Dołącz do czytelników
Brak wyników

Otwarty dostęp , Naturoterapia kliniczna

24 czerwca 2020

NR 19 (Czerwiec 2020)

GMO vs. żywność konwencjonalna – cz. II

130

Ogromna większość roślin GM uprawianych na całym świecie posiada jedną z dwóch lub dwie naraz cechy, takie jak tolerancja na herbicydy (Ht) i odporność na owady (Bt). Inne cechy: na przykład odporność na wirusy i tolerancja suszy dotyczą roślin zajmujących mniej niż 1% globalnej powierzchni upraw GM.

Cechą charakteryzującą największą liczbę odmian roślin uprawnych, genetycznie modyfikowanych jest tolerancja na herbicydy. Zachwaszczenie upraw jest stałym problemem rolników. Szkodliwość chwastów wynika przede wszystkim z ich konkurencji o czynniki środowiskowe, takie jak: składniki pokarmowe, woda, światło i miejsce. Dodatkowo niektóre z nich są roślinami żywicielskimi dla grzybów chorobotwórczych oraz szkodników roślin uprawnych i wpływają na ich rozprzestrzenianie się. Poprzez ograniczanie dostępu, chwasty utrudniają również opryski upraw środkami ochrony roślin i nawozami dolistnymi4.
Glifosat został wprowadzony na rynek w 1974 roku przez firmę Monsanto jako składnik herbicydu Roundup. Związek ten, o strukturze zbliżonej do fosfoenolopirogronianu (PEP) blokuje centrum aktywne syntazy 5-enolopirogroniano-szikimowo-3-fosforanowej (EPSPS). EPSPS jest enzymem niezbędnym do syntezy kwasu szikimowego, biorącego udział w syntezie aminokwasów aromatycznych – trzech z 20 cegiełek niezbędnych do budowy białek. Zablokowanie jego działania prowadzi do zamierania większości roślin. Zwierzęta nie posiadają enzymu podobnego do EPSPS, przez co nie są podatne na szkodliwe działanie glifosatu. Po tym, jak glifosat został powszechnie przyjęty w rolnictwie, naukowcy odkryli oporne na ten herbicyd drobnoustroje posiadające zmutowane geny epsps, których produkty białkowe wykazują aktywność identyczną jak roślinny EPSPS, ale jednocześnie są niewrażliwe na glifosat. Wyizolowany ze szczepu CP4 Agrobacterium tumefaciens gen został wprowadzony m.in. do kukurydzy, soi, rzepaku, lucerny czy buraka cukrowego. Otrzymano rośliny transgeniczne, zawierające oprócz własnego genu epsp dodatkowy gen pochodzącyc od bakterii. Obecność tego drugiego genu w komórkach roślinnych poddanych działaniu glifosatu umożliwia syntezę enzymu niewrażliwego na ten związek i kontynuację procesów biochemicznych niezbędnych do życia rośliny. W okresach między opryskami aktywne są oba enzymy22, 30. Na polach uprawnych spotkać można również rośliny transgeniczne (m.in. rzepak, kukurydzę, soję i bawełnę) oporne na glufosynat amonowy – herbicyd o szerokim spektrum działania, dostępny na rynku od 1984 r. Jego mechanizm działania polega na hamowaniu aktywności syntetazy glutaminowej (GS), enzymu przekształcającego kwas glutaminowy i amoniak do glutaminy. Nieodwracalne hamowanie GS przez glufosynat amonowy powoduje szybkie gromadzenie się toksycznego amoniaku w komórkach roślinnych i zahamowanie fotosyntezy, co ostatecznie prowadzi do martwicy liści i śmierci rośliny. Rośliny niewrażliwe na glufosynat posiadają geny bar lub pat kodujące enzym acetylotransferazę fosfinotrycyny, acetylujące glufosynat amonowy do nietoksycznego związku17.

POLECAMY

Odporność na szkodniki

Na początku XX wieku odkryto bakterię glebową Bacillus thuringiensis (Bt). Zaobserwowano, że produkowane przez nią przetrwalniki zawierają białka Cry toksyczne w stosunku do określonej grupy owadów i nicieni. Przetrwalniki Bt wraz z pokarmem przedostają się do układu pokarmowego owada lub nicienia, gdzie następuje proteolityczna aktywacja protoksyn do formy czynnej. Aktywowane białka Bt wiążą się następnie ze specyficznymi dla siebie receptorami znajdującymi się w ścianie jelita gospodarza, prowadzą do perforacji organu i śmierci owada lub nicienia. W naturze zidentyfikowano wiele szczepów Bt
produkujących różne białka Cry, rozpoznawane przez receptory różnych grup owadów lub nicieni, wykazujące wysoką specyficzność w stosunku do potencjalnych szkodników upraw. Brak receptorów dla białek Bt u kręgowców sprawia, że zwierzęta te są niewrażliwe na ich toksyczną aktywność. Ponieważ preparaty zawierające przetrwalniki i kryształy białek Bt uznaje się za bezpieczne dla ludzi, zwierząt i środowiska, znalazły one szerokie zastosowanie w rolnictwie jako biopestycydy będące alternatywą dla chemicznych środków ochrony roślin*. *We Francji w 1938 r. po raz pierwszy wykorzystano przetrwalniki Bt jako insektycyd przeciwko Mklikowi mącznemu – szkodnikowi magazynów zbożowych. Wiedza na temat Bacillus thuringiensis oraz jej czynników wirulencji przyczyniła się do powstania odmian roślin uprawnych odpornych na owady. W tym celu do genomów roślinnych wprowadzono gen Bt warunkujący ekspresję krystalicznego toksycznego białka Cry. Skutkiem ubocznym takiej modyfikacji okazało się znaczne obniżenie poziomu mykotoksyn, m.in. w ziarniakach modyfikowanych zbóż. Wiąże się to ze zmniejszeniem liczby uszkodzeń tkanek roślinnych przez owady, a więc ograniczeniem potencjalnych miejsc inwazji dla grzybów pleśniowych14, 19, 22, 29. Obecnie na całym świecie uprawia się szereg zmodyfikowanych roślin produkujących różne białka Bt, wśród nich znajdują się: soja, ryż, kukurydza i bakłażan10.

Odporność na wirusy

W celu uzyskania roślin transgenicznych, a konkretnie odmian papai Sun Up i Rainbow, odpornych na wirusa pierścieniowej plamistości PRSV, wykorzystano zjawisko interferencji RNA. Metodą bolistyczną wprowadzono do komórek papai konstrukty zawierające sekwencje kodujące fragment białka płaszcza wirusa. Rośliny transgeniczne uzyskały zdolność do tak zwanego potranskrypcyjnego wyciszenia genów wirusa w wyniku interferencji RNA. Genetycznie modyfikowane papaje zostały opracowane przez dwa amerykańskie uniwersytety, bez wkładu finansowego ze strony przemysłu. Uratowały hawajskie plantacje tego owocu od całkowitej zagłady ze strony wirusa PRSV9.
Pomimo tego, że zjawisko interferencji RNA po raz pierwszy zostało opisane jako mechanizm wyciszania genów okazało się, że jest ono z powodzeniem wykorzystywane przez rośliny jako ochrona przed wirusami RNA i transpozonami. W ujęciu ogólnym mechanizm interferencji RNA (RNAi) inicjowany jest przez 21–24 nu-
kleotydowe odcinki RNA zwane małymi interferującymi RNA (siRNA od ang. short interfering RNA), które powstają w wyniku pocięcia dwuniciowej cząseczki RNA (dsRNA od ang. double strand RNA), np. pochodzenia wirusowego przez białko enzymatyczne Dicer. Krótkie interferujące RNA przemieszczają się następnie do białkowego kompleksu efektorowego, zwanego w skrócie RISC (od ang. RNA induced silencing). W obrębie kompleksu efektorowego RISC dochodzi do rozplecenia dwuniciowych siRNA. Jedna z powstałych nici, tzw. nić sensowna (o takiej samej sekwencji, jak RNA docelowe) ulega degradacji, a druga, antysensowna stanowi jednostkę naprowadzającą, umożliwiającą rozpoznanie na zasadzie komplementarności par zasad, docelowej cząsteczki wirusowego RNA i w konsekwencji jej degradację przez endonukleolityczne białka wchodzące w skład kompleksu RISC. W naturalnych warunkach, cząsteczki wirusowego dsRNA trafiające do komórki roślinnej w wyniku infekcji lub powstające wewnątrzkomórkowo na bazie materiału genetycznego wirusa są podstawą do wytworzenia siRNA, które uruchamiają maszynerię białkową odpowiedzialną za niszczenie kolejnych kopii wirusowego RNA. Obecność transgenu zawierającego fragment genu kodującego, np. białko płaszcza wirusa, daje możliwość przygotowania siRNA i maszynerii RISC jeszcze przed inwazją wirusa, nadając roślinie odporność na patogen1, 13, 16, 34.
W celu wyciszenia ekspresji genów na drodze RNAi wykorzystuje się specjalnie zaprojektowane wektory. Do wektorów wstawia się w dwóch odwróconych kopiach (będących w stosunku do siebie jak lustrzane odbicia, np.: AATTGCTTGG i GGTTCGTTAA) fragment jednego lub fragmenty kilku genów, o sekwencjach 
identycznych jak sekwencje genów, które w zamierzeniu mają ulec wyciszeniu w komórkach roślinnych. Pomiędy odwróconymi fragmentami poszczególnych genów wstawia się tzw. sekwencje rozdzielające, którymi mogą być np. introny (sekwencje niekodujące genów). W wyniku transkrypcji na bazie transgenów powstają RNA zdolne do spontanicznego przyjęcia struktury dwuniciowej, zwanej strukturą spinki do włosa (shRNA). Tak powstałe dsRNA są prekursorami siRNA – cząsteczek uruchamiających zjawisko RNAi33.

GMO II generacji

Rośliny zmodyfikowane w sposób przedstawiony powyżej należą do tzw. GMO I generacji. Charakteryzują się one cechami przydatnymi głównie z punktu widzenia rolników, niezmieniającymi de facto końcowych właściwości roślin. Z roku na rok przybywa na świecie upraw GMO II generacji. Termin ten odnosi się do organizmów, których produkty końcowe charakteryzują się wyższą wartością odżywczą, lepszym smakiem lub dłuższym okresem przydatności do spożycia, a więc cechami pożądanymi przede wszystkim z punktu widzenia konsumentów37, 42.
Jako przykład GMO II generacji można podać pomidora FlavrSavr wyprodukowanego przez firmę Calgen Inc. z Kaliforni, który był pierwszą genetycznie zmodyfikowaną rośliną uprawną, dopuszczoną do spożycia przez ludzi. Trafił na amerykański rynek spożywczy w 1994 roku. Modyfikacja FlavrSavr polegała na wprowadzeniu do komórek rośliny, w orientacji antysensownej, genu wyizolowanego z tego samego organizmu, kodującego poligalaktouronazę (PG). PG jest enzymem zaangażowanym w metabolizm pektyn i mięknięcie dojrzewających owoców. Ograniczenie ekspresji PG wiązało się ze spowolnieniem dojrzewania pomidorów i wydłużeniem czasu ich świeżości. Pomimo sporego popytu na modyfikowane pomidory, koszty produkcji i transportu warzyw przerosły korzyści ze sprzedaży, dlatego trzy lata od wprowadzenia na półki sklepowe, pomidory FlavrSavr wycofano z obrotu20.
Rok 2015 można uznać za przełomowy dla GMO II generacji. Wiosną 2015 r. FDA zezwoliła na uprawę i sprzedaż ziemniaków Innate o mniejszej podatności na siniaki oraz czarne plamy i z ograniczoną zawartością asparaginy, jak również hodowlę i dystrybucję jabłek Arctic, nieulegających b...

Artykuł jest dostępny w całości tylko dla zalogowanych użytkowników.

Jak uzyskać dostęp? Wystarczy, że założysz konto lub zalogujesz się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałow pokazowych.
Załóż konto Zaloguj się

Przypisy