Temat: Znaczenie i wykorzystanie roślin transgenicznych w doskonaleniu składu oraz właściwości roślin stosowanych w produkcji żywności.
Rośliny transgeniczne (ang. genetically modified plants) są to rośliny, które w swoich komórkach zawierają obcy DNA. Głównym celem tego typu modyfikacji jest wykorzystanie potencjału produkcyjnego oraz poprawienie wartości użytkowej hodowanych organizmów. Obce geny wprowadza się do komórek biorcy za pomocą metod inżynierii genetycznej.
Czym są rośliny transgeniczne?
Rośliny transgeniczne, lub inaczej rośliny genetycznie zmodyfikowane, są to organizmy roślinne, których materiał genetyczny został zmieniony w celu uzyskania pożądanego fenotypu. Ustawa o organizmach genetycznie zmodyfikowanych z dnia 22 czerwca 2001 r. zastrzega, że zmiany te muszą być dokonywane metodami inżynierii genetycznej, tzn. sposobem, jaki nie może mieć miejsca w warunkach naturalnych. Stosowane od wieków metody poprawy jakości plonów, takie jak np. krzyżowanie, selekcja oraz wywoływanie mutacji nie prowadzą zatem do otrzymania roślin transgenicznych.
Przeprowadzanie modyfikacji genetycznej:
1. Izolacja genów
Pierwszym krokiem do przeprowadzenia modyfikacji genetycznej jest izolacja genu, który ma zostać wprowadzony do komórek biorcy. Odpowiedniego genu można szukać bezpośrednio w komórkach obiektu zainteresowań, tzn. w genomie badanego organizmu lub też w specjalnych bibliotekach genomowych, zwanych również bankami genowymi.
Ogólnie strategie izolacji można podzielić na dwie podstawowe grupy: klonowanie funkcjonalne i pozycyjne.
• klonowanie funkcjonalne, zwane również izolacją funkcjonalną. Stosuje się je w przypadku, kiedy znana jest funkcja izolowanego genu.
• klonowanie pozycyjne, czyli tak zwana izolacja pozycyjna określana również mianem odwrotnej genetyki. Stosuje się ją w przypadkach, gdy nie jest znana funkcja badanego genu, a jedynie jego położenie w genomie lub informacja o jego sprzężeniu z odpowiednimi markerami.
2. Charakterystyka genu
Wyodrębniony gen powinien zostać dobrze scharakteryzowany. Należy zatem określić jego położenie, strukturę, ekspresję oraz pełnioną funkcję.
3. Wprowadzanie genów do roślin
Proces wprowadzania do komórki obcego materiału genetycznego określa się mianem transformacji genetycznej lub inaczej transgenizacji, erystem ety. Najbardziej kompetentne do transformacji są komórki erystem etyczne o gęstej cytoplazmie, występujące m.in. w zarodkach i młodych siewkach. Można również wykorzystywać eksplantaty uzyskiwane z kultur in vitro.
W przypadku roślin, podstawową przeszkodę stanowi ścian komórkowa, otaczająca błonę i izolująca komórkę od otaczającego ją środowiska zewnętrznego. Z tego powodu, poddawane transformacji komórki pozbawia się wcześniej ściany komórkowej.
Obecnie znanych jest kilkanaście metod wprowadzania genów do komórek. Można je podzielić na dwie główne kategorie, czyli metody wektorowe i bezwektorowe.
4. Regeneracja roślin, czyli przekształcanie komórek w kompletne organizmy.
Jak się je otrzymuje?
Uzyskiwanie roślin transgenicznych jest złożonym procesem. Wprowadzane do rośliny geny są izolowane i konstruowane metodami inżynierii genetycznej, a następnie wprowadzane do komórek modyfikowanej rośliny. Wyselekcjonowane komórki poddaje się ostatecznie regeneracji w warunkach in vitro i w ten sposób uzyskuje się kompletną roślinę.
Nie bez znaczenia pozostaje wybór odmiany rośliny poddawanej transformacji.
SCHEMAT - Etapy transformacji organizmów roślinnych
Po co się je tworzy?
Celem każdej hodowli jest takie ukształtowanie genotypu odmian roślin uprawnych, aby uzyskały one pożądane cechy użytkowe.
SCHEMAT - Przykładowe możliwości zastosowania roślin transgenicznych
Globalna powierzchnia upraw transgenicznych roślin ciągle wzrasta, zwiększające się zainteresowanie tego typu hodowlą tłumaczone jest głównie wzrostem cen surowców rolnych.
Największy bezwzględny wzrost powierzchni upraw GMO odnotowano w Brazylii. Zdecydowanym liderem wciąż pozostają jednak Stany Zjednoczone, w których powierzchnia transgenicznych upraw sięga 66,8 mln hektarów. W Polsce rejestr wszystkich genetycznie zmodyfikowanych organizmów jest prowadzony przez Ministerstwo Środowiska.
Najczęściej hodowanymi roślinami transgenicznymi są bawełna, kukurydza, rzepak i soja. Uprawia się je obecnie w 29 krajach.
Główne cele modyfikacji roślin:
odporność roślin na choroby
Choroby na jakie cierpią rośliny mogą być wywoływane przez wirusy, bakterie i grzyby. Porażone zboże zawiera mykotoksyny, które prócz zatruć pokarmowych, powodują blokowanie syntezy DNA i zakłócenie metabolizmu RNA, a to już najkrótsza droga do nowotworu. Genetycznie „ulepszone” zboża są wyposażone w enzymy (glukanazy, chitynazy), które rozkładają ściany komórkowe grzyba, powodując tym jego kres. Podobne rozwiązanie wprowadzono do walki z bakteriami i wirusami – przykładem jest ziemniak który jest odporny na działanie wirusa liściozwoju (PLRV).
Papaja – roślina bogata w witaminę A i C, uprawiana na Hawajach, gdzie przeszło 80% plantacji to uprawy transgeniczne typu UH Rainbow. Powodem stosowania transgenicznych odmian jest wirus pierścieniowatej plamistości papai (PRSV), który podróżuje razem z mszycami.
Papaja nie jest jedyną rośliną z wprowadzoną genetyczną odpornością na wirusa. Taką odporność posiada również dynia, która jest niewrażliwa na wirusa mozaiki wirusa (CMV), wirusa drobnej plamistości cukinii (ZYMV), wirusa mozaiki kawona (WMV), jak również ziemniak odporny na wirusa Y (PVY) i wirusa liściozwoju ziemniaka (PLRV).
tolerancja roślin GM na herbicydy
Herbicydy są jednymi ze środków jakich używa się w uprawach polowych. Mają one za zadanie niszczenie chwastów. Środki te stosuje się oddzielnie na chwasty jednoliścienne, dwuliścienne i na chwasty szczególnie uciążliwe, które można zaliczyć do obydwu tych klas.
Rośliny genetycznie zmodyfikowane są odporne na działanie herbicydów. Tę cechę gwarantuje im gen, który wytwarza enzym rozkładający aktywne składniki środka chwastobójczego.
Aktywnym składnikiem, który niszczy roślinę nietransgeniczną jest glifosat. Glifosat hamuje syntazę EPSPS, enzymu który jest odpowiedzialny za syntezę aminokwasów aromatycznych. Roślina transgeniczna jest wyposażona w gen kodujący syntazę EPSPS oporną na działanie glifosatu, oraz gen kodujący oksydoreduktazę glifosatu – enzym który rozkłada glifosat. Soja, która jest jedną z najczęściej uprawianych roślin z odpornością na działanie herbicydu, powiększyła ofertę koncernów biotechnologicznych, które wyszły naprzeciw rolnikom i oferują herbicydy razem z nasionami roślin odpornymi na ich działanie.
Inną metodą modyfikacji roślin pod kątem odporności na działanie herbicydów jest wprowadzenie do rośliny genu PAT. Gen ten pochodzi z bakterii glebowej Streptomyces hygroscopicus i koduje odporność na glufosynat - aktywny składnik herbicydu Basta. Modyfikacji genem PAT poddano już m.in. rzepak, soje i buraka cukrowego, a transgeniczne pszenżyto uzyskane w 1995 roku było pierwszym w świecie odpornym na herbicyd Basta.
WŁAŚCIWOŚCI PRZYKŁADOWYCH ROŚLIN TRANSGENICZNYCH:
KUKURYDZA:
Bt 11:
odporność na insekty
tolerancja na herbicydy, zawierające glufosynat amonowy
DAS 59122:
ochrona przed niektórymi szkodnikami z rzędu Coleoptera, np. kukurydzianą stonkę korzeniową
tolerancja na herbicydy zawierające glufosynat amonowy
MON 810:
odporność na szkodniki z rzędu Lepidoptera (np. omacnicę prosowiankę)
T 25:
odporność na niektóre składniki z rzędu Coleoptera
tolerancja na herbicyd glifosat
MIR 604xGA21:
odporność na niektóre składniki rzędu Coleoptera
tolerancja na herbicyd glifosat
RZEPAK:
GT 73:
tolerancja na herbicyd glifosat
MS 8:
tolerancja na herbicydy zawierające glufosynat amonowy
sterylność męska
T 45:
tolerancja na herbicydy zawierające glufosynat amonowy
ZIEMNIAKI:
EH92-527-1
zahamowany gen gbss odpowiedzialny za syntezę amylozy
skrobia składa się z amylopektyny i zawiera jedynie małe ilości amylozy lub nie zawiera wcale amylozy
gen selektywny
SOJA:
MON40-3-2
tolerancja na herbicyd glifosat
A2704-12
tolerancja na herbicydy zawierające glufosynat amonowy
BURAK CUKROWY:
H7-1
odporność na herbicydy zawierające glifosat
Do innych transgenicznych ulepszeń roślin należą również:
- Kawa ze zmniejszoną o 70% ilością kofeiny. Uzyskano ten efekt poprzez zmniejszenie aktywności syntazy kofeiny,
- Zwiększenie zawartości kwasu oleinowego w soi i rzepaku,
- Uzyskanie tytoniu (Vector 21-40) o 20 razy mniejszej dawce nikotyny – ilość ta jest mniejsza od progu uzależnienia i 15 razy mniejszej zawartości substancji rakotwórczych,
- Goździki o intensywnej niebiesko-fioletowej barwie, uzyskano poprzez nadprodukcję karotenoidów, roślinę wyposażono dodatkowo w odporność na szkodniki typu Bt,
Żywność GMO, czyli żywność genetycznie zmodyfikowana lub transgeniczna.
Mianem tym określa się artykuły spożywcze zawierające produkty GMO oraz żywność wyprodukowaną z roślin lub zwierząt, które zostały wcześniej ulepszone technikami inżynierii genetycznej.
W przypadku roślin modyfikacje genetyczne mają na celu głównie uodpornienie ich na choroby, szkodniki, niekorzystne warunki środowiskowe i chemiczne środki ochrony roślin, a także zachowanie dłuższego okresu przydatności do spożycia.
W Polsce nadzór nad przepisami prawnymi dotyczącymi genetycznie modyfikowanej żywności sprawują Państwowa Inspekcja Sanitarna oraz Inspekcja Jakości Handlowej Artykułów Rolno- Spożywczych (IJHARS).
Transgeniczne rośliny są źródłem żywności, która jest określana terminem „nowa żywność”. Pojęcie to obejmuje następujące typy żywności GM:
• Żywność będąca GMO (pomidory, ziemniaki)
• Żywność zawierająca przetworzone GMO (koncentraty, frytki mrożone)
• Żywność zawierająca przetworzone GMO (czekolada z lecytyną GM soji)
• Żywność produkowana z zastosowaniem GMO (chleb pieczony z wykorzystaniem transgenicznych
drożdży)
• Produkty żywnościowe pochodne GMO, lecz nie zawierające komponentów transgenicznych (olej,
cukier)
KIERUNKI MODYFIKACJI ROŚLIN STOSOWANYCH W ŻYWIENIU CZŁOWIEKA:
modyfikacja oleju - olej roślinny jest ważnym towarem an świecie; można ulepszy ważne jego cech np.: wartość odzywa cza, odporność na utlenienie, użytkowność; zastąpienie olejów utwardzanych chemicznie olejami naturalnymi nie zawierającymi kwasów tłuszczowych trans
modyfikacja białka - przykładem może być poprawa jakości białka poprzez zwiększenie poziomu aminokwasów specyficznych oraz podstawowych; poprawa użytkowności białka, np. jakości glutenu w mące lub emulgowalności białka sojowego
modyfikacja węglowodanów - zwiększenie zawartości skrobi w pewnych roślinach poprzez regulację kompleksu enzymatycznego skrobi; zmiana stosunku amylazy do amylopektyny; zwiększenie zawartości niestrawnych węglowodanów, np. węglowodanów typu inuliny; zwiększenie poziomu produkcji specyficznych pektyn
modyfikacja cech sensorycznych - modyfikacja procesu dojrzewania oraz tekstury takich roślin, jak np. pomidory, banany, truskawki, ananasy; zwiększenie słodkości owoców lub poziomu związków aromatycznych
ulepszenia pod względem właściwości prozdrowotnych oraz składu, w tym również udoskonalenie składników nie spożywczych - zmniejszenie alergenności; zwiększenie zawartości witamin, minerałów i fitozwiązków (te ostatnie nadają żywności barwę, smak i zapach poprawiając tym samym ich właściwości organoleptyczne)
Produkty żywnościowe GMO o podwyższonej wartości żywieniowej:
1. Ryż:
z podwyższoną zawartością wit. A, zwany też złotym ryżem, posiada wysoką zawartość beta - karotenu, który jest prowitaminą wit. A. Jest bezpieczny dla zdrowia. Spełnia niezmiernie ważną rolę w leczeniu i prewencji niedoborów tej witaminy, a w tym zmniejszanie ryzyka niedowidzenia oraz licznych zgonów dzieci w krajach rozwijających się.
wzbogacany na drodze modyfikacji genetycznej w żelazo, nasiona ryżu transgenicznego z zawartością ferrytyny z soi, białkowego nośnika żelaza zawierają dwa razy więcej żelaza, oraz podnoszą przyswajanie żelaza w przewodzie pokarmowym.
Zawartość w ryżu konwencjonalnym białek o właściwościach alergennych obniżono poprzez zmiany szlaku ich biosyntezy.
2. Prowadzone są również prace nad obniżeniem na drodze modyfikacji genetycznej alergenności pszenicy, bez naruszenia właściwości funkcjonalnych jej białek.
3. W poszukiwaniu żywności o korzystnych cechach zdrowotnych przeprowadzono badania na ziemniakach nad podwyższeniem w nich, na drodze modyfikacji genetycznej, zawartości w nich skrobi, co sprawia, iż absorbują one podczas smażenia mniej tłuszczu.
4. W zakresie podwyższenia na drodze modyfikacji genetycznej zawartości substancji o właściwościach antyoksydacyjnych, takich jak likopen i luteina, przeprowadzono badania na pomidorach, podnosząc w nich zawartość tych substancji, podobnie jak w odniesieniu do podwyższenia zawartości izoflawonów w soi. Te roślinne składniki odżywcze są znane ze swych właściwości poprawy zdrowia lub zapobiegania chorobom.