Spojrzenie na GMO z perspektywy biologa

Spojrzenie na GMO z perspektywy biologa

Zebrała mi się garść przemyśleń związanych z tematem rantu w jednej z poprzednich notek. Wszystkie one krążą wokół jednej kwestii: gigantycznej przepaści między tym jak GMO (zazwyczaj) postrzegają biolodzy, a jak postrzega je reszta społeczeństwa. Ta notka, mam nadzieję, da pojęcie czemu ktoś kto ma jako taką wiedzę o biologii i ewolucji, patrzy na histerię wokół GMO ze sceptycyzmem.

Czy naukowcy zajmujący się biologią molekularną myślą w ogóle o groźnych konsekwencjach jakie mogą wyniknąć z ich zabaw w Boga/Matkę Naturę?

Tak. Pierwsza w historii nauki praca opisująca rekombinację DNA (czyli łączenie różnych fragmentów DNA zwierających różne geny) dotyczyła połączenia fragmentów genomu wirusa SV40 i faga atakującego bakterie E. coli. Autorzy pominęli w niej etap wszczepienia zrekombinowanego DNA do bakterii. Czemu? Ponieważ wirus SV40 znany był z wywoływania rozwoju guzów u myszy. Autorzy pracy nie byli pewni, czy nie doprowadziłoby to do powstania zagrożenia w postaci szybko namnażającej się bakterii, w której aktywne byłyby geny onkogennego (czyli wywołującego nowotwory) wirusa.

Autorzy tej pracy znajdowali się wśród inicjatorów zorganizowanej w 1975 roku w Asilomar pierwszej konferencji poświęconej kwestiom zagrożeń wypływających z tego, co dziś nazywamy biotechnologią.

 

Efektem konferencji było opracowanie zasad postępowania, których celem była minimalizacja ryzyka związanego z eksperymentami przeprowadzanymi w ramach badań nad biologią molekularną. Wśród nich znajdywały się wytyczne wskazujące jakich eksperymentów w ogóle nie powinno się przeprowadzać (wymieniono tu między innymi klonowanie DNA wysoce patogennych organizmów czy genów kodujących toksyny). W kolejnych latach uaktualniano owe reguły w zgodzie z rozwijającą się wiedzą o biologii molekularnej.

Czy przenoszenie genów między różnymi organizmami jest nienaturalne?

Nie. Zacznijmy od oczywistości: każda współczesna technologia używana do otrzymywania GMO wykorzystuje procesy naturalne lub bezpośrednio modelowane na naturalnych. Niezależnie od jej technicznych szczegółów w ten czy inny sposób prowadzi do rekombinacji DNA.

Rekombinację DNA przeprowadzają dosłownie wszystkie grupy organizmów, to jest bakterie, pierwotniaki, grzyby, rośliny jak i zwierzęta. Szczegóły tych procesów są różne, ale leżąca u ich podstaw zasada – mieszania ze sobą różnych cząsteczek DNA w celu otrzymania kombinacji nie występujących wcześniej w naturze, jest taka sama.

Czy przenoszenie genów między różnymi gatunkami bakterii jest częstym zjawiskiem?

Tak. Nie ma przesady w stwierdzeniu, że wymienianie się genami jest u bakterii jednym z głównych mechanizmów adaptowania się do środowiska. Bakteryjne komórki obok chromosomu zawierają mniejsze cząsteczki DNA zwane plazmidami. Plazmidy mogą przenosić się między komórkami w procesie koniugacji, dzięki czemu dochodzi do transmisji cech warunkowanych przez geny zawarte w plazmidzie z jednej bakterii do innej. Proces ten może zachodzić nawet między bakteriami niespokrewnionymi.

Czy geny przenoszą się między bakteriami i roślinami?

Tak. Niektóre bakterie, na przykład Agrobacterium, wykorzystują wyspecjalizowane plazmidy do reprogramowania komórek roślin. Reprogramowane komórki tworzą guzy, w których bakterie mają komfortowe warunki życia. Za źródło pokarmu dla bakterii służą substancje, które roślina wytwarza wedle instrukcji znajdujących się w genach wszczepionych przez plazmid.

Guzy wywołane Agrobacterium

Guzy wywołane Agrobacterium

Agrobacterium i jej specjalne plazmidy są jednym z głównych sposobów modyfikowania roślin stosowanych w biotechnologii.

Nawet jeśli rośliny ulegają w naturze modyfikacjom genetycznym, to coś takiego pewnie nie ma miejsca u zwierząt?

Niezupełnie. Wiele stawonogów i robaków jest infekowanych przez bakterię Wolbachia. Istnieją dowody na duży transfer genów z genomu bakterii do genomu infekowanych zwierząt.

Wolbachia wewnątrz komórki zwierzęcia, na którym pasożytuje. Fotografia: Scott O'Neill CC BY 2.5.

Wolbachia wewnątrz komórki zwierzęcia, na którym pasożytuje. Fotografia: Scott O'Neill CC BY 2.5.

Ponadto w genomach zwierząt znajduje się mnóstwo genów pochodzących z wirusów. U ludzi geny pewnej grupy wirusów zwanych retrowirusami stanowią około 10% całego naszego genomu. Rekombinacja i transfer genów z odległych grup stanowi istotny czynnik w ewolucji zwierząt.

Ale to wszystko jakieś wyjątki i patologie. Transfer genów z bakterii i wirusów nigdy nie stanowił czegoś naprawdę ważnego w ewolucji roślin czy zwierząt.

Stanowił. Pierwotniaki, grzyby, rośliny i zwierzęta (tworzą one łącznie grupę zwaną eukariontami) powstały dzięki transferowi genów z bakterii. Ich komórki, w przeciwieństwie do komórek bakteryjnych, posiadają jądra komórkowe i wyspecjalizowane organelle takie jak mitochondria (służące oddychaniu) i chloroplasty (prowadzące fotosyntezę).

Mitochondria i chloroplasty były kiedyś bakteriami wchłoniętymi przez przodków dzisiejszych eukariontów. Po tym akcie endosymbiozy znaczna część genów wchłoniętych bakterii uległa przeniesieniu do jąder komórkowych. Gdyby nie ten wielkoskalowy transfer genów między odległymi, niespokrewnionymi gatunkami, w ogóle nie byłoby dzisiejszych roślin i zwierząt.

Ale to było kiedyś. Później już geny różnych gatunków roślin i zwierząt z pewnością nie mieszały się?

Nieprawda. Niektórzy przedstawiciele grupy zwierząt zwanej wrotkami zrezygnowali z rozmnażania płciowego. Swoją zmienność genetyczną zwiększając włączając do swoich genomów geny pochodzące z innych organizmów, należących do różnych niespokrewnionych grup.

Wrotek. Ilustracja autorstwa Ernsta Haeckela.

Wrotek. Ilustracja autorstwa Ernsta Haeckela.

Pewien gatunek mszyc syntetyzuje barwnik karotenoidowy dzięki genom przeniesionym w naturalny sposób z grzybów. Niektóre pasożytnicze rośliny mają w swoich genomach geny przejęte od żywicieli. Zjawiska tego typu są prawdopodobnie częstsze niż się wydaje. Być może zaszło także między ludźmi a zarodźcem malarii.

Tak czy siak ostrożność nakazuje nie eksperymentować?

Zasada ostrożności nie ma żadnego zastosowania do GMO. W naiwnej wersji zmuszałaby do porzucenia technologii w ogóle, bo nawet technologie stosowane od lat mogą mieć nieprzewidziane skutki. Próba stworzenia bardziej wyrafinowanej wersji zasady ostrożności, która pozwoliłaby stosować takie technologie jak zwyczajne rolnictwo, ale jednocześnie wykazałaby, że GMO jest czymś innym, spełzła na niczym. Opierała się ona między innymi na dwóch kluczowych założeniach:

  • zjawiska naturalne są niejako testowane od miliardów lat, dzięki czemu wiemy, że nie są groźne
  • GMO jest czymś nowym i nienaturalnym i ma nieznane skutki. Jeśli istnieje nawet minimalne ryzyko katastrofy wynikłej z jego użycia, to ona kiedyś nastąpi.

Jeśli chodzi o drugi argument, to poprzednia część tej notki wykazała jego fałsz. Transfer genów między odległymi ewolucyjnie organizmami zachodzi od zawsze. W tym sensie taka zmodyfikowana zasada ostrożności nie stosuje się do GMO, bo nie sposób uznać GMO za bardziej nienaturalne od innych form hodowli zwierząt i roślin i modyfikowania ich zmienności podług ludzkich życzeń.

Ale błędny jest też pierwszy argument, zgodnie z którym rzeczy naturalne są bezpieczne bo niejako przetestowane przez samą naturę. Ludzie są naturalnym produktem ewolucji, a jednak są także przyczyną jednego z sześciu największych wymierań w historii Ziemi. Nawet gdyby GMO było zagrożeniem dla życia na Ziemi, samo w sobie jest produktem kulturowej ewolucji człowieka, który jest produktem zwykłej, naturalnej ewolucji biologicznej.

Krótko mówiąc, zasada ostrożności, która prowadzi nas do zakazu stosowania GMO, powinna też doprowadzić nas do zakazu stosowania krzyżowania zwierząt i roślin, rolnictwa w ogóle, a tak naprawdę technologii jako takiej. Jeśli jednak nie uznamy takich zakazów za rozsądne, trudno za taki uznać zakaz GMO.

A propos wymierania, czy GMO nie zagraża środowisku? Czy zakaz GMO nie uchroni ekosystemów przed dalszą degradacją?

Amerykański kasztanowiec był kiedyś najczęstszym drzewem liściastym w Stanach Zjednoczonych. Zawleczenie pasożytniczego grzyba z Japonii doprowadziło do śmierci większości tych drzew zaledwie w ciągu pół wieku. Fotografia: Nicholas A. Tonelli na licencji CC BY 2.0.

Amerykański kasztanowiec był kiedyś najczęstszym drzewem liściastym w Stanach Zjednoczonych. Zawleczenie pasożytniczego grzyba z Japonii doprowadziło do śmierci większości tych drzew zaledwie w ciągu pół wieku. Fotografia: Nicholas A. Tonelli na licencji CC BY 2.0.

GMO nie ma zasadniczo nic wspólnego z głównymi zagrożeniami dla środowiska takimi jak globalne ocieplenie czy introdukcja obcych gatunków. Jeśli zaś chodzi o wpływ rolnictwa, to zastosowanie modyfikacji genetycznych hodowlanych roślin pozwoliło zmniejszyć konsekwencje ich uprawy negatywne dla środowiska (takie jak niszcząca glebę orka czy masowe stosowanie niespecyficznych herbicydów). Ostatnio opracowano także sposób na przywrócenie popularnego kiedyś amerykańskiego drzewa, wybitego przez zawleczonego z Japonii pasożytniczego grzyba. Umożliwiła to genetyczna modyfikacja tego drzewa.

Podsumowanie

Powyżej przedstawiłem podstawowe racje z powodu których, jak uważam, każdy kto ma jako takie pojęcie o biologii, uznaje GMO za problem o zasadniczo urojonej naturze. Być może dla laików mieszanie genów jawi się jako coś niezwykłego i groźnego, ale dla biologów to najnormalniejsza rzecz pod słońcem.

Śledźcie mnie na Twitterze lub blog na Facebooku.

Ebola

Ebola

"Zendegi" znaczy życie

"Zendegi" znaczy życie