農業・食品における遺伝子組み換え技術の利用

食用のキャノーラ（カナダ油、低酸）は、エルカ酸含有量がはるかに高い天然菜種油と区別するために、1970年代初めにマニトバ州で菜種から通常の植物育種によって開発されました。 1998年には、遺伝子組み換えにより、より病気や干ばつに強い品種が開発されました。 現在、カノーラはカナダやアメリカなどで広く生産されており、アメリカ食品医薬品局（USFDA）からも一般的に安全と認められており、2013年にはカノーラ油を配合した乳児用ミルクが全脂肪配合量の31％まで許可されました

その他、広く消費されている遺伝子組み換え製品には、遺伝子組み換え作物のトウモロコシと大豆があります。 除草剤グリホサートは、植物、菌類、細菌には存在するが動物には存在しない5-エノールピルビシキメート-3-リン酸合成酵素を阻害する。 この酵素は、芳香族アミノ酸の生成を通じて、ホルモンの生成に重要な役割を果たす。 グリホサート-N-アセチルトランスフェラーゼ遺伝子を組み込んだラウンドアップ®レディ（GM）大豆やトウモロコシの開発により、広域除草剤の使用はより広範になった。 グリホサート-N-アセチルトランスフェラーゼ遺伝子を組み込んだラウンドアップ®レディ（GM）大豆やトウモロコシが開発され、除草剤の散布により、これらのGM作物は影響を受けないが、特定の雑草は枯死するようになった。 現在、市販のグリホサートは100種類以上の雑草を防除することができる。 毒性学的研究によると、遺伝子組み換え作物の可食部には、従来の作物では見られなかった新しい代謝物が形成されるにもかかわらず、FAO/WHOの残留農薬に関する合同会議は、これらの商品またはその製品の短期または長期の消費に対する人間の健康への懸念はないと結論づけている。 世界で承認された遺伝子組み換え作物の数は、2009年の30種類から2015年には110種類に増えると予想されています。 GM食品に対する国民の関心が最も高い欧州でも、毎年約3000万トンのGM作物が輸入され、欧州連合（EU）では除草剤耐性トウモロコシの多くの品種の栽培が認められています。 しかし、グリホサートは土壌微生物によってゆっくりとしか分解されないため、水質汚染のリスクがある。 さらに、除草剤に対する雑草の一部の種の耐性が懸念されています。

遺伝子組み換え技術のもうひとつの成功例は、バチルス・スリンジェンシス (Bt) が生産する生物農薬の遺伝子を挿入したもので、非常によく見られる土壌やほこりの細菌であるセレウス菌の近縁種とされています。 1901年、Btは日本で初めて、病気や死にかけの蚕のコロニーで観察された。 Btとセレウス菌の主な違いは、Btが鱗翅目（りんしもく）を殺す内毒素を産生することである。 これは、胞子形成の際に細菌内に寄生体（「結晶」）として発生するタンパク質毒素によって達成される。 昆虫の腸内プロテアーゼは、毒素タンパク質を活性化し、受容体に結合させ、幼虫の消化管（血球）に孔を形成して中腸細胞に影響を与えることができるようにする。 この孔から自然界に存在する腸内細菌が血球内に侵入し、増殖して敗血症を引き起こす。Bt毒素は、Bt培養物を湿式乾燥した粉末として1950年代に市販され、カナダではトウヒ芽虫やマイマイガが侵入した森林に広範囲に散布されて広く利用された。 しかし、林業においては、1980年代半ばまでに、オンタリオ州、ケベック州、大西洋岸諸州のトウゴクミミズとマイマイガ防除のための主要な化学農薬がBt株にほぼ取って代わられた。 それ以来、特定の昆虫、主に破壊的なイモムシをターゲットにさまざまな改良が加えられてきた。 しかし、食用および飼料用作物への使用はより限定的で、主にキャベツワーム、トマト角斑病、ヨーロッパトウモロコシボーラー、アルファルファキャタピラー、アルファルファウェブワームを対象としている。 Bt は頭上灌漑システムまたは顆粒剤として散布することができます。 8294>

この属の2つの分離株は、経済的に重要な昆虫に対して高い活性を持っている。Bt subsp. Bt kurstaki株は、野菜の青虫を駆除するスプレーとして最も頻繁に使用されているものである。 Bt殺虫剤は、広く使われている唯一の細菌性殺虫剤であり、ハチなどの受粉媒介者や害虫の捕食者・寄生者を標的にしないことが利点の一つである。 2012年、欧州食品安全機関はBt kurstaki株のリスク評価を行い、哺乳類、爬虫類、両生類、鳥類、藻類、非鱗翅目陸生節足動物、およびおそらく土壌微生物への健康リスクは低いと結論づけた。 遺伝子組み換えの観点から見ると、Btトウモロコシはトウモロコシの変種で、ヨーロッパトウヒや最近ではトウモロコシの穂虫や根粒菌を殺すために、トウモロコシのゲノムにBt毒素の遺伝子を挿入して遺伝子操作を行ったものである。 Btとは異なり、トウモロコシのような遺伝子組み換え植物は、Bt毒素を放出しない。 その代わり、腸内で有効成分を放出するためには、昆虫によって細胞が消化される必要がある。 これは、日光による分解や雨による流失の影響を受けないため、噴霧されたBtよりも改善されたものである。 ほとんどのスプレー式製剤は、散布後おそらく数日から数週間と時間が経つと効果が薄れるが、植物の寿命まで有効である遺伝子組み換え版とは異なる。 しかし、1つのリスクは、昆虫が遺伝子組み換えBtに継続的にさらされることで、捕食に対する抵抗力がつく可能性があることだ。

昆虫は実験室で高いレベルの抵抗力をつけることができるが、作物が散布された場所では、これはそれほど観察されていない。 現在では、Bt毒素の効果を長持ちさせるためには、「高用量・避難戦略」が最も有望かつ実用的なアプローチであることが一般に認められている。 そのためには、殺虫作物の近くに毒素のない宿主植物を避難させ、虫を殺すのに十分な量の毒素を投与することが必要である。 しかし、プエルトリコと南アフリカのBtトウモロコシを食害する3種の夜光虫と米国南東部のBt綿の個体群の一部で、圃場進化型の抵抗性が証明されている。 圃場での結果は理論からの予測と一致しており、抵抗性を遅らせる要因として、抵抗性の劣性遺伝、豊富な非Bt寄主植物、1毒性Bt作物とは別に展開された2毒性Bt作物などが示唆されている。 Bt作物の使用は世界的に普及しており、Bt綿やBtジャガイモなど3200万ヘクタール以上が栽培されている。 EUなど遺伝子組み換え食品全般に懸念のある国でもBt遺伝子組み換え作物の使用を認めており、今後利用が拡大する可能性がある。 米国やその他の国で許可されている遺伝子組み換え作物には、除草剤ブロモキシニルに耐性のある綿花、熟成の遅いトマト、ウイルスに耐性のあるカボチャ、ズッキーニ、パパイヤ（ハワイのパパイヤの80％は遺伝子組み換えで、リングスポットウイルスに対する通常法や有機法がまだ存在しないため）などがある。 グリホサート耐性のあるサトウキビは、オーストラリア、カナダ、コロンビア、EU、日本、韓国、メキシコ、ニュージーランド、フィリピン、ロシア連邦、シンガポール、米国で承認されています。

この技術の潜在力は、ビタミン生産などの栄養強化にも利用できます。この好例が、2000年に作られた、ビタミンAの前駆物質であるベータカロチンを米の可食部で生産するオリザ・サティバ米の遺伝子組み換え種「ゴールデンライス」です。 ゴールデンライスは、2つのβ-カロテン生合成遺伝子でイネを形質転換して作られた。 水仙由来のフィトエン合成酵素とエルビニア菌由来のcrtIという2つの遺伝子でイネを形質転換し、非GM米とは全く異なる黄金色のイネが実際に作られた。 2005年には、β-カロテンをより多く生産する新品種が開発されたが、残念ながらまだ食用には栽培されていない。 ビタミンA強化のための遺伝子組み換え作物というアプローチは、ビタミン補助食品や、野菜や動物性食品をより多く摂取する食生活への転換よりも、安価で実用的な方法であると多くの人が考えている。 また、大人も子供も大量に食べないと効果がない、という反対意見もある。 しかし、最近の試験で、ゴールデン・ライスはサプリメントと同程度のビタミンAを摂取でき、ほうれん草に含まれる天然のベータ・カロチンよりも優れていることが示された。 現在、遺伝子組み換え作物企業は、この作物を広く普及させるために、農家が年間1万ドル以上の利益を上げない限り、種子を入手し無料で植え替えることができることに合意している。 8294>

遺伝子組み換え技術のもう一つの有益な応用は、遺伝子組み換え植物によるワクチンの生産と供給である。 B型肝炎ウイルスやコレラウイルスから選択したDNAをバナナの苗木に注入すれば、感染力の要素を持たない抗原性タンパク質を植物が産生できるようになるかもしれない。 これらのバナナ（およびジャガイモやニンジンなど他の遺伝子組み換え野菜）を摂取すると、従来のワクチンを注射または摂取するのと同じように、消費者の中にこれらの病気と闘う抗体が作られることになる。 これは、特定の病気に対して大規模な集団を予防接種する、より効率的で費用のかからない方法かもしれません。

植物に関する遺伝子組み換え研究は将来的に加速し、その成果の一部は、経済的にも環境的にも政府や国民に受け入れられると証明されるかもしれません。 一部の植物や樹木は、大量の炭素を捕捉し、それを根や茎に隔離するよう工学的に設計できる。 スイッチグラスやススキのような多年生草本は、その広大な根系から、最も即効性のある可能性を秘めていると思われる。 その他の例としては、より速く成長する遺伝子組み換え樹木、建築用やバイオ燃料用などより優れた木材の生産、害虫の侵入や極端な気候条件への耐性、さらには生物・化学汚染にさらされると変色する樹木を開発し生物攻撃を検出することなどがある。 しかし、特に樹木から放出される花粉は広い地域で制御できないため、環境への懸念がこれらの大規模な採用を阻むだろう

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