The Use of GM Technology in Agriculture and Foods

Canola (olej kanadyjski, niskokwasowy) przeznaczony do spożycia przez ludzi został opracowany na początku lat 70. w Manitobie poprzez konwencjonalną hodowlę roślin z rzepaku w celu odróżnienia go od naturalnego oleju rzepakowego, który ma znacznie wyższą zawartość kwasu erukowego. Do roku 1998, dzięki inżynierii genetycznej, opracowano odmianę bardziej odporną na choroby i suszę. W obecnych czasach Canola jest szeroko produkowany w Kanadzie, USA i innych krajach, i jest ogólnie uznany za bezpieczny przez United States Food and Drug Administration (USFDA), a w 2013 roku został dopuszczony w preparatach dla niemowląt z olejem Canola na poziomie do 31% całkowitej mieszanki tłuszczowej.

Innymi szeroko spożywanymi produktami GM są kukurydza i soja z upraw GM. Herbicyd glifosat hamuje enzym syntazy 5-enolpyruvylshikimate-3-fosforanu, który jest obecny w roślinach, grzybów i bakterii, ale nie w zwierzętach. Enzym ten jest kluczowym etapem w powstawaniu hormonów poprzez produkcję aminokwasów aromatycznych. Stosowanie herbicydu o szerokim spektrum działania stało się znacznie bardziej powszechne wraz z rozwojem soi i kukurydzy Roundup® ready (GM), które zawierały gen glifosatu-N-acetylotransferazy. Zastosowanie tego herbicydu nie miało wpływu na te zmodyfikowane genetycznie uprawy, ale zabijało niektóre chwasty. Obecnie różne komercyjne produkty zawierające glifosat są w stanie zwalczać ponad 100 odmian chwastów liściastych i traw. Badania toksykologiczne wykazały, że chociaż w jadalnych częściach upraw GM powstają nowe metabolity, których nie zaobserwowano w uprawach konwencjonalnych, Wspólne Spotkanie FAO/WHO w sprawie Pozostałości Pestycydów stwierdziło, że nie ma obaw o zdrowie ludzkie w przypadku krótko- lub długoterminowej konsumpcji tych towarów lub ich produktów. Oczekuje się, że liczba zatwierdzonych upraw GMO na świecie wzrośnie z 30 w 2009 r. do 110 do 2015 r. Nawet w Europie, gdzie obawy ludności przed żywnością zmodyfikowaną genetycznie są największe, każdego roku importuje się około 30 milionów ton upraw zmodyfikowanych genetycznie, a wiele odmian kukurydzy odpornej na herbicydy jest obecnie dopuszczonych do uprawy w Unii Europejskiej (UE). Jednakże glifosat jest tylko powoli rozkładany przez mikroorganizmy glebowe i może stanowić ryzyko skażenia wody. Ponadto, odporność niektórych gatunków chwastów na herbicyd jest coraz większym problemem.

Innym udanym zastosowaniem technologii GM jest wprowadzenie genu dla biologicznego pestycydu produkowanego przez Bacillus thuringiensis (Bt), bliskiego krewnego bardzo powszechnej gleby i bakterii kurzu Bacillus cereus. W 1901 roku po raz pierwszy zaobserwowano Bt w kolonii chorych lub umierających jedwabników w Japonii. Główna różnica między Bt a B. cereus polega na tym, że Bt wytwarza endotoksynę, która zabija lepidoptera. Jest to możliwe dzięki toksynie białkowej, która występuje w postaci ciała pasożytniczego („kryształu”) w bakterii podczas sporulacji. Proteazy jelitowe owadów aktywują białka toksyny, pozwalając im wiązać się z receptorami i oddziaływać na komórki jelita środkowego poprzez tworzenie porów w przewodzie pokarmowym larwy (hemocoel). Pory te umożliwiają naturalnie występującym bakteriom jelitowym przedostanie się do hemocelu, gdzie namnażają się i wywołują sepsę Toksyna Bt w postaci suszonego rozpyłowo, zwilżalnego proszku z kultury Bt stała się dostępna w handlu w latach 50-tych i była szeroko stosowana w Kanadzie w formie oprysków na rozległych obszarach lasów zaatakowanych przez mączniaka świerkowego i ćmę cygańską. W leśnictwie, jednak do połowy lat 80-tych, szczepy Bt praktycznie zastąpiły główne pestycydy chemiczne do zwalczania pączków świerka i ćmy cygańskiej w Ontario, Quebecu i prowincjach atlantyckich. Od tego czasu wprowadzono różne modyfikacje w celu zwalczania niektórych owadów, głównie niszczycielskich gąsienic. Jednak w przypadku upraw roślin spożywczych i paszowych jego zastosowanie jest bardziej ograniczone, głównie przeciwko pryszczarkom kapustnikom, omacnicy prosowiance, omacnicy prosowiance, gąsienicom lucerny i pajęczycy lucerny. Bt można stosować poprzez napowietrzne systemy nawadniania lub w formie granulatu. Dostępne dane sugerują, że zarodniki mogą pozostawać w glebie od miesięcy do lat w warunkach polowych, ale niewiele wiadomo na temat długiej żywotności toksyny w glebie lub wodzie.

Dwa izolaty tego rodzaju są bardzo aktywne wobec owadów o dużym znaczeniu gospodarczym; Bt subsp. kurstaki atakuje owady lepidoptera, a Bt subsp. israelensis zabija komary i czarne muchy. Odmiana Bt kurstaki jest najczęściej stosowana jako oprysk do zwalczania gąsienic na warzywach. Insektycydy Bt są jedynymi bakteryjnymi środkami owadobójczymi w powszechnym użyciu, a ich zaletą jest to, że nie są one skierowane przeciwko zapylaczom, takim jak pszczoły, ani drapieżnikom czy pasożytom szkodników, o których mowa. Bezpieczeństwa Żywności przeprowadził ocenę ryzyka związanego ze szczepem Bt kurstaki i stwierdził, że zagrożenie dla zdrowia ssaków, gadów, płazów, ptaków, glonów i stawonogów lądowych innych niż motyle oraz prawdopodobnie mikroorganizmów glebowych jest niskie. Z punktu widzenia GMO, kukurydza Bt jest odmianą kukurydzy, genetycznie zmienioną poprzez wprowadzenie genu toksyny Bt do genomu kukurydzy w celu zabicia omacnicy prosowianki, a ostatnio także omacnicy prosowianki i robaka korzeniowego. W przeciwieństwie do Bt, rośliny transgeniczne, takie jak kukurydza, nie uwalniają toksyny Bt. Zamiast tego, komórka musi zostać strawiona przez owada, aby uwolnić aktywny składnik w jelicie. Jest to udoskonalenie w stosunku do opryskiwanego Bt, ponieważ nie jest on podatny na degradację przez światło słoneczne lub zmycie przez deszcz. Większość opryskiwanych preparatów jest mniej skuteczna w czasie, być może kilka dni lub tygodni po zastosowaniu, w przeciwieństwie do wersji GM, która jest skuteczna przez całe życie rośliny. Jednym z zagrożeń jest jednak to, że ciągłe narażenie owadów na Bt pochodzące z GMO może nadać odporność na drapieżnictwo owadów.

Ale owady są zdolne do rozwijania wysokich poziomów odporności w eksperymentach laboratoryjnych, nie zaobserwowano tego w dużym stopniu, gdzie uprawy zostały opryskane. Obecnie panuje powszechna zgoda co do tego, że „strategia wysokiej dawki / strategia schronienia” jest najbardziej obiecującym i praktycznym podejściem do przedłużenia skuteczności toksyn Bt. Wymaga to roślin żywicielskich wolnych od toksyn jako schronienia w pobliżu upraw owadobójczych oraz dawek toksyn, które mają być wystarczająco wysokie, aby zabić owady. Po ponad dekadzie od rozpoczęcia komercjalizacji upraw Bt, większość populacji szkodników pozostaje podatna, ale w niektórych populacjach trzech gatunków ćm noktoidalnych żerujących na kukurydzy Bt w Puerto Rico i Południowej Afryce oraz na bawełnie Bt w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych udokumentowano odporność. Wyniki badań terenowych są zgodne z przewidywaniami teoretycznymi, które sugerują, że czynniki opóźniające odporność obejmują recesywne dziedziczenie odporności, obfite schronienia w postaci roślin żywicielskich innych niż Bt oraz uprawy Bt z dwoma toksynami stosowane oddzielnie od upraw Bt z jedną toksyną. Stosowanie upraw Bt jest popularne na całym świecie – ponad 32 miliony hektarów upraw, w tym bawełny Bt i ziemniaków Bt. Nawet niektóre kraje mające zastrzeżenia do żywności genetycznie zmodyfikowanej, takie jak UE, zezwalają na stosowanie upraw transgenicznych Bt i jest prawdopodobne, że ich stosowanie będzie się rozszerzać w przyszłości. Inne GMO dozwolone w USA i niektórych innych krajach to bawełna odporna na herbicyd bromoksynil; pomidory o opóźnionym dojrzewaniu; kabaczki, cukinia i papaja zmodyfikowane tak, aby były odporne na wirusy (80% hawajskiej papai jest genetycznie modyfikowane, ponieważ nadal nie ma konwencjonalnej ani ekologicznej metody kontroli wirusa plamistości pierścieniowej). Buraki cukrowe, które są odporne na glifosat zostały zatwierdzone w Australii, Kanadzie, Kolumbii, UE, Japonii, Korei, Meksyku, Nowej Zelandii, Filipinach, Federacji Rosyjskiej, Singapurze i USA.

Potencjał tej technologii może być również wykorzystany do zwiększenia żywienia, takich jak produkcja witamin; dobrym przykładem tego jest „złoty ryż”, GM odmiana ryżu Oryza sativa, który produkuje beta-karoten, prekursor witaminy A, w jadalnych częściach ryżu, wyprodukowany w 2000 roku. Złoty ryż powstał w wyniku transformacji ryżu z dwoma genami biosyntezy beta-karotenu: Phytoene synthase z żonkila i crtI z gatunku Erwinia, i rzeczywiście ma złoty kolor, zupełnie odmienny od ryżu nonGM. Powodem badań było zasadzenie tej odmiany w regionach, takich jak Afryka i Indie, gdzie tysiące dzieci umiera co roku z powodu braku witaminy A. W 2005 r. opracowano nowszą odmianę produkującą znacznie więcej beta-karotenu, ale niestety ani oryginalna, ani nowsza wersja nie jest jeszcze uprawiana do spożycia przez ludzi. Podejście upraw GMO do fortyfikacji witaminy A jest postrzegane przez wielu jako mniej kosztowna i bardziej praktyczna alternatywa dla suplementów witaminowych lub zmiany diety na większe spożycie warzyw i produktów zwierzęcych.

Zwykłe obawy wyrażane na temat upraw GM zostały również podniesione w odniesieniu do złotego ryżu: rozprzestrzenianie się genów GM do środowiska; utrata lokalnych odmian i bioróżnorodności; otwarcie drzwi dla bardziej kontrowersyjnych GMO; nieprzyzwoite zyski osiągane przez międzynarodowe koncerny z tych, którzy najmniej mogą sobie pozwolić na koszt nasion; a witamina A może pochodzić z innych źródeł żywności. Inni przeciwnicy argumentowali, że dorośli i dzieci musieliby spożywać nadmierne ilości złotego ryżu, aby dostrzec jakiekolwiek korzyści. Jednak ostatnie próby wykazały, że złoty ryż dostarczył dietetyczną witaminę A tak dobrze jak suplementy i lepiej niż naturalny beta-karoten w szpinaku. Aby umożliwić powszechne stosowanie, firmy produkujące GMO zgodziły się, by rolnicy mogli otrzymywać nasiona i bezpłatnie je przesadzać, o ile nie zarabiają na tej uprawie więcej niż 10 000 USD rocznie. Próby polowe zostały przeprowadzone i jest nadzieja, że złoty ryż spełni warunki regulacyjne dla jego produkcji i będzie na rynku w 2015.

Innym korzystnym zastosowaniem technologii GM jest produkcja i dostarczanie szczepionek przez rośliny GM. Wybrane DNA z wirusów zapalenia wątroby typu B i cholery wstrzyknięte do sadzonek bananów może pozwolić roślinie na produkcję białek antygenowych bez żadnego składnika infekcyjności. Konsumpcja tych bananów (i innych zmodyfikowanych warzyw, takich jak ziemniaki i marchew) spowodowałaby wytworzenie u konsumenta przeciwciał zwalczających te choroby w sposób podobny do wstrzyknięcia lub połknięcia tradycyjnej szczepionki. Może to być bardziej skuteczny i mniej kosztowny sposób szczepienia dużych populacji przeciwko określonym chorobom.

Badania GM z roślinami przyspieszą w przyszłości, a niektóre z wyników mogą okazać się zarówno ekonomicznie, jak i środowiskowo akceptowalne dla rządów i społeczeństwa. Niektóre rośliny i drzewa mogą być zaprojektowane do przechwytywania dużych ilości węgla, które będą sekwestrowane w korzeniach i łodygach. Trawy wieloletnie, takie jak switchgrass i Miscanthus może mieć najlepszy potencjał natychmiastowy ze względu na ich rozległe systemy korzeniowe. Inne przykłady to zmodyfikowane genetycznie drzewa, które rosną szybciej, dają lepsze drewno, np. do celów budowlanych i na biopaliwa, są odporne na inwazję szkodników i ekstremalne warunki klimatyczne, a nawet wykrywają ataki biologiczne, opracowując drzewa, które zmieniają kolor pod wpływem skażenia biologicznego lub chemicznego. Jednak obawy związane z ochroną środowiska uniemożliwią ich przyjęcie na dużą skalę, zwłaszcza że pyłki uwalniane z drzew są niekontrolowane na dużych obszarach.

.