Användning av genetiskt modifierad teknik inom jordbruk och livsmedel
Canola (kanadensisk olja med låg syrahalt) för mänsklig konsumtion utvecklades i början av 1970-talet i Manitoba genom konventionell växtförädling från raps för att särskilja den från den naturliga rapsoljan, som har en mycket högre halt av erukasyra. År 1998 utvecklades en mer sjukdoms- och torktålig sort genom genteknik. I dag produceras raps i stor omfattning i Kanada, USA och andra länder, och den är allmänt erkänd som säker av USA:s livsmedels- och läkemedelsmyndighet (USFDA), och 2013 godkändes i modersmjölksersättning med rapsolja i halter på upp till 31 % av den totala fettblandningen.
Andra genetiskt modifierade produkter som konsumeras i stor omfattning är majs och sojabönor från genetiskt modifierade grödor. Herbiciden glyfosat hämmar enzymet 5-enolpyruvylshikimat-3-fosfat-syntas, som finns i växter, svampar och bakterier men inte i djur. Detta enzym är ett viktigt steg i bildandet av hormoner genom produktion av aromatiska aminosyror. Användningen av herbiciden med brett spektrum blev mycket mer utbredd i och med utvecklingen av Roundup® ready (GM) sojabönor och majs, som innehöll genen för glyfosat-N-acetyltransferas. Vid användning av herbiciden påverkas inte dessa genetiskt modifierade grödor, men vissa ogräs dödas. I dag kan olika kommersiella glyfosatprodukter bekämpa mer än 100 olika sorters ogräs, både bredbladigt och gräs. Toxikologiska studier visade att även om nya metaboliter bildas i de ätliga delarna av de genetiskt modifierade grödorna som inte observerats i konventionella grödor, drog FAO/WHO:s gemensamma möte om bekämpningsmedelsrester slutsatsen att det inte fanns några hälsorisker för människor vid kort- eller långsiktig konsumtion av dessa varor eller deras produkter. Antalet godkända genetiskt modifierade grödor i världen förväntas öka från 30 år 2009 till 110 år 2015. Till och med i Europa, där befolkningens oro för genetiskt modifierade livsmedel är störst, importeras cirka 30 miljoner ton genetiskt modifierade grödor varje år och många sorter av herbicidresistent majs får nu odlas i Europeiska unionen (EU). Glyfosat bryts dock endast långsamt ned av markens mikroorganismer och kan utgöra en risk för vattenförorening. Dessutom är vissa arter av ogräs som är resistenta mot herbiciden ett växande problem.
En annan framgångsrik tillämpning av GM-teknik är införandet av en gen för det biologiska bekämpningsmedel som produceras av Bacillus thuringiensis (Bt), en nära släkting till den mycket vanliga jord- och dammbakterien Bacillus cereus. År 1901 observerades Bt för första gången i en koloni av sjuka eller döende silkesmaskar i Japan. Den största skillnaden mellan Bt och B. cereus är att Bt producerar ett endotoxin som dödar fjärilar. Detta åstadkoms genom proteintoxinet, som förekommer som en parasporisk kropp (”kristall”) i bakterien under sporulering. Insekternas tarmproteaser aktiverar toxinproteinerna så att de kan binda till receptorer och påverka mellantarmcellerna genom att bilda porer i larvens matsmältningskanal (hemocoel). Bt-toxinet i form av spraytorkat vätbart pulver av Bt-kulturen blev kommersiellt tillgängligt på 1950-talet och användes flitigt i Kanada som spray över stora områden i skogar angripna av granbarkborstmaskar och zigenarmalger. I skogsbruket hade dock Bt-stammarna i mitten av 1980-talet praktiskt taget ersatt de viktigaste kemiska bekämpningsmedlen för bekämpning av granbarkborstmask och spindelmott i Ontario, Quebec och Atlantprovinserna. Sedan dess har olika modifieringar gjorts för att rikta in sig på vissa insekter, främst destruktiva larver. När det gäller livsmedels- och fodergrödor har användningen dock varit mer begränsad, främst mot kålmaskar, tomathornsorm, majsborre, alfalfa-larver och alfalfa-webbmask. Bt kan appliceras genom bevattningssystem eller som granulat. Tillgängliga uppgifter tyder på att sporer kan finnas kvar i jorden från månader till år under fältförhållanden, men lite är känt om toxinets livslängd i jord eller vatten.
Två isolat av detta släkte är mycket aktiva mot insekter av stor ekonomisk betydelse; Bt subsp. kurstaki angriper lepidoptera insekter och Bt subsp. israelensis dödar myggor och svarta flugor. Bt kurstaki-stammen är den som oftast används som spray för att bekämpa larver på grönsaker. Bt-insekticider är de enda bakteriella insekticider som används i stor utsträckning, och en fördel är att de varken riktar sig mot pollinatörer, som bin, eller mot rovdjur eller parasiter hos de skadedjur som man oroar sig för. År 2012 genomförde Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet en riskbedömning av Bt kurstaki-stammen och drog slutsatsen att hälsorisken för däggdjur, reptiler, amfibier, fåglar, alger och landlevande leddjur utan släktingar (nonlepidoptera) samt troligen markmikroorganismer är låg. Ur ett GMO-perspektiv är Bt-majs en variant av majs som har ändrats genetiskt genom att genen för Bt-toxin har förts in i majsgenomet för att döda den europeiska majsborren och, på senare tid, öron- och rotmask i majs. Till skillnad från Bt avger transgena växter som majs inte Bt-toxinet. I stället måste cellen smältas av insekten för att den aktiva beståndsdelen ska frigöras i tarmen. Detta är en förbättring jämfört med den besprutade Bt eftersom den inte är känslig för nedbrytning av solljus eller för att spolas bort av regn. De flesta sprutformuleringar är mindre effektiva med tiden, kanske några dagar eller veckor efter applicering, till skillnad från den genetiskt modifierade versionen, som är effektiv under växtens hela livstid. En risk är dock att kontinuerlig exponering av insekter för den genetiskt modifierade Bt-varianten kan ge resistens mot predation från insekter.
Och även om insekter kan utveckla höga nivåer av resistens i laboratorieförsök har detta inte observerats i någon större utsträckning där grödor har besprutats. Nu är man allmänt överens om att ”högdos-/flyktstrategi” är det mest lovande och praktiska tillvägagångssättet för att förlänga effekten av Bt-toxiner. Detta kräver toxinfria värdväxter som skydd i närheten av insektsdödande grödor och toxin-doser som är tillräckligt höga för att döda insekterna. Efter mer än ett decennium, eftersom Bt-grödor först kommersialiserades, är de flesta målpopulationer av skadedjur fortfarande mottagliga, men fältmässigt utvecklad resistens har dokumenterats i vissa populationer av tre arter av noktydmottar som livnär sig på Bt-majs i Puerto Rico och Sydafrika och i Bt-bomull i sydöstra USA. Resultaten på fältet stämmer överens med de teoretiska förutsägelserna, som tyder på att faktorer som fördröjer resistensen är recessiv nedärvning av resistens, rikliga refugier av värdväxter som inte innehåller Bt och Bt-grödor med två toxiner som används separat från Bt-grödor med en toxin. Bt-grödor är populära över hela världen med mer än 32 miljoner hektar i odling, inklusive Bt-bomull och Bt-potatis. Till och med vissa länder som är tveksamma till genetiskt modifierade livsmedel i allmänhet, t.ex. i EU, tillåter användningen av transgena Bt-grödor, och det är troligt att användningen av dem kommer att öka i framtiden. Andra genetiskt modifierade organismer som tillåts i USA och vissa andra länder är bomull som är resistent mot herbiciden bromoxynil, tomater med fördröjd mognad, squash, zucchini och papaya som modifierats för att motstå virus (80 % av Hawaiis papaya är genetiskt modifierad eftersom det fortfarande inte finns någon konventionell eller ekologisk metod för att bekämpa ringfläcksvirus). Sockerbetor som är resistenta mot glyfosat har godkänts i Australien, Kanada, Colombia, EU, Japan, Korea, Mexiko, Nya Zeeland, Filippinerna, Ryska federationen, Kanada, Filippinerna, Singapore och USA.
Potentialen i denna teknik kan också användas för att förbättra näringen, t.ex. produktion av vitaminer; ett bra exempel på detta är ”gyllene riset”, en genetiskt modifierad sort av Oryza sativa-riset, som producerar betakaroten, en föregångare till A-vitamin, i risets ätbara delar, som producerades år 2000. Det gyllene riset skapades genom att riset transformerades med två gener för biosyntes av betakaroten: Phytoene synthase från en påsklilja och crtI från en Erwinia-art, och är faktiskt gyllene i färgen, vilket skiljer det från icke genmodifierat ris. Anledningen till forskningen var att man ville plantera denna sort i regioner, t.ex. i Afrika och Indien, där tusentals barn dör varje år på grund av brist på A-vitamin. 2005 utvecklades en nyare sort som producerar mycket mer betakaroten, men tyvärr odlas varken den ursprungliga eller den nyare versionen ännu för mänsklig konsumtion. Många ser GM-grödor som ett billigare och mer praktiskt alternativ till vitamintillskott eller en kostomläggning till större konsumtion av grönsaker och animaliska produkter.
De vanliga farhågorna som uttrycks om GM-grödor har också tagits upp när det gäller gyllene ris: spridning av GM-gener i miljön, förlust av lokala sorter och biologisk mångfald, öppnande av dörren för mer kontroversiella GMO, multinationella företag gör oanständiga vinster från dem som har minst råd med utsädeskostnaden, och A-vitamin skulle kunna erhållas från andra livsmedelskällor. Andra motståndare har hävdat att vuxna och barn skulle vara tvungna att äta orimliga mängder gyllene ris för att se någon nytta. Nya försök visade dock att gyllene ris ger lika bra A-vitamin som kosttillskott och bättre än den naturliga betakaroten i spenat. För att möjliggöra en utbredd användning har de genmodifierade företagen nu gått med på att jordbrukarna kan få utsädet och plantera om det gratis, såvida de inte tjänar mer än 10 000 US-dollar per år på grödan. Fältförsök har genomförts och man hoppas att gyllene riset ska uppfylla de lagstadgade villkoren för produktion och finnas på marknaden 2015.
En annan fördelaktig tillämpning av GM-teknik är produktion och leverans av vacciner med hjälp av GM-växter. Utvalt DNA från hepatit B- och koleravirus som injiceras i bananplantor kan göra det möjligt för växten att producera antigena proteiner utan någon infektiös komponent. Konsumtion av dessa bananer (och vissa andra modifierade grönsaker som potatis och morötter) skulle bygga upp antikroppar hos konsumenten som kan bekämpa dessa sjukdomar på samma sätt som när man injicerar eller intar ett traditionellt vaccin. Detta kan vara ett effektivare och mindre kostsamt sätt att vaccinera stora befolkningar mot specifika sjukdomar.
GM-forskningen med växter kommer att accelerera i framtiden, och vissa av resultaten kan visa sig vara både ekonomiskt och miljömässigt acceptabla för regeringar och allmänheten. Vissa växter och träd skulle kunna konstrueras för att fånga upp stora mängder kol, som skulle binds i rötter och stammar. Fleråriga gräs som switchgrass och Miscanthus kan ha den bästa omedelbara potentialen på grund av deras omfattande rotsystem. Andra exempel är genetiskt modifierade träd som växer snabbare, ger bättre trä, t.ex. för konstruktion och biobränsle, står emot skadedjursangrepp och extrema klimatförhållanden och till och med upptäcker biologiska angrepp genom att utveckla träd som ändrar färg när de utsätts för biologisk eller kemisk kontaminering. Miljöhänsyn kommer dock att förhindra ett storskaligt införande av dessa, särskilt eftersom pollen som frigörs från träd är okontrollerbart över stora områden.