Het gebruik van genetisch gemodificeerde technologie in landbouw en voedingsmiddelen

Canola (Canadese olie, laag zuurgehalte) voor menselijke consumptie werd in het begin van de jaren zeventig in Manitoba ontwikkeld via conventionele plantenveredeling uit koolzaad om het te onderscheiden van natuurlijke koolzaadolie, die een veel hoger erucazuurgehalte heeft. In 1998 werd via genetische manipulatie een variëteit ontwikkeld die beter bestand is tegen ziekten en droogte. Canola wordt tegenwoordig op grote schaal geproduceerd in Canada, de VS en andere landen, en wordt door de Amerikaanse Food and Drug Administration (USFDA) algemeen als veilig erkend, en werd in 2013 toegestaan in zuigelingenvoeding met Canola-olie tot 31% van de totale vetmix.

Andere op grote schaal geconsumeerde GM-producten zijn maïs en sojabonen van GM-gewassen. Het herbicide glyfosaat remt het enzym 5-enolpyruvylshikimaat-3-fosfaat synthase, dat aanwezig is in planten, schimmels en bacteriën, maar niet in dieren. Dit enzym is een belangrijke stap in de vorming van hormonen door de productie van aromatische aminozuren. Het gebruik van het breedspectrum-herbicide werd veel wijder verbreid met de ontwikkeling van Roundup® ready (GM) sojabonen en maïs, die het glyfosaat-N-acetyltransferase-gen bevatten. Met de toepassing van het herbicide zouden deze GM-gewassen niet worden aangetast, maar zouden bepaalde onkruiden worden gedood. Vandaag de dag kunnen verschillende commerciële glyfosaatproducten meer dan 100 breedbladige en grasachtige onkruidsoorten bestrijden. Toxicologische studies hebben aangetoond dat, hoewel in de eetbare delen van de genetisch gemodificeerde gewassen nieuwe metabolieten worden gevormd die bij conventionele gewassen niet zijn waargenomen, de gezamenlijke vergadering van de FAO en de WHO over residuen van bestrijdingsmiddelen tot de conclusie is gekomen dat er geen problemen voor de menselijke gezondheid zijn bij consumptie van deze producten of hun producten op korte of lange termijn. Verwacht wordt dat het aantal goedgekeurde genetisch gemodificeerde gewassen wereldwijd zal stijgen van 30 in 2009 tot 110 in 2015. Zelfs in Europa, waar de bezorgdheid van de bevolking over genetisch gemodificeerde levensmiddelen het grootst is, wordt jaarlijks ongeveer 30 miljoen ton genetisch gemodificeerde gewassen ingevoerd en mogen in de Europese Unie (EU) nu veel variëteiten van maïs worden geteeld die resistent zijn tegen herbiciden. Glyfosaat wordt echter slechts langzaam afgebroken door micro-organismen in de bodem en kan een risico van waterverontreiniging inhouden. Bovendien is resistentie van sommige onkruidsoorten tegen het herbicide een groeiend probleem.

Een andere succesvolle toepassing van GM-technologie is de insertie van een gen voor het biologische bestrijdingsmiddel dat wordt geproduceerd door Bacillus thuringiensis (Bt), een nauwe verwant van de zeer algemeen voorkomende bodem- en stofbacterie Bacillus cereus. In 1901 werd Bt voor het eerst waargenomen in een kolonie zieke of stervende zijderupsen in Japan. Het belangrijkste verschil tussen Bt en B. cereus is dat Bt een endotoxine produceert dat lepidoptera doodt. Dit wordt bereikt door het eiwit toxine, dat als een parasporaal lichaam (‘kristal’) in de bacterie voorkomt tijdens de sporulatie. De proteasen in de darmen van de insecten activeren de toxine-eiwitten, waardoor ze zich kunnen binden aan receptoren, en de cellen in de middendarm aantasten door poriën te vormen in het spijsverteringskanaal (hemocoel) van de larve. Het Bt-toxine in de vorm van gesproeidroogd bevochtigbaar poeder van de Bt-kweek werd in de jaren vijftig commercieel beschikbaar en werd in Canada op grote schaal gebruikt in een verstuiving over grote gebieden van bossen die werden geteisterd door de sparrenknoppenworm en de zigeunermot. In de bosbouw echter hadden de Bt-stammen tegen het midden van de jaren tachtig de belangrijkste chemische bestrijdingsmiddelen voor de bestrijding van de sparrenknopworm en de zigeunermot in Ontario, Quebec en de Atlantische provincies zo goed als vervangen. Sindsdien zijn verschillende modificaties aangebracht om bepaalde insecten, vooral destructieve rupsen, te bestrijden. Voor voedings- en voedergewassen is het gebruik echter beperkter geweest, hoofdzakelijk gericht tegen koolwormen, tomatenhoornworm, Europese maïsboorder, luzerne rups en luzerne webworm. Bt kan worden toegepast via bovengrondse irrigatiesystemen of in de vorm van korrels. De beschikbare gegevens suggereren dat sporen onder veldomstandigheden maanden tot jaren in de bodem kunnen achterblijven, maar er is weinig bekend over de levensduur van het toxine in bodem of water.

Twee isolaten van dit genus zijn zeer actief tegen insecten van groot economisch belang; Bt subsp. kurstaki valt lepidoptera aan en Bt subsp. israelensis doodt muggen en zwarte vliegen. De Bt kurstaki-stam wordt het meest gebruikt als spray om rupsen op groenten te bestrijden. Bt-insecticiden zijn de enige bacteriële insecticiden die op grote schaal worden gebruikt, en één van de voordelen ervan is dat ze niet gericht zijn tegen bestuivers, zoals bijen, en ook niet tegen predatoren of parasieten van de schadelijke insecten waarover bezorgdheid bestaat. In 2012 heeft de Europese Autoriteit voor voedselveiligheid een risicobeoordeling van de Bt kurstaki-stam uitgevoerd en geconcludeerd dat het gezondheidsrisico voor zoogdieren, reptielen, amfibieën, vogels, algen en terrestrische geleedpotigen die niet tot delepidoptera behoren, en waarschijnlijk ook voor bodemmicro-organismen, laag is. Vanuit GGO-perspectief is Bt-maïs een maïsvariant die genetisch is gewijzigd door het gen voor Bt-toxine in het maïsgenoom in te bouwen om de Europese maïsboorder en meer recent de maïshoornworm en -wortelworm te doden. In tegenstelling tot Bt geven transgene planten zoals maïs het Bt-toxine niet af. In plaats daarvan moet de cel door het insect worden verteerd om het actieve bestanddeel in de darm vrij te geven. Dit is een verbetering ten opzichte van gespoten Bt, omdat het niet gevoelig is voor afbraak door zonlicht of door regen wordt weggespoeld. De meeste bespoten formuleringen zijn na verloop van tijd minder effectief, misschien een paar dagen of weken na toepassing, in tegenstelling tot de genetisch gemodificeerde versie, die levenslang werkzaam is. Een risico is echter dat de voortdurende blootstelling van insecten aan het van GM afgeleide Bt resistentie kan verlenen tegen predatie door insecten.

Hoewel insecten bij laboratoriumproeven in staat zijn een hoge mate van resistentie te ontwikkelen, is dit bij bespoten gewassen nog niet in grote mate waargenomen. Thans is men het er algemeen over eens dat een “hoge-dosis-vluchtstrategie” de meest veelbelovende en praktische benadering is om de doeltreffendheid van Bt-toxinen te verlengen. Dit vereist toxinevrije waardplanten als toevluchtsoord in de buurt van insectendodende gewassen, en toxinedoses die voldoende hoog moeten zijn om insecten te doden. Na meer dan een decennium na de eerste commercialisering van Bt-gewassen blijven de meeste doelpopulaties vatbaar, maar in sommige populaties van drie soorten nachtvlinders die zich voeden met Bt-maïs in Puerto Rico en Zuid-Afrika en in Bt-katoen in het zuidoosten van de VS is een in het veld geëvolueerde resistentie gedocumenteerd. De resultaten in het veld komen overeen met voorspellingen uit de theorie, die suggereren dat factoren die resistentie vertragen onder meer recessieve overerving van resistentie, overvloedige toevluchtsoorden van niet Bt waardplanten, en twee-toxine Bt gewassen die apart van één-toxine Bt gewassen worden verbouwd, omvatten. Het gebruik van Bt-gewassen is wereldwijd populair met meer dan 32 miljoen hectare in cultuur, inclusief Bt-katoen en Bt-aardappelen. Zelfs sommige landen die zich zorgen maken over genetisch gemodificeerde levensmiddelen in het algemeen, zoals de EU, staan het gebruik van transgene Bt-gewassen toe, en het is waarschijnlijk dat het gebruik daarvan in de toekomst zal toenemen. Andere GGO’s die in de VS en in sommige andere landen zijn toegestaan zijn katoen dat resistent is tegen het herbicide bromoxynil; tomaten die later rijpen; pompoenen, courgettes en papaja’s die zijn gemodificeerd om bestand te zijn tegen virussen (80% van de Hawaiiaanse papaja’s is genetisch gemodificeerd omdat er nog steeds geen conventionele of biologische methode bestaat om het ringspotvirus te bestrijden). Suikerbieten die resistent zijn tegen glyfosaat zijn goedgekeurd in Australië, Canada, Colombia, de EU, Japan, Korea, Mexico, Nieuw-Zeeland, de Filippijnen, de Russische Federatie, Singapore en de VS.

Het potentieel van deze technologie kan ook worden gebruikt om de voeding te verbeteren, zoals de productie van vitamines; een goed voorbeeld hiervan is “gouden rijst”, een genetisch gemodificeerde variëteit van Oryza sativa-rijst, die bètacaroteen, een precursor van vitamine A, produceert in de eetbare delen van de rijst, geproduceerd in 2000. Gouden rijst werd gecreëerd door rijst te transformeren met twee biosynthesegenen voor bètacaroteen: Fytoene synthase van een narcis en crtI van een Erwinia-soort, en is daadwerkelijk goudkleurig, heel anders dan niet-genetisch gemodificeerde rijst. De reden voor het onderzoek was deze variëteit te planten in gebieden, zoals Afrika en India, waar jaarlijks duizenden kinderen sterven aan een gebrek aan vitamine A. In 2005 werd een nieuwere variëteit ontwikkeld die veel meer bètacaroteen produceert, maar helaas worden noch de oorspronkelijke noch de nieuwere versie nog geteeld voor menselijke consumptie. De aanpak van genetisch gemodificeerde gewassen voor de verrijking met vitamine A wordt door velen gezien als een goedkoper en praktischer alternatief voor vitaminesupplementen of een verandering van dieet in de richting van een grotere consumptie van groenten en dierlijke producten.

De gebruikelijke bezwaren tegen genetisch gemodificeerde gewassen zijn ook geuit met betrekking tot gouden rijst: verspreiding van genetisch gemodificeerde genen in het milieu; verlies van lokale variëteiten en biodiversiteit; de deur openzetten voor meer controversiële GGO’s; obscene winsten die multinationale bedrijven maken op diegenen die zich de kosten van het zaad het minst kunnen veroorloven; en vitamine A zou uit andere voedselbronnen kunnen worden gehaald. Andere tegenstanders hebben aangevoerd dat volwassenen en kinderen buitensporige hoeveelheden gouden rijst zouden moeten eten om enig voordeel te zien. Uit recente proeven is echter gebleken dat gouden rijst even goed vitamine A via de voeding levert als supplementen en beter dan het natuurlijke bèta-caroteen in spinazie. Om een wijdverbreid gebruik mogelijk te maken, hebben de GM-bedrijven er nu mee ingestemd dat de boeren het zaad gratis kunnen krijgen en herplanten, tenzij zij meer dan 10.000 USD per jaar met het gewas verdienen. Er zijn veldproeven uitgevoerd en gehoopt wordt dat gouden rijst aan de wettelijke voorwaarden voor de productie ervan zal voldoen en in 2015 op de markt zal zijn.

Een andere nuttige toepassing van GM-technologie is de productie en toediening van vaccins via GM-planten. Geselecteerd DNA van hepatitis B- en choleravirussen, geïnjecteerd in bananenplanten, zou de plant in staat kunnen stellen antigene eiwitten te produceren zonder enige infectiviteitscomponent. Door de consumptie van deze bananen (en sommige andere gemodificeerde groenten zoals aardappelen en wortelen) zouden bij de consument antilichamen worden gevormd om deze ziekten te bestrijden op een soortgelijke wijze als bij het injecteren of innemen van een traditioneel vaccin. Dit zou een efficiëntere en goedkopere manier kunnen zijn om grote bevolkingsgroepen tegen specifieke ziekten te vaccineren.

GM-onderzoek met planten zal in de toekomst in een stroomversnelling komen, en sommige van de resultaten zouden zowel economisch als ecologisch aanvaardbaar kunnen blijken te zijn voor regeringen en het publiek. Sommige planten en bomen zouden kunnen worden gemanipuleerd om grote hoeveelheden koolstof op te nemen, die in wortels en stammen zouden worden vastgelegd. Overblijvende grassen zoals switchgrass en Miscanthus hebben wellicht het beste onmiddellijke potentieel vanwege hun uitgebreide wortelsystemen. Andere voorbeelden zijn genetisch gemanipuleerde bomen die sneller groeien, beter hout opleveren, bijvoorbeeld voor de bouw en voor biobrandstof, bestand zijn tegen invasies van plagen en extreme klimaatomstandigheden, en zelfs biologische aanvallen detecteren door bomen te ontwikkelen die van kleur veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan biologische of chemische besmetting. Milieuoverwegingen zullen echter een grootschalige toepassing van deze technieken in de weg staan, met name omdat het stuifmeel dat uit bomen vrijkomt, niet over grote gebieden kan worden gecontroleerd.