ORGANIZMY TRANSGENICZNE
BEZPIECZEC
STWO DLA CZA
OWIEKA I ÅšRODOWISKA
Anna Werner
Efekt końcowy
Po zakończeniu seminarium powinieneś umieć:
zdefiniować pojęcie organizmu transgenicznego,
omówić korzyści płynące z zastosowania GMO w rolnictwie i medycynie,
omówić zagrożenia związane ze stosowaniem organizmów transgenicznych.
Biotechnologia, a szczególnie inżynieria genetyczna, to najszybciej rozwijające się działy
nauki. Inżynierowie genetyczni zajmują się uzyskaniem wybranych cech w organizmach
zmienionych za pomocą technik biologii molekularnej, a więc organizm genetycznie zmo-
dyfikowany (GMO) lub organizm transgeniczny - to organizm, w którym materiał gene-
tyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżo-
wania lub naturalnej rekombinacji (Dz.U. nr 76, poz. 811, 22.06.2001). Geny przenoszone za
pomocą technik inżynierii genetycznej do innego organizmu nazywamy transgenami.
Warto nadmienić, że człowiek już od tysiącleci zmieniał organizmy będące z
ródłem jego
pożywienia, służące do produkcji tkanin lub rośliny ozdobne. Z dzikich przodków roślin
uprawnych uzyskiwano bardzo niskie plony. W związku z tym, już od dawna krzyżowano ze
sobą rośliny o wybranych cechach (np. odporne na niską temperaturę, suszę lub choroby).
W pokoleniach potomnych następowało wzmocnienie pożądanej cechy. Procesy te trwały
zawsze bardzo długo i wiązały się z wykonywaniem dużej liczby krzyżówek, z których nies-
tety większość była nieudana. W taki sposób otrzymano dzisiejsze odmiany warzyw, owoców
i kwiatów, a także różne rasy zwierząt hodowlanych i domowych. Hodowcom udało się także
stworzyć krzyżówki międzygatunkowe, np. muły, żubronie, pszenżyto, nektarynki.
Natomiast nowoczesne metody biotechnologiczne umożliwiają znacznie szybsze tworzenie
organizmów posiadających pożądane cechy. Związane jest to głównie z tym, iż obecnie moż-
na powiązać daną cechę z konkretnym genem. Istnieje kilka typów modyfikacji genetycznych
polegajÄ…cych na:
- usunięciu genów,
- zmianie aktywności genów,
- wprowadzeniu dodatkowej kopii genu do organizmu,
- wprowadzeniu obcego genu do organizmu.
Metody otrzymywania organizmów transgenicznych można podzielić na dwie grupy. Do
pierwszej grupy należą techniki, w których materiał genetyczny jest przekazywany do orga-
nizmu za pomocą wektorów. Natomiast druga grupa uzyskiwania organizmów transgenicz-
nych obejmuje techniki bez wykorzystania wektorów; np. elektroporacja, mikrowstrzeliwa-
nie, użycie glikolu polietylowego (PEG), fuzja liposomów lub mikroiniekcja (patrz semina-
rium Podstawy biotechnologii).
Postęp, jaki dokonał się w biotechnologii i coraz częstsze wykorzystywanie nowoczesnych
technik biologii molekularnej, stworzył nowe możliwości rozwoju rolnictwa, ochrony środo-
wiska, a także medycyny.
Organizmy transgeniczne wykorzystywane w rolnictwie
Głównym celem współczesnej biotechnologii żywności jest zwiększenie wydajności pro-
dukcji oraz polepszenie wartości żywieniowych i technologicznych surowców. Genetycznej
modyfikacji poddawane są rośliny o dużym znaczeniu gospodarczym (np. soja, kukurydza,
ryż, bawełna i rzepak). Również producenci roślin ozdobnych coraz częściej sięgają po nowo-
1
czesne metody biotechnologiczne, aby uzyskać rośliny o bardziej intensywnym kolorze,
zapachu czy trwałości.
Tabela. Przykłady modyfikacji organizmów transgenicznych.
Gatunek Modyfikacja
Ziemniak Odporność na zakażenie wirusami X i Y
Morele i śliwy Odporność na zakażenie wirusem szarki
Kalafior Odporność na zakażenie wirusem mozaiki kalafiora
Tytoń, soja, rzepak, kukurydza,
Oporność na herbicydy (Glifosfat)
pomidory,
Ziemniak Bt Odporność na stonkę
Ziemniak Odporność na szkodniki (lektyna)
Ziemniak Odporność na mróz (gen flądry arktycznej)
Pomidor Flavr-Savr. Zwiększenie trwałości owoców (poligalakturynazę)
 ZÅ‚oty ryż Ulepszone cechy odżywczych (²-karoten)
Soja Ulepszone cechy odżywczych (metionina)
Pomidory, ogórki Ulepszenie smaku (taumaryna)
Ziemniaki Zwiększenie trwałości (oksydaza polifenolowa)
Rośliny uprawne modyfikuje się najczęściej w celu uzyskania:
- odporności na choroby wirusowe, bakteryjne i grzybicze,
- oporności na herbicydy
- odporności na szkodniki
- lepszej adaptacji do niekorzystnych warunków środowiska (susza, mróz, zasolenie gleby)
- lepszych cech jakościowych i odżywczych.
Uodpornienie roślin na choroby wywołane przez bakterie i grzyby uzyskuje się przez
wprowadzenie fragmentu DNA kodującego chitynazę lub glukanazę. Są to enzymy, które
niszczą ścianę komórkową w.w. patogenów. Inną metodą stosowaną w celu uodpornienia
roślin jest włączenie transgenu kodującego osmotynę - toksynę powodującą uszkodzenie
błony komórkowej patogenu.
W celu uodpornienia roślin na choroby wirusowe najczęściej stosuje się wprowadzenie do
genomu rośliny białek osłonki wirusa (kapsydu) lub jego enzymów (replikazy lub protea-
zy). Także wprowadzenie genu łagodnego wirusa powoduje uodpornienie rośliny na zakaże-
nie wirulentnÄ… odmianÄ….
JednÄ… z najpowszechniej wykorzystywanych modyfikacji genetycznych jest uzyskanie roÅ›-
lin opornych na działanie środków chwastobójczych (herbicydów). Najczęściej modyfikacja
ta związana jest z opornością na herbicyd, którego substancją czynną jest glifosfat. Działanie
tego herbicydu polega na blokowaniu aktywności enzymu EPSPS (syntazy 3-enolopirogro-
niano-5-fosfoszikimianowej), który bierze udział w produkcji związków aromatycznych na
drodze tzw. szlaku szikimowego. Ten szlak metaboliczny występuje tylko u roślin, a produk-
tami jego przemiany sÄ… takie aminokwasy aromatyczne (tryptofan, fenyloalanina i tyrozyna).
Oporność roślin na glifosfat uzyskano poprzez: zwielokrotnienie genu kodującego enzym
EPSPS, wprowadzenie genu kodującego enzym niewrażliwy na działanie herbicydu lub
wprowadzenie genu, którego produkt rozkłada herbicyd. Uprawa roślin opornych na glifos-
fat nie wymaga stosowania wielu herbicydów o wąskim zakresie działania, ponieważ glifosfat
jest środkiem chwastobójczym o szerokim spektrum działania. Innymi zaletami glifosfatu jest
jego mniejsza toksyczność i szybszy rozkład tego związku w glebie.
Uzyskanie roślin odpornych na szkodniki związane jest z wprowadzeniem do genomu
roślin genu bakterii glebowych (Bacillus thuringiensis), który koduje toksyczne białko. Rośli-
ny transgeniczne, które zawierają gen kodujący tę toksynę nazwano roślinami Bt lub odmia-
nami Bt. Dotychczas odkryto kilkaset genów kodujących różne odmiany tych silnych toksyn.
2
Geny pochodzące z różnych szczepów B. thuringiensis działają na różne grupy owadów, co
pozwala producentom dobrać odpowiedni rodzaj toksyny do szkodnika zagrażającego danej
uprawie. Istotną zaletą wykorzystania roślin Bt jest fakt, że białka te są toksyczne tylko dla
określonych szkodników: chrząszczy (Coleoptera), meszek (Diptera), ciem i motyli (Lepi-
doptera); natomiast nie są szkodliwe dla innych organizmów, w tym dla człowieka. Wybiór-
cza toksyczność jest związana z faktem, iż uaktywnienie tej toksyny zachodzi tylko w silnie
zasadowym środowisku, a właśnie takie pH jest w jelicie wrażliwych owadów.
Rośliny zmodyfikowane w taki sposób, aby dobrze znosiły złe warunki środowiska (suszę,
mróz lub zasolenie gleby), umożliwiają ich uprawę na terenach dotąd dla nich niekorzystnych
lub też, na wcześniejsze rozpoczęcie ich uprawy. Ziemniaki odporne na niską temperaturę
uzyskano przez wprowadzenie do ich genomu genu fladry arktycznej; wskutek tej modyfikac-
ji genetycznej znacznie wydłużono okres uprawy tego warzywa. Zupełnie inne podejście do
zwiększenia odporności na niskie temperatury zastosowano w przypadku bakterii z rodzaju
Ervinia. Są to bakterie glebowe, które mogą rozwijać się na sadzonkach roślin. Wiosną wokół
kolonii bakterii gromadzi się woda, która podczas przymrozków zamarza powodując uszko-
dzenia rośliny. Usunięcie genu odpowiedzialnego za syntezą białka wchodzącego w skład
otaczajÄ…cej bakterie bÅ‚ony sprawia, że krysztaÅ‚ki lodu powstajÄ… w temperaturze niższej o 6°C.
Ta modyfikacja genetyczna pozwala na szybsze uzyskanie plonów.
Biotechnologia może także przyczynić się do wprowadzenia na rynek produktów o ule-
pszonych cechach jakościowych i odżywczych. Pierwszym takim produktem (1994) był po-
midor o nazwie Flavr-Savr, który zachowuje dłużej jędrność, lepiej znosi warunki transportu
i przechowywania. Uzyskanie pomidora Flavr-Savr polegało na wyłączeniu genu kodującego
poligalakturynazę (PG). Jest to enzym odpowiedzialny za rozpad ścian komórkowych,
a tym samym za mięknięcie owocu. Innym przykładem rośliny o poprawionych cechach jako-
ściowych są ziemniaki z obniżoną aktywnością enzymu - oksydazy polifenolowej. Enzym
ten powoduje ciemnienie miąższu, a więc prowadzi do znacznych ubytków podczas obierania
ziemniaków i zwiększa straty podczas ich przechowywania. Przykładem żywności o ulepszo-
nych cechach odżywczych jest  złoty ryż. Roślina ta została tak zmodyfikowana, aby pro-
dukować ²-karoten, który jest prekursorem witaminy A. Naturalne odmiany ryżu nie wy-
twarzajÄ… ²-karotenu. Wydaje siÄ™, iż masowa uprawa  zÅ‚otego ryżu pozwoli zlikwidować
problem niedoboru witaminy A w wielu rejonach Azji, Afryki i Ameryki A
acińskiej, gdzie
ryż stanowi podstawę pożywienia. Prowadzone są także prace nad wzbogaceniem w witaminy
i składniki mineralne także innych roślin uprawnych (pszenicy, kukurydzy, fasoli i sorgo).
Organizmy transgeniczne wykorzystywane w medycynie
Początki biotechnologii leków sięgają czasów II Wojny Światowej, kiedy to opracowano
proces wielkoprzemysłowej produkcji penicyliny. Wdrożenie nowych technologii utorowało
drogę dla rozwoju przemysłu farmaceutycznego i pozwoliło na wprowadzenie do leczenia
między innymi takich produktów jak: aminokwasy, kwasy organiczne, enzymy, inhibitory
enzymów, witaminy, alkaloidy, dekstran i leki steroidowe. Już w latach 80-tych ubiegłego
wieku możliwa stała się produkcja na skalę przemysłową:
- hormonów (insuliny, hormonu wzrostu  AGH, gonadotropiny),
- cytokin (interferony Ä…, ², Å‚) i interleukin (IL-2, TNF-Ä…),
- czynników wzrostu (insulinopodobnego czynnika wzrostu, czynnika wzrostu skóry, ery-
tropoetyny - EPO),
- białek hemostazy (czynników krzepnięcia VIII, IX, XII i XIII),
- czynników trombolitycznych (tkankowego aktywatora plazminogenu - t-PA, streptoki-
nazy, stafylokinazy, Ä…-1 antytrypsyna),
- antygenów patogenów,
- swoistych przeciwciał.
3
Leki, antygeny i przeciwciała uzyskane przy pomocy technik inżynierii genetycznej są
wytwarzane w swoistych bioreaktorach. Takimi bioreaktorami mogą być hodowle zmodyfi-
kowanych genetycznie komórek lub transgeniczne rośliny i zwierzęta.
Prowadzone są także badania nad szczepionkami genetycznymi i jadalnymi oraz uzyska-
niem transgenicznych zwierząt, których organy mogą być wykorzystane do transplantacji.
Szczepionki
Szczepionki są używane od dawna w walce z chorobami zakaz
nymi. Tradycyjne metody
produkcji szczepionek polegają na namnażaniu patogenów (zabitych lub atenuowanych1)
w hodowlach komórkowych (zwierzęcych lub bakteryjnych) lub w zwierzętach. Stosowanie
szczepionek z żywych atenuowanych organizmów nie zawsze jest bezpieczne, ponieważ mo-
że dojść do powrotu organizmu do wirulentnej postaci i zakażenia osoby uodparnianej zjadli-
wÄ… formÄ… patogenu. Produkcja nowych generacji szczepionek oparta jest na wykorzystaniu
oczyszczonych antygenów lub kombinacji różnych epitopów w hodowlach komórkowych
zmodyfikowanych wirusów, bakterii lub drożdży. Prowadzone są też prace nad wykorzysta-
niem w tym celu roślin. Przykładem szczepionki otrzymanej tą metodą jest szczepionka
przeciwko wirusowemu zapaleniu wÄ…troby typu B (WZW typu B) wyprodukowana przy
użyciu drożdży (Saccharomyces cerevisiae). Trwają też badania nad produkcją szczepionek
genetycznych. Zasada ich działania polega na wywołaniu odpowiedzi immunologicznej,
poprzez wprowadzenie fragmentu DNA patogenu kodującego antygen, bezpośrednio do
komórek uodpornianego organizmu. Zaletą szczepionek genetycznych jest ich duża stabil-
ność, niski koszt produkcji oraz możliwość podawania w jednej szczepionce kilku genów
kodujących różne antygeny. Mechanizm działania szczepionki DNA przypomina zakażenie
wirusem. Wiele zespołów badawczych pracuje nad stworzeniem szczepionek genetycznych
przeciwko WZW typu B i C, grypie, wściekliz
nie, AIDS oraz przeciw gruz
licy.
Prowadzone są także badania nad szczepionkami jadalnymi. Ich produkcja polega na
wprowadzeniu do genomu rośliny jadalnej genu kodującego antygen lub antygeny patogenu.
Zasada ich działania opiera się na wzbudzeniu odporności śluzówkowej oraz ogólnoustrojo-
wej. Antygeny patogenu znajdujÄ…ce siÄ™ w jadalnej szczepionce sÄ… wychwytywane przez ko-
mórki M znajdujące się w śluzówce jelita. Komórki te przekazują pobrane antygeny makro-
fagom i limfocytom B, które zapoczątkowują reakcję odpowiedzi immunologicznej. Po
prezentacji antygenu przez makrofagi, pomocnicze limfocyty T pobudzajÄ… limfocyty B do
produkcji przeciwciał. Aktywowane limfocyty B produkują i uwalniają przeciwciała swoiście
wiążące się z antygenem patogenu. Podanie antygenu powoduje także przekształcanie się
niektórych limfocytów T i B w długowieczne limfocyty pamięci, pozwalające zabezpieczać
organizm przed ponownym zakażeniem. Szczepionki jadalne mają szereg zalet:
- transgeniczne rośliny można hodować na miejscu przeznaczenia (eliminacja transportu),
- możliwość kilkukrotnych zbiorów i mniejsze koszty produkcji,
- bezbolesny i bezpieczny sposób podania szczepionki.
Dotychczas udane próby wykorzystania jadalnych szczepionek w celu immunizacji zwie-
rząt dotyczyły takich patogenów jak: wirusów Norwalk, zapalenia wątroby typu B i wście-
klizny oraz enteropatogennych pałeczek okrężnicy, przecinkowca cholery i pałeczek Helico-
bacter pylori. Wyniki wstępnych badań przeprowadzonych na ludziach są obiecujące. U osób,
które spożyły ziemniaki zawierające fragment toksyny produkowanej przez pałeczki okrężni-
cy lub antygen wirusa Norwalk doszło do wzbudzenia odporności immunologicznej. Podobne
wyniki uzyskano we wstępnych badaniach dotyczących wzbudzenia odporności u ludzi po
spożyciu transgenicznej sałaty zawierającej gen kodujący antygeny wirusa zapalenia wątroby
1
Atenuacja - sztuczne otrzymywanie niezjadliwych, niechorobotwórczych szczepów wirusów lub bakterii.
4
typu B. Wydaje się, że jadalne szczepionki mogą stanowić w niedalekiej przyszłości bardzo
ważną role w zapobieganiu zakażeniom, szczególnie w krajach rozwijających się, w których
dostęp do opieki medycznej jest niewystarczający.
Organizmy transgeniczne - kontrowersje
Organizmy zmienione genetycznie majÄ… niewÄ…tpliwie wiele zalet. Nie wszystkich jednak
zachwycają biotechnologiczne nowinki. Organizmy transgeniczne, a szczególnie żywność
zmodyfikowana genetycznie, wywołują wiele kontrowersji. Dotyczą one:
- możliwości przekazania oporności na antybiotyki organizmom żyjącym w przewodzie po-
karmowym osób spożywających GMO,
- zagrożenia dla bioróżnorodności,
- działania alergizującego (np. białko Cry9c  kukurydza StarLink, białko 2S  soja),
- możliwości powstania  superchwastów ,
- zagrożenia dla nieszkodliwych i pożytecznych zwierząt związane z roślinami Bt (gąsienice
monarcha),
- możliwości uzyskania przez owady oporności na toksynę produkowaną przez rośliny Bt,
- utraty kontroli nad zachowaniem  czystości upraw,
- względów ekonomicznych (potrzeba corocznego zakupu ziarna do siewu).
Organizmy zmienione genetycznie, a szczególnie produkty spożywcze, mają licznych
przeciwników. Wiele osób w różnych krajach protestuje przeciwko uprawie oraz importowi
GMO. Należy jednak podkreślić, że organizmy transgeniczne mają wiele zalet i mogą być
użyteczne dla człowieka i środowiska. Jednak wiedza o skutkach długotrwałej konsumpcji
zmodyfikowanej żywności jest nadal niewystarczająca. Zatem bardzo ważnym problemem
jest właściwe oznakowanie produktów spożywczych, ponieważ każdy konsument powinien
mieć prawo wyboru żywności. Innym ważnym problemem jest możliwość wykorzystania
technik inżynierii genetycznej do konstruowania broni biologicznej. Zatem wprowadzanie
w życie tej technologii musi się wiązać z koniecznością zachowania ostrożności, a także
opracowania odpowiednich ustaw prawnych regulujÄ…cych oraz zabezpieczajÄ…cych ludzi
i środowisko przed wprowadzeniem niedostatecznie zbadanych organizmów transgenicznych.
Zalecane strony internetowe:
http://www.biotechnolog. pl
http://www.pfb.p.lodz.pl
http://www.mos.gov.pl
http://www.oecd.org
http://www.isaa.org
5