszteni. A glifozátot azonban a talaj mikroorganizmusai csak lassan bontják le, és a vízszennyezés kockázatát jelentheti. Emellett egyre nagyobb aggodalomra ad okot, hogy egyes gyomfajok rezisztensek a gyomirtó szerrel szemben.

A géntechnológia másik sikeres alkalmazása a Bacillus thuringiensis (Bt) által termelt biológiai növényvédő szer génjének beillesztése, amely a nagyon gyakori talaj- és porbaktérium, a Bacillus cereus közeli rokona. A Bt-t először 1901-ben figyelték meg egy beteg vagy haldokló selyemhernyó-kolóniában Japánban. A Bt és a B. cereus közötti fő különbség az, hogy a Bt olyan endotoxint termel, amely elpusztítja a lepkeszúnyogokat. Ezt a baktériumban a sporuláció során paraszporális testként (“kristályként”) előforduló fehérjetoxin végzi. A rovarok bélproteázai aktiválják a toxin fehérjéket, így azok receptorokhoz kötődnek, és a lárvák emésztőrendszerében (hemocoel) pórusokat képezve hatnak a középbélsejtekre. Ezek a pórusok lehetővé teszik a természetesen előforduló bélbaktériumok bejutását a hemocoelbe, ahol elszaporodnak és szepszist okoznak A Bt-toxin a Bt-kultúra permetszóróval szárított, nedvesíthető por formájában az 1950-es években vált kereskedelmi forgalomban elérhetővé, és Kanadában széles körben használták permetezésként a lucfenyő rügyféreg és a cigánymoly által fertőzött erdők nagy területein. Az erdészetben azonban az 1980-as évek közepére a Bt-törzsek Ontarioban, Québecben és az atlanti tartományokban gyakorlatilag felváltották a lucfenyő rügyféreg és a cigánymoly elleni védekezésben használt főbb kémiai növényvédő szereket. Azóta különböző módosításokat végeztek bizonyos rovarok, főként a pusztító hernyók ellen. Az élelmiszer- és takarmánynövények esetében azonban a használata korlátozottabb volt, főként a káposztalepkeféreg, a paradicsomszarvféreg, az európai kukoricabogár, a lucerna hernyója és a lucerna pókhálós hernyója ellen irányult. A Bt-t fej feletti öntözőrendszereken keresztül vagy granulátum formájában lehet kijuttatni. A rendelkezésre álló adatok arra utalnak, hogy a spórák szabadföldi körülmények között hónapoktól akár évekig is megmaradhatnak a talajban, de a toxin talajban vagy vízben való hosszú élettartamáról keveset tudunk.

A nemzetség két izolátuma rendkívül aktív a nagy gazdasági jelentőségű rovarok ellen; a Bt subsp. kurstaki a Lepidoptera rovarokat, a Bt subsp. israelensis pedig a szúnyogokat és a fekete legyeket pusztítja. A Bt kurstaki törzset használják leggyakrabban permetszerként a zöldségfélék hernyói ellen. A Bt rovarölő szerek az egyetlen széles körben használt bakteriális rovarölő szerek, és egyik előnyük, hogy nem a beporzókat, például a méheket, sem pedig az érintett kártevők ragadozóit vagy parazitáit célozzák. 2012-ben az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság kockázatértékelést végzett a Bt kurstaki törzsről, és arra a következtetésre jutott, hogy az emlősökre, hüllőkre, kétéltűekre, madarakra, algákra és nemlepidoptera szárazföldi ízeltlábúakra, valamint valószínűleg a talajban élő mikroorganizmusokra gyakorolt egészségügyi kockázat alacsony. GMO-szempontból a Bt-kukorica a kukorica egy olyan változata, amelyet genetikailag úgy módosítottak, hogy a Bt-toxin génjét beillesztették a kukorica genomjába az európai kukoricabogár és újabban a kukorica fül- és gyökérféreg elpusztítása érdekében. A Bt-vel ellentétben az olyan transzgenikus növények, mint a kukorica, nem bocsátják ki a Bt-toxint. Ehelyett a sejtet a rovarnak kell megemésztenie ahhoz, hogy a bélben felszabaduljon a hatóanyag. Ez azért jelent előrelépést a permetezett Bt-hez képest, mert nem bomlik le a napfény hatására, illetve nem mossa el az eső. A legtöbb permetezett készítmény idővel, talán néhány nappal vagy héttel a kijuttatás után már kevésbé hatékony, ellentétben a génmódosított változattal, amely a növény egész életében hatékony. Az egyik kockázat azonban az, hogy a rovarok folyamatos expozíciója a GM-ből származó Bt-vel szemben rezisztenciát adhat a rovarragadozóknak.

Bár a rovarok laboratóriumi kísérletek során képesek nagyfokú rezisztenciát kifejleszteni, ezt nem figyelték meg nagymértékben ott, ahol a növényeket permetezték. Ma már általánosan elfogadott, hogy a “nagy dózisú/menekülési stratégia” a legígéretesebb és legpraktikusabb megközelítés a Bt-toxinok hatékonyságának meghosszabbítására. Ehhez toxinmentes gazdanövényekre van szükség, amelyek a rovarölő növények közelében menedékként szolgálnak, és a toxin dózisának kellően nagynak kell lennie ahhoz, hogy elpusztítsa a rovarokat. Több mint egy évtized elteltével a Bt-növények kezdeti kereskedelmi forgalomba hozatala miatt a legtöbb célzott kártevő-populáció továbbra is fogékony, de Puerto Ricóban és Dél-Afrikában a Bt-kukoricával táplálkozó három noktid molyfaj egyes populációiban, valamint az USA délkeleti részén a Bt-gyapotban már dokumentálták a terepen kialakult rezisztenciát. A terepi eredmények összhangban vannak az elméleti előrejelzésekkel, amelyek arra utalnak, hogy a rezisztenciát késleltető tényezők közé tartozik a rezisztencia recesszív öröklődése, a nem Bt gazdanövények nagyszámú menedéke, valamint az egytoxinos Bt-növényektől külön telepített kéttoxinos Bt-növények. A Bt-növények használata világszerte népszerű, több mint 32 millió hektáron termesztik őket, beleértve a Bt-pamutot és a Btburgonyát is. Még néhány, a géntechnológiával módosított élelmiszerekkel szemben általában aggályoskodó országban, például az EU-ban is engedélyezik a Bt transzgenikus növények használatát, és valószínű, hogy használatuk a jövőben bővülni fog. Az USA-ban és néhány más országban engedélyezett egyéb GMO-k közé tartozik a bromoxinil gyomirtó szerrel szemben ellenálló gyapot, a késleltetett érésű paradicsom, a vírusokkal szemben ellenállóvá tett tök, cukkini és papaya (a hawaii papaya 80%-a géntechnológiával előállított, mivel még mindig nincs hagyományos vagy bio módszer a gyűrűsfoltosság vírus elleni védekezésre). A glifozátnak ellenálló cukorrépát Ausztráliában, Kanadában, Kolumbiában, az EU-ban, Japánban, Koreában, Mexikóban, Új-Zélandon, a Fülöp-szigeteken, az Orosz Föderációban, Szingapúrban, és az USA-ban engedélyezték.

A technológia lehetőségeit a táplálkozás, például a vitamintermelés fokozására is fel lehet használni; jó példa erre a 2000-ben előállított “arany rizs”, az Oryza sativa rizs génmódosított fajtája, amely a rizs ehető részeiben béta-karotint, az A-vitamin előanyagát termeli. Az arany rizst úgy hozták létre, hogy a rizst két béta-karotin bioszintézis génnel transzformálták: A nárciszból származó fitoén-szintázzal és egy Erwinia fajból származó crtI-vel, és valóban aranyszínű, ami teljesen különbözik a nem géntechnológiával módosított rizstől. A kutatás oka az volt, hogy ezt a fajtát olyan régiókban ültessék, például Afrikában és Indiában, ahol évente több ezer gyermek hal meg A-vitamin hiánya miatt. 2005-ben kifejlesztettek egy újabb, sokkal több béta-karotint termelő fajtát, de sajnos sem az eredeti, sem az újabb változatot nem termesztik még emberi fogyasztásra. Az A-vitamin dúsításának GM-növényekkel történő megközelítését sokan olcsóbb és praktikusabb alternatívának tekintik a vitaminpótlással vagy a nagyobb zöldség- és állati termékfogyasztást célzó étrendváltással szemben.

A GM-növényekkel szemben megfogalmazott szokásos aggályok az aranyrizzsel kapcsolatban is felmerültek: a GM-gének terjedése a környezetbe; a helyi fajták és a biológiai sokféleség elvesztése; az ajtó megnyitása a még ellentmondásosabb GMO-k előtt; a multinacionális cégek obszcén profitja azokon, akik a legkevésbé tudják megfizetni a vetőmag költségeit; és az A-vitamin más élelmiszerforrásokból is nyerhető lenne. Más ellenzők azzal érveltek, hogy a felnőtteknek és a gyerekeknek túlságosan nagy mennyiségű arany rizst kellene fogyasztaniuk ahhoz, hogy bármilyen hasznot láthassanak belőle. A közelmúltban végzett kísérletek azonban kimutatták, hogy az aranyrizstől a táplálékkal bevitt A-vitamin ugyanolyan jól hasznosul, mint a táplálékkiegészítőkből, és jobban, mint a spenótban lévő természetes béta-karotin. A széles körű felhasználás lehetővé tétele érdekében a géntechnológiával foglalkozó vállalatok most beleegyeztek abba, hogy a gazdák ingyenesen hozzájuthatnak a vetőmaghoz és újraültethetik azt, hacsak nem keresnek évente több mint 10 000 USD-t a termésből. A szántóföldi kísérleteket már elvégezték, és remélik, hogy az arany rizs megfelel a termesztéshez szükséges szabályozási feltételeknek, és 2015-ben piacra kerülhet.

A GM-technológia másik hasznos alkalmazása a vakcinák előállítása és beadása GM-növényeken keresztül. A hepatitis B és koleravírusok kiválasztott DNS-ét banáncsemetékbe fecskendezve lehetővé tehetik, hogy a növény fertőző komponens nélküli antigén fehérjéket termeljen. E banánok (és néhány más módosított zöldségféle, például burgonya és sárgarépa) fogyasztása a hagyományos vakcinák beadásához vagy lenyeléséhez hasonlóan antitesteket képezne a fogyasztóban, amelyekkel leküzdhetné ezeket a betegségeket. Ez hatékonyabb és kevésbé költséges módja lehet a nagy populációk bizonyos betegségek elleni oltásának.

A növényekkel kapcsolatos génmódosított kutatások a jövőben fel fognak gyorsulni, és az eredmények némelyike gazdaságilag és környezetvédelmi szempontból egyaránt elfogadhatónak bizonyulhat a kormányok és a lakosság számára. Egyes növényeket és fákat úgy lehetne megtervezni, hogy nagy mennyiségű szenet tudjanak megkötni, amelyet a gyökerekben és a szárakban kötnének meg. Az olyan évelő fűfélék, mint a kapcsolófű és a miscanthus, kiterjedt gyökérrendszerük miatt a legjobb azonnali potenciállal rendelkezhetnek. További példák a géntechnológiával módosított fák gyorsabb növekedésére, jobb faanyagtermelésre, például az építőiparban és a bioüzemanyag előállítására, a kártevők inváziójának és a szélsőséges éghajlati viszonyoknak való ellenállásra, sőt a biológiai támadások felismerésére olyan fák kifejlesztésével, amelyek biológiai vagy vegyi szennyeződésnek kitéve megváltoztatják a színüket. A környezetvédelmi aggályok azonban megakadályozzák ezek széles körű alkalmazását, különösen mivel a fákból kibocsátott pollenek nagy területeken ellenőrizhetetlenek.