ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ (1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ)

Transcript

1 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ (1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ) 1

2 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ (αρχές γονιδιακού χειρισμού ): προσδιορισμός θέσης ταυτοποίηση τεχνητή αναπαραγωγή & ανασυνδυασμός διατήρηση ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ 2

3 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ (γενετική τροποποίηση φυτών ): αφαίρεση γονιδίου 3

4 4

5 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ (γενετική τροποποίηση φυτών ): αφαίρεση γονιδίου τροποποίηση γονιδίου 5

6 6

7 ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ (γενετική τροποποίηση φυτών ): αφαίρεση γονιδίου τροποποίηση γονιδίου προσθήκη γονιδίου 7

8 προσθήκη νέου γονιδίου 8

9 προσθήκη πολλών αντιγράφων ενός γονιδίου 9

10 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ποιες οι διαφορές από την κλασική Βελτίωση; - άμεση προσέγγιση γ.υ. 10

11 ΚΛΑΣΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ Ελεγχόμενη επικονίαση: αφαίρεση ανθήρων κάλυψη ταξιανθίας 11

12 ΚΛΑΣΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ Ελεγχόμενη επικονίαση: έλεγχος υποδεκτικότητας επικονίαση 12

13 ΚΛΑΣΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ Απογονικός έλεγχος: 13

14 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ποιες οι διαφορές από την κλασική Βελτίωση; - άμεση προσέγγιση γ.υ. 14

15 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ποιες οι διαφορές από την κλασική Βελτίωση; - άμεση προσέγγιση γ.υ. - λιγότερο χρονοβόρα 15

16 Αναδιασταύρωση: ΚΛΑΣΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ Γενότυπος Α (δέκτης) Γενότυπος Β (δότης) Χ ΑΑ Α (50% Α) 16

17 ΚΛΑΣΙΚΗ ΒΕΛΤΙΩΣΗ Αναδιασταύρωση: Γενότυπος Α (δέκτης) Γενότυπος Β (δότης) 1. Α x Β ΑΒ (50% Α) 2. ΑΒ x Α ΑΒ (75% Α) 3. ΑΒ x Α ΑΒ. (87,5% Α).. 7. ΑΒ x Α ΑΒ (99,2% Α) 17

18 Κλασική Βελτίωση δότης Εμπορική ποικιλία Νέα ποικιλία (μεταφέρονται πολλά γονίδια) Επιθυμητό γονίδιο X = Επιθυμητό γονίδιο Γενετική Μηχανική Επιθυμητό γονίδιο Εμπορική ποικιλία Νέα ποικιλία (μόνο το επιθυμητό γονίδιο μεταφέρεται) (εισαγωγή γονιδίου) = Desired gene 18

19 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ποιες οι διαφορές από την κλασική Βελτίωση; - άμεση προσέγγιση γ.υ. - λιγότερο χρονοβόρα - δι-ειδικός συνδυασμός γονιδίων 19

20 Περισσότερα από 50 προϊόντα βιοτεχνολογίας έχουν εγκριθεί για εμπορική χρήση στις ΗΠΑ Ελαιοκράμβη Καλαμπόκι Βαμβάκι Παπάγια Πατάτα Σόγια Κολοκύθι Ζαχαρότευτλα Γλυκό καλαμπόκι Τομάτα 20

21 Τέσσερις καλλιέργειες αποτελούν την παγκόσμια έκταση που καλλιεργείται με ΓΤΦ Σόγια 62% Καλαμπόκι 21% Βαμβάκι 12% Ελαιοκράμβη 5% 21

22 Τέσσερις χώρες αποτελούν την παγκόσμια έκταση που καλλιεργείται με ΓΤΦ United States 66% Argentina 23% Canada 6% China 4% 22

23 Ηεξέλιξη της καλλιέργειας ΓΤΦ παγκόσμια 70 Εκατομμύρια εκτάρια ,7 52,6 44,2 39,9 27,8 11 1,

24 Προσδοκίες από τα ΓΤΦ Περισσότερα τρόφιμα Καλύτερα τρόφιμα Καλύτερο περιβάλλον 24

25 Αναμενόμενα προϊόντα Τομάτες πλουσιότερες σε αντιοξειδωτικές ουσίες Σόγια και ελαιοκράμβη με λάδι πλουσιότερο σε βιταμίνη E Ρύζι πλουσιότερο σε βιταμίνες Καφές χωρίς καφεϊνη 25

26 Αναμενόμενα προϊόντα Μπανάνες με εμβόλιο ηπατίτιδας Μήλα που θα προστατεύουν από ιούς του αναπνευστικού Πατάτες που θα προστατεύουν από χολέρα, E. coli και τον ιό Norwalk 26

27 Αναμενόμενα προϊόντα 27

28 Γενετική τροποποίηση επιβραδύνει τη γήρανση σε σκουλήκια, πιθανώς και σε θηλαστικά 28

29 Επιφυλάξεις για τα ΓΤΦ Αφύσικη η διαειδική γονιδιακή επέμβαση? Αλληλεπίδραση του διαγονιδίου με το γονιδίωμα «Διαφυγή» του διαγονιδίου (πχ υπερζιζάνια) Αντοχή στα αντιβιοτικά Απώλεια βιοποικιλότητας Αλλεργίες Κόστος προμήθειας ΓΤ ποικιλιών 29

30 Μπορεί να υποκαταστήσει πλήρως την κλασική Βελτίωση; Ποιοτικό γνώρισμα Ποσοτικό γνώρισμα 30

31 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2. Η γενετική τροποποίηση των φυτών βασίζεται στις αρχές της Μοριακής Γενετικής για το χειρισμό του γενετικού υλικού με μοριακές τεχνικές. Οι κυριότερες από τις μοριακές τεχνικές αφορούν τον προσδιορισμό μιας γονιδιακής θέσης στο γένωμα ενός φυτού, την ταυτοποίηση του γενετικού υλικού (πχ δομή, γενετική συγγένεια), την τεχνητή αναπαραγωγή, δηλ. εργαστηριακή σύνθεση DNA, τον ανασυνδυασμό του γενετικού υλικού, και τεχνικές διατήρησής του (μοριακές βιβλιοθήκες) Οι εφαρμογές των μοριακών τεχνικών ώστε να επιτευχθεί γενετική τροποποίηση στα φυτά, αλλά και σε άλλους οργανισμούς, αποτελεί τον ιδιαίτερο κλάδο της Βιοτεχνολογίας που ονομάζουμε Γενετική Μηχανική. Συνήθως οι επεμβάσεις αυτές αφορούν την τροποποίηση ή την εισαγωγή στα φυτά ενός ποιοτικού γνωρίσματος (γνωρίσματα που ελέγχονται από μια γονιδιακή θέση) 3-9: Οι κυριότερες εφαρμογές της Γενετικής Μηχανικής στα Φυτά αναφέρονται: - στην αφαίρεση ενός γονιδίου ώστε να εξαλειφθεί ένα γνώρισμα του φυτού - Στην τροποποίηση ενός γονιδίου του φυτού ώστε αφενός να εξακολουθεί εκφράζεται κανονικά αλλά από την άλλη το προϊόν του, δηλ. η πρωτεϊνη που παράγει, να μη αναγνωρίζεται από κάποιο ανασταλτικό της δράσης του παράγοντα (πχ δραστική ουσία ζιζανιοκτόνου) - στην προσθήκη ενός «ξένου» γονιδίου ώστε το φυτό να αποκτήσει ένα νέο γνώρισμα (πχ αντοχή σε ένα έντομο) 10- Η Γενετική Μηχανική είναι μια εργαστηριακή τεχνική που τροποποιεί το γενετικό υλικό με άμεσο τρόπο. Σε αντίθεση η κλασική Βελτίωση των Φυτών αφορά τεχνικές που βασίζονται στην έμμεση προσέγγιση μέσω του φαινοτύπου και για το λόγο αυτό διενεργείται στο χωράφι σε γεωργικά πειράματα Στην κλασική Βελτίωση απαιτείται η δημιουργία γενετικής παραλλακτικότητας (μίγμα πολλών γενοτύπων) με ελεγχόμενες διασταυρώσεις και στη συνέχεια ακολουθεί επιλογή ατομικών φυτών με βάση το φαινότυπό τους που δείχνει ότι καθένα από αυτά πράγματι έχει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Ακολουθεί απογονικός έλεγχος των επιλεγέντων φυτών για να πιστοποιηθεί ότι τα επιθυμητά χαρακτηριστικά κληρονομούνται σταθερά στους απογόνους. Έτσι ένα Βελτιωτικό πρόγραμμα διαρκεί πολλά χρόνια (μέχρι και 15 χρόνια). 15 Η Γενετική Μηχανική είναι κατά πολύ λιγότερο χρονοβόρα από την Κλασική Βελτίωση αφού ακόμη και σε διάστημα λιγότερο του ενός χρόνου μπορεί να επιτευχθεί στο εργαστήριο η γενετική τροποποίηση. Βέβαια στη συνέχεια πάλι απαιτούνται πειράματα στο χωράφι ώστε να αξιολογηθεί η συμπεριφορά των τροποποιημένων φυτών στις φυσικές συνθήκες καλλιέργειας.

32 16-17: Στην περίπτωση για παράδειγμα της αναδιασταύρωσης που μπορεί να αφορά επίσης ποιοτικό γνώρισμα όπως και στην περίπτωση της Γενετικής Μηχανικής (βλ. βιβλίο Βελτίωσης Φυτών για τη λεπτομερή της περιγραφή) η ολοκλήρωση της διαδικασίας απαιτεί τουλάχιστο 7 χρόνια. 18 Στην περίπτωση μάλιστα της αναδιασταύρωσης με Κλασική Βελτίωση, επιπλέον του επιθυμητού γονιδίου μεταφέρονται και άλλα γονίδια στενά συνδεδεμένα μαζί του που ενδέχεται να είναι ανεπιθύμητα Αντίθετα με τη Γενετική Μηχανική η τροποποίηση είναι ακριβής και αφορά μόνο την εισαγωγή του επιθυμητού γονιδίου. 19 Μια άλλη δυνατότητα της Γενετικής Μηχανικής είναι εισαγωγή στα φυτά γονιδίων από τελείως διαφορετικά είδη, ακόμη και ζωικά ή βακτήρια, μύκητες έντομα κλπ, κάτι που είναι αδύνατο με την Κλασική Βελτίωση Για παράδειγμα έχει επιτευχθεί αυτό με εισαγωγή γονιδίων από ψάρια σε φράουλες, γονιδίων αγελάδων στο ζαχαροκάλαμο και στη σόγια, γονιδίων κοτόπουλου στο καλαμπόκι και τώρα ο Lee ισχυρίζεται ότι θα αυξήσει τη θρεπτική αξία του καλαμποκιού με χοιρινό γάλα. 24 Προσδοκίες από τα ΓΤΦ: - μεγαλύτερη παραγωγικότητα αναγκαία λόγω της αύξησης του πληθυσμού που αναμένεται να ξεπεράσει τα 8-10 δισ. το Η αύξηση της παραγωγικότητας αναμένεται με αντοχή σε έντομα, ασθένειες, ζιζ/να, ξηρασία, κλιματικές αντιξοότητες, παθογενή εδάφη - Καλύτερα τρόφιμα (απαλλαγμένα από χημικά κατάλοιπα) - Καλύτερο περιβάλλον λόγω μικρότερης χρήσης των χημικών φυτοπροστατευτικών ουσιών ΥΣ. οι ερευνητές ισχυρίζονταν ότι το γονίδιο Bt (γονίδιο αντοχής σε έντομα που απομονώνεται από βακτήρια) με την βοήθεια καταλλήλων ρυθμιστικών γονιδίων, θα εκφράζεται μόνο σε ορισμένα μέρη, αυτά που είναι ευαίσθητα στην παρουσία των εντόμων, και όχι σε όλα τα μέρη του (γύρη, καρπός κ.λ.π) ώστε να έχουν ως στόχο μόνο το έντομο και όχι τα εδώδιμα μέρη ή τη γύρη ώστε να μη επηρεάζονται γενετικά μη τροποποιημένες ποικιλίες. Εντούτοις πειράματα έδειξαν ότι γύρη από Γ.Τ. τροποποιημένο καλαμπόκι-bt, μπορεί να αποβεί θανατηφόρος στην πεταλούδα τύπου Monarch 3.

33 25 Η λυκοπένη είναι μέρος μιας ομάδας θρεπτικών στοιχείων γνωστών ως καροτινοειδή. Είναι συγγενής της πιο γνωστής βήτα-καροτίνης και επιτρέπει στο σώμα να αναπτύξει "αντιοξειδωτική" δραστηριότητα. Αυτή η ιδιότητα δίνει στη λυκοπένη τη δυνατότητα να συμβάλει στη μείωση του κινδύνου καρδιακών ασθενειών και καρκίνου που προκαλούνται, τουλάχιστον εν μέρει, από καταστρεπτικά μόρια που ονομάζονται "ελεύθερες ρίζες". Η καλύτερη πηγή λυκοπένης είναι η τομάτα και η Γενετική Μηχανική ευελπιστεί να δημιουργήσει γενετικά τροποποιημένες ποικιλίες τομάτας με ακόμη μεγαλύτερη περιεκτικότητα στην αντιοξειδωτική λυκοπένη. Ως γνωστόν, η βιταμίνη Α επηρεάζει την απορρόφηση και χρησιμοποίηση των αμινοξέων, άρα η έλλειψή της οδηγεί και σε πρωτεϊνικό υποσιτισμό. Γενετική τροποποίηση ρυζιού οδήγησε στο «χρυσό» ή «θαυματουργό ρύζι» που περιέχει γονίδια που παράγουν β-καροτένιο το οποίο μετατρέπεται σε βιταμίνη Α αποτελώντας τροφή για περίπου 2,5 δισεκατομμύρια ανθρώπους που έχουν ως βασική τροφή το ρύζι. Επίσης, από μια άλλη γενετική τροποποίηση ρυζιού, δημιουργήθηκε «θαυματουργό ρύζι» εμπλουτισμένο σε σίδηρο και με γονίδιο που εξουδετερώνει τη δράση του φυτικού οξέος, το οποίο περιέχεται στο ρύζι και αναστέλλει την απορρόφηση του σιδήρου από τον οργανισμό. 27 Σόγια: Η υδρογόνωση του ελαίου στο τηγάνι οδηγεί στη δημιουργία επιβλαβών trans λιπαρών οξέων στα οποία αποδίδονται καρκινογόνες ιδιότητητες. Με γενετική τροποποίηση μπορεί να βελτιωθεί η σύνθεση της σόγιας σε λιπαρά οξέα ώστε να βελτιωθεί η αντοχή τους στην υδρογόνωση. Τέτοιο σογιέλαιο μπορεί να χρησιμοποιείται για υγιεινά προϊόντα αρτοποιίας και για τηγανητές τροφές. Καλαμπόκι: αυξημένα επίπεδα λυσίνης, αμινοξέος με μεγάλη θρεπτική αξία. Ω-3 από φύκια. Δημιουργία σόγιας εμπλουτισμένης με υψηλά ποσοστά ωμέγα-3 λιπαρών οξέων, που θεωρούνται ωφέλιμα για την καρδιά και τον εγκέφαλο. Αυτές οι ουσίες βρίσκονται άφθονες στα λιπαρά ψάρια, τα οποία με τη σειρά τους τις παίρνουν από τα φύκια. Οι ερευνητές πιστεύουν πως η εισαγωγή γονιδίων άλγης θα παράγει σογιέλαιο πλούσιο σε ωμέγα-3 χωρίς τα τρόφιμα να μυρίζουν ψάρι. Άλλες... υποψηφιότητες στη λίστα της βιοτεχνολογίας είναι καλλιέργειες ανθεκτικές στην ξηρασία, πολύτιμες για την αφρικανική ήπειρο και για τις φτωχές χώρες ρύζι εμπλουτισμένο με βιταμίνη A που προλαβαίνει την τύφλωση.

34 28 Οι νηματώδεις σκώληκες στους οποίους έχει εισαχθεί ένα γονίδιο που απομονώνεται από ζύμες (μονοκύτταροι μύκητες) ζουν έως και 50% περισσότερο από το κανονικό, αναφέρουν ερευνητές σε δημοσίευμά τους στο περιοδικό Nature. Στόχος τους τώρα είναι να διαπιστώσουν αν το ίδιο γονίδιο μπορεί να παρατείνει τη ζωή ποντικών και άλλων θηλαστικών. Τα γενετικά τροποποιημένα σκουλήκια έζησαν μέχρι και τρεις εβδομάδες αντί για δύο Οι ζύμες που φέρουν δύο αντίγραφα του γονιδίου ζουν περισσότερο από αυτές που διαθέτουν ένα, ενώ οι ζύμες από τις οποίες απουσιάζει εντελώς το γονίδιο έχουν ιδιαίτερα βραχεία ζωή. Οι νηματώδεις σκώληκες στους οποίους μεταφέρθηκαν πολλαπλά αντίγραφα του γονιδίου έζησαν μέχρι και τρεις εβδομάδες αντί για δύο, που είναι η συνήθης διάρκεια ζωής τους. Όπως αναφέρει ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, το γεγονός ότι το ίδιο γονίδιο επιφέρει τα ίδια αποτελέσματα σε δύο εντελώς διαφορετικούς οργανισμούς οδηγεί τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι το συγκεκριμένο γονίδιο σχετίζεται με τη γήρανση σε όλους τους οργανισμούς.

35 29 Επιφυλάξεις για τα ΓΤΦ Η μεταφορά γονιδίων από είδος σε είδος (δια-ειδική γονιδιακή επέμβαση) θεωρείται αφύσικη αφού διαφορετικά είδη δεν μπορούν με φυσιολογικό τρόπο να ανταλλάξουν γονίδια. Εντούτοις το παράδειγμα του βακτηρίου Agrobacterium που προσβάλλει τα Σολανώδη και γονίδιά του ενσωματώνονται στο γένωμα των φυτικών κυττάρων αποτελεί επιχείρημα της γενετικής μηχανικής ότι και στη φύση γίνεται δια-ειδική ανταλλαγή γονιδίων. Το βακτήριο μάλιστα αποτέλεσε το «δούρειο ίππο» για τη μεταφορά «ξένων» γονιδίων στα φυτά. Η δεύτερη επιφύλαξη αφορά την αλληλεπίδραση του «ξένου» γονιδίου με το γένωμα του φυτού, καθώς θεωρείται ότι η λειτουργία των γονιδίων είναι μη ανεξάρτητη. Ενδέχεται η αλληλεπίδραση να έχει δυσμενείς επιπτώσεις στο φυτό και το περιβάλλον. Επιπλέον «φαινόμενα γενετικής θέσης» (position effects), δηλ. η θέση που καταλαμβάνει το «ξένο» γονίδιο να έχει δυσμενείς επιδράσεις στην έκφραση των υπόλοιπων γονιδίων του φυτού. Ακόμη απρόβλεπτη διαταραχή της γενετικής λειτουργίας, με δεδομένο μάλιστα τη τυχαία ενσωμάτωση του «ξένου» γονιδίου, μπορεί να προκαλέσει μετάλλαξη (πχ διακοπή της συνέχειας ενός άλλου γονιδίου), σίγαση (μη έκφραση ενός γειτονικού γονιδίου), ή έκφραση γονιδίου που θα έπρεπε να είναι σε καταστολή. Άλλη επιφύλαξη αφορά την πιθανή διαφυγή του «ξένου» γονιδίου μέσω της γύρης επηρεάζοντας μη τροποποιημένες ποικιλίες, ή τη δημιουργία ιδιαίτερα ανθεκτικών ζιζανίων στα ζιζανιοκτόνα (αν το «ξένο» γονίδιο αφορά αντοχές σε ζιζανιοκτόνα) Η χρήση γονιδίων αντοχής σε αντιβιοτικά είναι απαραίτητη στη γενετική τροποποίηση των φυτών, και αυτό εγκυμονεί τον κίνδυνο διεύρυνσης της αντοχής των μικροβίων στα αντιβιοτικά Η ευρεία διάδοση γενετικά τροποποιημένων ποικιλιών θα θέσει στο περιθώριο άλλες παραδοσιακά καλλιεργούμενες ποικιλίες με συνέπεια τη απώλεια πολύτιμης βιοποικιλότητας. Ένα άλλο και συγκεκριμένο παράδειγμα απώλειας βιοποικιλότητας αφορά τα Γ.Τ. φυτά που παράγουν τοξίνες Bt. Τα φυτά αυτά παράγουν τις Bt τοξίνες καθόλη τη διάρκεια της ζωής τους και από όλα τα μέρη του φυτού. Η τοξίνη αυτή απελευθερώνεται στο έδαφος και από τις ρίζες κατά την διάρκεια της ανάπτυξης του φυτού, και μέσω της γύρης που πέφτει στο έδαφος, και μετά την συγκομιδή από τα υπόλοιπα μέρη του φυτού που μένουν στο έδαφος. Η συγκέντρωση της τοξίνης Bt στο έδαφος μπορεί να αποβεί καταστρεπτική για τους οργανισμούς που δεν είναι στόχοι, όπως τα ωφέλιμα έντομα, καθώς και άλλα ζωικά είδη. Προϊόντα που προέρχονται από γενετικά τροποποιημένα φυτά ενδέχεται να προκαλούν αλλεργίες Το κόστος προμήθειας σπόρων από Γ.Τ. ποικιλίες είναι πολύ υψηλό. 30 Μπορεί να υποκαταστήσει πλήρως την κλασική Βελτίωση; ΌΧΙ!! (γιατί;)