ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (Τ.Ε.Ι.) ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ (Σ.ΤΕ.Γ.) ΤΜΗΜΑ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (Τ.Ε.Ι.) ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ (Σ.ΤΕ.Γ.) ΤΜΗΜΑ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Τ Ε I ΚΑΛΑΜ ΑΤΑΣ ΤΜ Η Μ Α ΕΚΔΟΣΕΩΝ λ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗΣ Επιβλέπων Καθηγητής: Δρ. Παυλικάκη Χαρίκλεια (Επιστημονικός Συνεργάτης) ΚΑΛΑΜΑΤΑ 2010 ΣΤΕΓ(ΦΠ) Π.607

2 Τ Ε I ΚΑΛΑ MAT Α Ι Τ Μ Η Μ Α ΕΚΔΟΣΕΩΝ * Β1ΒΛΚ>βΗΚΗΙ Περιεχόμενα Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α... 1 Π Ρ Ο Λ Ο Γ Ο Σ Ε Ι Σ Α Γ Ω Γ Η Γ Ε Ν Ε Τ ΙΚ Α Τ Ρ Ο Π Ο Π Ο ΙΗ Μ Ε Ν Ο Ι Ο Ρ Γ Α Ν ΙΣ Μ Ο Ι ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟΙ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ... 7 Μ εταγω γή...7 Μ ετασχηματισμός...8 Σύζευξη Γενικοί κανόνες για τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς (GMMs=Genetic Modified Microorganisms) Πώς μπορούμε να περιορίσουμε την γενετική ρύπανση που μπορεί να προκληθεί από την ελευθέρωση GMMs; Συστήματα εξάρτησης πλασμιδίων Ενσωμάτωση συστημάτων αυτοκτονίας ή περιορισμού Ποιες διαδικασίες και πειραματικά δεδομένα απαιτούνται για την έγκριση χρήσης ενός GMM ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΦΥΤΑ Στάδια παραγωγής γενετικά τροποποιημένων φυτών...12 α. Επιλογή γονιδίου...12 β. Κλωνοποίηση γονιδίου γ. Μ εταφορά γονιδίων σε φυτικά κύτταρα...13 Μ εταφορά γονιδίων με το Agrobacterium tum efaciens Στόχοι των γενετικών επεμβάσεων στα φυτά ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΣΤΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ο Φ Ε Λ Η Κ Α Ι Ζ Η Μ Ι Ε Σ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ Β ε λ τ ίω σ η Φ υ τ ώ ν Βελτίωση της Φωτοσύνθεσης με Μηχανική Γονιδίων...25 Είναι δυνατόν να παραχθεί καλύτερο κριθάρι και τομάτα; ΠΙΘΑΝΟΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΦΥΤΩΝ 26 Μ εταφορά γονιδίων σε συγγενή (ρυτά και ζιζάνια...27 Δημιουργία Bt-Ανθεκτικών εντόμω ν...28 Δράση της Bt τοξίνης σε έντομα μη-στόχους...29 Αύξηση στη χρήση ζιζανιοκτόνων ΑΠΩΛΕΙΑ ΤΗΣ ΓΟΝΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ Ο ικ ο ν ο μ ικ έ ς ε π ιπ τ ώ σ ε ις τ η ς γ ε ν ε τ ικ ή ς μ η χ α ν ικ ή ς σ τ η γ ε ω ρ γ ία Το κόστος παραγω γής...32 Τι θα πληρώνει ακόμα ο παραγωγός;

3 Ανεπιθύμητη ανθεκτικότητα Χαμένη αγορά και εξάρτηση ΚΟΙΝΩΝΙΚΕΣ ΑΝΗΣΥΧΙΕΣ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Η ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΚΑΙ ΣΤΙΣ Η.Π.Α Η ΚΟΙΝΟΤΙΚΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΕΤΑΛΛΑΓΜΕΝΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 Πρόλογος Η επιστήμη της γενετικής, τον αιώνα που διανύουμε, έχει πραγματοποιήσει σημαντική πρόοδο και προσπαθεί να βελτιώσει την ποιότητα και τις συνθήκες διαβίωσης του είδους μας. Τα γενετικά τροποποιημένα φυτά είναι ζωντανοί οργανισμοί που έχουν υποστεί τροποποίηση των αρχικών γενετικών τους χαρακτηριστικών με προσθήκη, αφαίρεση ή αντικατάσταση τουλάχιστον ενός γονιδίου. Τα κίνητρα που μας οδήγησαν στην επιλογή του θέματος είναι ότι τα γενετικά τροποποιημένα φυτά είναι ένα θέμα ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη του ανθρώπινου είδους. Σε λιγότερο από 100 χρόνια, ορίσθηκαν οι νόμοι που αφορούν την κληρονομικότητα και αποκωδικοποιήθηκε ο γενετικός κώδικας στον οποίο είναι «γραμμένες» οι μονάδες της κληρονομικότητας. Τα τελευταία είκοσι χρόνια, η πρόοδος στην γενετική είχε πρακτικές συνέπειες στη κλινική ιατρική, στην παραγωγή φαρμάκων, στον πειραματισμό σε ζώα, στη γεωργία, στην βιομηχανία και φαίνεται ότι οι δυναμικές εφαρμογές της είναι απεριόριστες. 3

5 1. Εισαγωγή Βιοτεχνολογία είναι η χρήση οργανισμών για την παραγωγή ορισμένων ουσιών, π.χ. για την παραγωγή γιαουρτιού εμβολιάζεται το γάλα με ορισμένα βακτηρίδια γαλακτικού οξέος και αυτά βοηθούν στη μετατροπή του γάλακτος σε γιαούρτι. Το σαλάμι, το τυρί, η μπύρα, το ψωμί παράγονταν ανέκαθεν με τη βιοτεχνολογία. Το νέο στη διαδικασία αυτή είναι η εξέλιξη, κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων, των μεθόδων της βιοτεχνολογίας, με τις οποίες επεμβαίνει κανείς όλο και περισσότερο σε πολυσύνθετες διαδικασίες της ζωής (π.χ. κλωνοποίηση εμβρύων). Η Τεχνολογία του Ανασυνδυασμένου DNA και η Γενετική Μηχανική αποτελούν κλάδο της Βιοτεχνολογίας που ασχολείται με τον γενετικό κώδικα που βρίσκεται σε κάθε κύτταρο. Σήμερα μπορούν να εντοπισθούν και να απομονωθούν γονίδια, να τεμαχισθούν και να μεταφερθούν σε άλλους οργανισμούς. Με την ανταλλαγή των γονιδίων δημιουργούνται οργανισμοί με νέες ιδιότητες, οι γενετικά τροποποιημένοι ή διαγονιδιακοί οργανισμοί. Αυτό γίνεται επειδή τα γονίδια όλων των οργανισμών -του ανθρώπου, των ζώων, των φυτών ή των βακτηριδίων- αποτελούνται από την ίδια χημική ουσία, το DNA και στο γεγονός ότι ο γενετικός κώδικας είναι ίδιος σε όλους τους οργανισμούς. Η εκρηκτική διάδοση της γενετικής μηχανικής οφείλεται στο ότι με τη μέθοδο αυτή είναι δυνατόν να διοχετευθεί γονίδιο από ένα βόδι σε ένα βακτηρίδιο, ένα ανθρώπινο γονίδιο σε ένα ψάρι ή ακόμα και γονίδια σολομού σε τομάτα. Τα βακτηρίδια παράγουν την πρωτεΐνη του βοδιού και τα ψάρια γίνονται τεράστια επειδή τα κύτταρα τους "λειτουργούν" με την οδηγία της ορμόνης του γονιδίου. 5

6 Ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης επέμβασης στο γονιδίωμα των οργανισμών έχουν προκύψει οργανισμοί με νέες ιδιότητες που δεν θα μπορούσαν να τις αποκτήσουν μέσα από φυσικές διαδικασίες. Τέτοιες περιπτώσεις είναι οι μπανάνες που θα μπορούν να παράγουν εμβόλια για χρήση στον άνθρωπο εναντίον μολυσματικών ασθενειών, γλυκοπατάτες ανθεκτικές σε ιούς που τις καταστρέφουν, ψάρια που θα αναπτύσσονται ταχύτερα, δένδρα που θα μπορούν να παράγουν φρούτα και ξηρούς καρπούς σε πολύ λιγότερα χρόνια, πατάτες ειδικά σχεδιασμένες ώστε να απορροφούν λιγότερο λάδι στο τηγάνισμα, φρούτα και λαχανικά με υψηλή περιεκτικότητα στις βιταμίνες Ο και Ε, φυτά ανθεκτικά στην ξηρασία και σε καταστροφικά έντομα και ζιζάνια. Τα ψάρια είναι γενετικά αναγκασμένα να παράγουν υπερβολικά μεγάλες ποσότητες της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης. Μεταβιβάζουν τα ανθρώπινα γονίδια στους απογόνους τους. Δεν ισχύουν πλέον τα όρια που έθεσε η φύση στα διάφορα είδη, εκτός των οποίων δεν μπορούν να πολλαπλασιαστούν. Σπάζουν οι φραγμοί που έχουν τεθεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια στη δημιουργία μεταξύ των ειδών. 6

7 2. Γενετικά Τροποποιημένοι Οργανισμοί Η Γενετική Τροποποίηση (ΓΤ) των οργανισμών είναι μια διαδικασία που δεν σχετίζεται με την συμβατική γενετική βελτίωση των ειδών, όπου συμβαίνει επιλεγμένη διασταύρωση οργανισμών του ιδίου είδους ή συγγενών ειδών. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει την αφαίρεση ή την εισαγωγή ενός ή λίγων γονιδίων ακόμα και από οργανισμούς που απέχουν σημαντικά κατά την συστηματική ταξινόμηση, ανήκουν σε άλλες ομάδες ή και βασίλεια (φυτά, ζώα, μύκητες, μονοκύτταροι οργανισμοί). Με αυτές τις μεθόδους επιτυγχάνονται ενδεχομένως ταχύτερες γενετικές αλλαγές. Σε αντίθεση, η ΓΤ διασπά τους φραγμούς της φύσης και δημιουργεί διαγονιδιακούς οργανισμούς και μάλιστα σε στιγμιαίο χρόνο από εξελικτική άποψη Γενετικά τροποποιημένοι μικροοργανισμοί Η γενετική τροποποίηση των βακτηρίων μπορεί να γίνει είτε με προσθήκη γονιδίου στο γενετικό τους υλικό (κύριο χρωμόσωμα ή πλασμίδια) είτε με αφαίρεση γονιδίου καθώς επίσης και με τροποποίηση υπάρχοντος γονιδίου. Η τεχνητή εισαγωγή των γονιδίων στα βακτήρια μπορεί να γίνει με μετασχηματισμό ενώ στη φύση οι γενετικές ανταλλαγές μεταξύ των βακτηρίων πραγματοποιούνται με τους ακόλουθους τρόπους: Μεταγωγή (Transduction), Μετασχηματισμός (Transformation) και Σύζευξη (Conjugation) Μεταγωγή Πρόκειται για τη μεταφορά γενετικών πληροφοριών μεταξύ βακτηρίων με την βοήθεια φάγων που αποτελούν τους ιούς των βακτηρίων. Συμβαίνει σε υδροφόρα 7

8 συστήματα, σε φυτικές επιφάνειες και σε τροφές. Οι φάγοι χρησιμοποιούνται, στη Γενετική Μηχανική, ως μεταφορείς γενετικού υλικού μεταξύ βακτηρίων και παρουσιάζουν εξειδίκευση ως προς το βακτήριο που προσβάλλουν. Μετασχηματισμός Είναι ανταλλαγή γενετικού υλικού (πείραμα Griffith) μεταξύ προκαρυωτικών οργανισμών στην οποία συμμετέχει DNA που βρέθηκε ελεύθερο στο εξωτερικό περιβάλλον ύστερα από το θάνατο μικροοργανισμών και λύση των κυτταρικών μεμβρανών. Δέκτες του εξωκυτταρικού DNA στο περιβάλλον μπορούν να είναι βακτήρια που βρίσκονται σε κατάσταση ετοιμότητας (competent cells). Τα βακτήρια εισέρχονται σε κατάσταση ετοιμότητας με διαφορετικούς μηχανισμούς ανάλογα με το είδος των βακτηρίων > Μηχανισμός θετικών κατά Gram βακτηρίων Ελέγχεται από τα ίδια τα βακτήρια και συνήθως λαμβάνει χώρα στο τελικό στάδιο αύξησης του βακτηριακού πληθυσμού > Μηχανισμός αρνητικών κατά Gram βακτηρίων Τα βακτήρια έρχονται σε κατάσταση ετοιμότητας όταν η συγκέντρωση ενός πολυπεπτιδίου χαμηλού μοριακού βάρους, που εκκρίνεται από τα ίδια τα βακτήρια, ξεπεράσει μια ορισμένη συγκέντρωση. Extracellular DNA in soil ^ Α Λ Λ Λ ίχ Degradation * Inactivation * 4 Stabilization A m plification & Fragmentation of Biológica] inactivation Binding of DNA to DNA by enzymes of DNA by binding 10 clay particles in soil (exo/endo- nucleases) soil substances like or by' physical shearing humic acids Uptake, integration (or rcctrrularizationi and replication o f DNA by transformable bacteria Σχήμα 1- Ποια είναι η τύχη του εξωκυτταρικού DNA στο περιβά/σον 8

9 Exposure "ΊΛΛΛλΛΛΛ,λΓ^- nu Uptake o f DNA Environmental impact? Σχήμα 2 - Ποια η τύχη του DNA που εισέρχεται στο βακτήριο - δέκτη μετά τον μετασχηματισμό Σύζευξη Είναι η ανταλλαγή εξωχρωμοσωμικού γενετικού υλικού που βρίσκεται σε ελεύθερα μεταφερόμενα πλασμίδια Για να συμβεί σύζευξη θα πρέπει να υπάρξει επαφή μεταξύ κυτταρικών τοιχωμάτων δότη και δέκτη. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ύπαρξη ευκίνητων πλασμιδίων που να μπορούν να μεταφερθούν μεταξύ βακτηρίων. Τα πλασμίδια είναι κυκλικά μόρια DNA και πολλαπλασιάζονται ανεξάρτητα από το υπόλοιπο γονιδίωμα του κάθε βακτηρίου. Ένα βακτήριο μπορεί να περιέχει ένα μόνο αντίγραφο κάθε πλασμιδίου ή περισσότερα αντίγραφα του ίδιου πλασμιδίου. Η μεταφορά από το ένα βακτήριο στο άλλο είναι άμεση χωρίς το πλασμίδιο να ελευθερωθεί πρώτα στο εξωτερικό περιβάλλον. Έχει παρατηρηθεί στο περιβάλλον αλλά με περιορισμούς ως προς το είδος των βακτηρίων που συμμετέχουν. Η σύζευξη είναι σημαντικός μηχανισμός εξέλιξης και εμφάνισης μικροοργανισμών στο περιβάλλον που έχουν την ικανότητα να αποδομούν ταχύτατα οργανικούς ρύπους όπως PCBs, PAHs, γεωργικά φάρμακα Γενικοί κανόνες για τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς (GMMs=Genetic Modified Microorganisms) 1. Τα εισαγόμενα γονίδια είναι προτιμότερο να τοποθετούνται στο χρωμόσωμα των 9

10 μικροοργανισμών και όχι στα πλασμίδια τα οποία μπορούν να μεταφερθούν σε άλλα μέλη της μικροβιακής κοινότητας με ευκολία. 2. Η γενετική τροποποίηση που οφείλεται σε αφαίρεση ενός γονιδίου είναι συνήθως πιο ασφαλής από την προσθήκη γονιδίου στο γονιδίωμα ενός GMM. 3. Από την στιγμή που θα απελευθερωθεί ένας GMM στο περιβάλλον δεν μπορούμε να είμαστε απόλυτα σίγουροι ότι τον εξαλείψαμε, οποιοδήποτε μέτρο και να πάρουμε (διακοπή απελευθέρωσης, απολύμανση). 4. O GMM είτε θα επιβιώσει και θα αποτελέσει μέλος της ενδογενούς μικροβιακής κοινότητας είτε δεν θα επιβιώσει αλλά πιθανόν το γενετικό του υλικό να έχει ήδη μεταφερθεί σε άλλα μέλη της μικροβιακής κοινότητας Πώς μπορούμε να περιορίσουμε την γενετική ρύπανση που μπορεί να προκληθεί από την ελευθέρωση GMMs; Ο περιορισμός της γενετικής ρύπανσης μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: > Ενσωμάτωση συστημάτων εξάρτησης πλασμ,ιδίων (plasmid addiction system) > Ενσωμάτωση συστημάτων αυτοκτονίας ύ περιορισμού (containment systems) Βασικό στόχο έχουν το περιορισμό του κινδύνου διασποράς GMMs ή του γενετικού τους υλικού στο περιβάλλον. Συστήματα εξάρτησης πλασμιδίων Στοχεύουν στον ενεργοποιημένο θάνατο μικροοργανισμών που χάνουν τα πλασμίδια που περιέχουν κατά την διάρκεια του πολλαπλασιασμού τους και έχουν ως στόχο την εξάλειψη από τον μικροβιακό πληθυσμό βακτηρίων που δεν περιέχουν πλασμίδια. Τα υπεύθυνα γονίδια βρίσκονται στα πλασμίδια και αποτελούνται από: Γονίδιο που ελέγχει την παραγωγή τοξίνης (killer gene) Γονίδιο που ελέγχει την παραγωγή «αντιδότου» (antidote) που μπορεί να είναι πρωτεΐνη ή θραύσμα RNA που παρεμποδίζει την μετάφραση του mrna της τοξίνης Kilter ( Antidote \ Σχήμα 3- Θάνατος του βακτΐ]ρίου 10

11 Στηρίζονται στον διαφορετικό ρυθμό με τον οποίο αποδομούνται η τοξίνη και το αντίδοτο. Η τοξίνη (killer protein) παράγεται σε υψηλότερες ποσότητες και διασπάται με βραδύτερους ρυθμούς. Το αντίδοτο διασπάται ταχύτατα από πρωτεάσες. Σε βακτήρια που χάνουν τα πλασμίδια τους, η συγκέντρωση του αντιδότου μειώνεται ταχύτατα σε σχέση με την τοξίνη που παραμένει περισσότερο σταθερή και οδηγεί σε θάνατο του βακτηρίου. Ενσωμάτωση συστημάτων αυτοκτονίας ή περιορισμού Στηρίζονται γενικά στην ενσωμάτωση συστημάτων γονιδίων killer -antikiller στο γονιδίωμα των βακτηρίων. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των killer-antikiller γονιδίων είναι συνδεδεμένη με ρυθμιστές και επαγωγείς καταβολικών μεταβολικών μονοπατιών οργανικών ρύπων (υποκατεστημένα βενζοϊκά παράγωγα, πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες, πολυχλωριωμένα διφαινύλια) Ποιες διαδικασίες και πειραματικά δεδομένα απαιτούνται για την έγκριση χρήσης ενός GMM Οι διαδικασίες αυτές περιγράφονται με λεπτομέρειες στην κοινοτική οδηγία 2001/18/EC. Η οδηγία αυτή στηρίχτηκε σε προηγούμενες οδηγίες (90/220/EC) που αφορούσαν κυρίως διαδικασίες έγκρισης για την απελευθέρωση μικροοργανισμών μη γενετικά τροποποιημένων και επισημαίνει την αναγκαιότητα για πειράματα πεδίου. Πειράματα σε επίπεδο μικρόκοσμου Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων-ασφάλεια Πειράματα σε επίπεδο αγρού 11

12 2.2. Γενετικά τροποποιημένα φυτά Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA (recombinant DNA technology) που αναπτύχθηκε την δεκαετία του 1980 αύξησε τις γνώσεις μας πάνω στην γενετική των οργανισμών και έδωσε την δυνατότητα πρόσβασης στα γονίδια με στόχο την μελέτη της δομής, της οργάνωσης και της λειτουργίας τους καθώς και της λειτουργίας των πρωτεϊνών που κωδικοποιούν. Επίσης έδωσε την δυνατότητα απομόνωσης γονιδίων από διάφορους οργανισμούς και εισαγωγής τους με την βοήθεια ειδικών φορέων σε φυτά, σε ζώα και στον άνθρωπο με σκοπό να προσδίδουν στους οργανισμούς αυτούς επιθυμητά χαρακτηριστικά. Οι οργανισμοί που έχουν υποστεί γενετική τροποποίηση με την εισαγωγή στο γενετικό τους υλικό, DNA από άλλο οργανισμό ονομάζονται Γενετικά Τροποποιημένοι Οργανισμοί ή Διαγονιδιακοί (Genetic Modified Organisms ή GMOs). Μια από τις μεγαλύτερες εφαρμογές των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών στον αγροτικό τομέα είναι η δημιουργία διαγονιδιακών φυτών (GM φυτά) στα οποία έχουν εισαχθεί γονίδια από άλλους οργανισμούς ώστε να αποκτήσουν νέες επιθυμητές ιδιότητες. Τα γονίδια αυτά μπορούν να προσδίδουν στα φυτά ανθεκτικότητα σε ζιζανιοκτόνα, έντομα και παθογόνους μικροοργανισμούς Στάδια παραγωγής γενετικά τροποποιημένων φυτών α. Επιλογή γονιδίου Αρχικά πρέπει να βρεθεί το κατάλληλο γονίδιο από ένα οργανισμό και να μελετηθούν καλά οι ιδιότητές του (όπως η δομή, η λειτουργία του και η ρύθμιση της έκφρασής του) αλλά και της πρωτεΐνης που παράγει (δράση, χαρακτηριστικά, κτλ.). Το γονίδιο επιλέγεται γιατί απομονώνεται εύκολα από την πηγή του, έχει καλά μελετημένες γνωστές ιδιότητες και μπορεί να επιφέρει μια νέα επιθυμητή ιδιότητα στο φυτό (π.χ. να παράγει μια τοξίνη επιλεκτική για την εξόντωση των εντόμων που καταστρέφουν το φυτό). β. Κλωνοποίηση γονιδίου Αφού βρεθεί το γονίδιο πρέπει να κλωνοποιηθεί σε κάποιο φορέα κλωνοποίησης (cloning vector) που είναι συνήθως ένα πλασμίδιο βακτηρίου (κυκλικό μόριο DNA που διπλασιάζεται ανεξάρτητα μέσα στο βακτήριο). Η 12

13 διαδικασία της κλωνοποίησης έχει σαν στόχο: την αναπαραγωγή ενός συγκεκριμένου γονιδίου σε μεγάλες ποσότητες τη διατήρησή του σε ένα συγκεκριμένο μόνο γενετικό στοιχείο όπως είναι το πλασμίδιο, για μοριακές αναλύσεις ή για προετοιμασία για την μεταφορά του σε κάποιον άλλο οργανισμό. Η κλωνοποίηση επιτυγχάνεται με τις τεχνικές του ανασυνδυασμένου DNA (recombinant DNA technology) ή γενικότερα της Γενετικής Μηχανικής (genetic engineering). Οι τεχνικές αυτές βασίζονται σε χρήση ειδικών ενζύμων που ονομάζονται περιοριστικές ενδονουκλεάσες (restrictive endonucleases). Τα ένζυμα αυτά αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και κόβουν το DNA σε συγκεκριμένες θέσεις. Μία σειρά άλλων ενζύμων, που ονομάζονται λιγάσες (ligases) έχουν την ιδιότητα να επανενώνουν τα τμήματα DNA που έχουν προέλθει από τον τεμαχισμό των περιοριστικών ενζύμων. Έτσι δημιουργούνται νέα μόρια DNA που περιέχουν τμήματα από διαφορετικές πηγές. Το νέο μόριο που δημιουργείται ονομάζεται ανασυνδυασμένο DNA (recombinant DNA). Με την δράση των ενζύμων αυτών, ένα γονίδιο απομονώνεται από την πηγή του και συνδέεται με έναν φορέα κλωνοποίησης, δημιουργώντας έναν ανασυνδυασμένο φορέα. Οι ανασυνδυασμένοι φορείς εισάγονται σε κύτταρα ξενιστών και πολλαπλασιάζονται. Οι απόγονοι ενός τέτοιου κυττάρου έχουν όλοι τις ίδιες ιδιότητες με το μητρικό κύτταρο αλλά και μεταξύ τους και μεταφέρουν τον ίδιο ανασυνδυασμένο φορέα που περιέχει το ξένο γονίδιο. Τα κύτταρα αυτά ονομάζονται κλώνοι (clones). Η δημιουργία και στη συνέχεια η απομόνωση ενός τέτοιου κλώνου δίνει την δυνατότητα να παραχθούν απεριόριστες ποσότητες από το συγκεκριμένο DNA που έχει εισαχθεί στους φορείς, το οποίο ονομάζεται κλωνοποιημένο DNA (cloned DNA). Το κλωνοποιημένο DNA περιέχει και το γονίδιο που θα προσδώσει στο φυτό τις επιθυμητές ιδιότητες και μπορεί στη συνέχεια να προετοιμαστεί κατάλληλα ώστε να μεταφερθεί με ειδικούς φορείς στα φυτικά κύτταρα. γ. Μεταφορά γονιδίων σε φυτικά κύτταρα Η μεταφορά ξένου DNA σε φυτικά κύτταρα ονομάζεται μετασχηματισμός (transformation) και μπορεί να επιτευχθεί με βιολογικούς, φυσικούς ή χημικούς τρόπους. Τέτοιοι είναι: 13

14 Μεταφορά γονιδίων μέσω του βακτηρίου Agrobacterium tumefaciens Μεταφορά με ηλεκτροχημικές μεθόδους. Το γενετικό υλικό που εισάγεται μπορεί να είναι: γονίδια από φυτά του ίδιου ή άλλου είδους γονίδια από άλλους οργανισμούς (π.χ. βακτήρια, ζώα) αντι-νοηματικές αλληλουχίες (αλληλουχίες DNA που είναι αντίστροφες των αλληλουχιών ενός κανονικού γονιδίου και όταν εισέλθουν στο κύτταρο καταστέλλουν την δράση του κανονικού γονιδίου). Μεταφορά γονιδίων με το Agrobacterium tumefaciens To Agrobacterium tumefaciens περιέχει ένα ειδικό πλασμίδιο μεγέθους περίπου 200 kb (λό=αλληλουχία DNA που αποτελείται από 1000 ζεύγη βάσεων), το οποίο ονομάζεται πλασμίδιο Ti (tumor inducing) και έχει την ιδιότητα να μετασχηματίζει τα φυτικά κύτταρα, εισάγοντας το DNA του στο γονιδίωμα των κυττάρων [Chilton et al, 1977]. Το πλασμίδιο Ti δεν μεταφέρεται ολόκληρο στα φυτικά κύτταρα αλλά μόνο μια περιοχή του (μήκους περίπου 20 kb), που ονομάζεται T-DNA (Transfer DNA). Η περιοχή αυτή μεταφέρεται στον πυρήνα των φυτικών κυττάρων και επειδή περιέχει ορισμένα ογκογονίδια είναι υπεύθυνη για την δημιουργία ενός είδους καρκίνου, που ονομάζεται crown gall. Επομένως το πλασμίδιο Ti μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας φυσικός φορέας (vector) μεταφοράς και έκφρασης ξένων γονιδίων σε φυτικά κύτταρα. [Λεκανίδου, 1996] Σχήμα 4- Όγκοι σε τριανταφυλλιές που έχουν δημιουργηθεί από την δράση του πλασμιδίου Τι Ο φυσικός μηχανισμός μεταφοράς γενετικού υλικού σε φυτικά κύτταρα από τα αγροβακτήρια χρησιμοποιείται για την δημιουργία διαγονιδιακών φυτών αφού γίνουν οι κατάλληλες γενετικές επεμβάσεις ώστε να εισαχθούν τα ξένα γονίδια [Ηοο>^3α8 & ΒώυΙρβΓοοί, 1992], Βασική προϋπόθεση για την δημιουργία διαγονιδιακών φυτών είναι το ξένο 14

15 γονίδιο εκτός από την αλληλουχία που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη που μας ενδιαφέρει να περιέχει και τις κατάλληλες ρυθμιστικές αλληλουχίες, που θα επιτρέπουν την έκφρασή του στα φυτικά κύτταρα. Άλλη προϋπόθεση είναι το μεταφερόμενο DNA να ενσωματωθεί σε ένα από τα χρωμοσώματα του φυτικού κυττάρου ώστε να αναπαράγεται με τον μηχανισμό του κυττάρου και να μεταφέρεται στα θυγατρικά κύτταρα. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να προκόψει ένα διαγονιδιακό φυτό από ένα αρχικό κύτταρο, στο οποίο το ξένο γονίδιο θα υπάρχει σε όλα τα κύτταρά του. Επειδή η μεταφορά του ξένου γονιδίου στα φυτικά κύτταρα δεν είναι πάντα επιτυχής, πρέπει να είναι δυνατή η ανίχνευση των διαγονιδιακών φυτών. Για το λόγο αυτό μαζί με το ξένο γονίδιο εισάγεται στο πλασμίδιο και ένα γονίδιο-δείκτης αναγνώρισης, που χρησιμεύει για την αναγνώριση των φυτών που έχουν ενσωματώσει και εκφράζουν το ξένο γενετικό υλικό. Τα πιο συνηθισμένα γονίδιαδείκτες είναι γονίδια που δίνουν ανθεκτικότητα σε κάποιο αντιβιοτικό (π.χ. καναμυκίνη) ή σε ένα ζιζανιοκτόνο (herbicide resistance). 1 Εισαγωγή βακτηρίων σε καλλιέργεια φυτικών κυττάρων που περιέχει και το ζιζανιοκτόνο. Επιβιώνουν μόνο τα φυτικά κύτταρο που εκφράζουν το ξένο γονίδιο που τους δίνει ανθεκτικότητα στο ζιζανιοκτόνο Ένα ποοοσιό των φυτικών κυττάρων που περιέχουν το ξένο γονίδιο αναγεννάτε σε ολόκληρα διαγονιδιακά Φυτό Σχήμα 5- Τα στάδια που ακολουθούνται για την δημιουργία διαγονιδιακών φυτών μέσω του Agrobacterium tumefaciens. 15

16 Το 1983 έγινε για πρώτη φορά με επιτυχία δημιουργία διαγονιδιακών φυτών καπνού που εξέφραζαν ένα γονίδιο που τους έδινε ανθεκτικότητα στο αντιβιοτικό καναμυκίνη [Herrera-Estrella et al, 1983, Zambrynski et al, 1983] Το σύστημα μεταφοράς γονιδίων σε φυτικά κύτταρα με το αγροβακτήριο έχει χρησιμοποιηθεί ευρύτατα για τον μετασχηματισμό δεκάδων ειδών δικοτυλήδονων φυτών, όπως ο καπνός, η πατάτα κτλ. Ένα όμως βασικό μειονέκτημα του Agrobacterium tumefaciens είναι ότι δεν προσβάλει εύκολα τα μονοκοτυλήδονα φυτά μεγάλης οικονομικής σημασίας, όπως τα δημητριακά, το ρύζι κτλ. Πρόσφατα βρέθηκε ένα στέλεχος του Agrobacterium που μπόρεσε να δώσει διαγονιδιακά φυτά ρυζιού [Hiei et al, 1994], Στόχοι των γενετικών επεμβάσεων στα φυτά. Οι γενετικές επεμβάσεις στα φυτά στοχεύουν: > Στην αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών, χωρίς αύξηση των χρησιμοποιούμενων στη γεωργία γεωργικών πόρων ή και εφοδίων (επιπλέον λιπάσματα, φυτοφάρμακα, ενέργεια, πλαστικά κλπ). > Να γίνουν τα φυτά ανθεκτικά στις αρρώστιες και τα έντομα, για να περιοριστούν όσο το δυνατόν περισσότερο οι ψεκασμοί και η ευρεία χρησιμοποίηση φυτοφαρμάκων στην γεωργία με όλες τις δυσάρεστες επιπτώσεις τους στο περιβάλλον και τον καταναλωτή. > Στη βελτίωση της αντοχής των φυτών σε διάφορες καταπονήσεις που προέρχονται από αντιξοότητες του περιβάλλοντος, όπως η ξηρασία, οι χαμηλές θερμοκρασίες, τα αλατούχα εδάφη κλπ. > Διευκόλυνση της καλλιεργητικής πρακτικής > Στη βελτίωση της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων και της καταλληλότητάς τους για μεταποίηση, ώστε να αποφεύγεται η χημική παρέμβαση στην φάση της μεταποίησης και να έχουμε υγιεινότερα προϊόντα. > Στην παραγωγή νέων προϊόντων που θα αντικαταστήσουν άλλα λιγότερο υγιεινά η εμπορικά. 16

17 2.3. Κανονισμοί στη Γενετική Μηχανική Ον επιστήμονες διεξάγουν έρευνα γενετικής μηχανικής κάτω από στενά ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες. Τα κτίρια και τα μηχανήματα είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε να εμποδίζουν τη διαφυγή των πρόσφατα γενετικά τροποποιημένων μικροοργανισμών στο περιβάλλον. Η έρευνα υπό αυτές τις συνθήκες μπορεί να διαρκέσει πολλά χρόνια πριν αποφασιστεί οι Γ.Τ.Ο. να δοκιμαστούν εκτός εργαστηρίου. Το Υπουργείο Γεωργίας των Η.Π.Α. (Υ.Γ.Η.Π.Α.) έχει αναπτύξει αυστηρές οδηγίες για τις δοκιμές γενετικά τροποποιημένων οργανισμών, αν οι νέοι οργανισμοί μπορεί να έρθουν σε επαφή με το περιβάλλον. Η διαχείριση και επιβολή αυτών των κανονισμών βρίσκονται υπό τον έλεγχο της Υπηρεσίας Υγειονομικής Επιθεώρησης για τα Ζώα και τα Φυτά (Υ.Υ.Ε.Ζ.Φ.) που είναι τμήμα του Υ.Γ.Η.Π.Α. Επιπλέον, το Υ.Γ.Η.Π.Α. έχει καθορίσει ότι όλες οι υπηρεσίες έρευνας του Υ.Γ.Η.Π.Α. πριν από την έγκριση, δοκιμάζουν σε συνθήκες αγρού κάθε γενετικά τροποποιημένο οργανισμό. Οι γεωπόνοι συχνά ενοχλούνται από ομάδες ανθρώπων που προσπαθούν να σταματήσουν καινοτομίες όπως η γενετική μηχανική. Οι ερευνητές τονίζουν ότι αυτές οι ομάδες είναι συχνά παραπληροφορημένες και διαδίδουν παραπλανητικές πληροφορίες. Πάντως, οι ομάδες αυτές προσφέρουν χρήσιμες υπηρεσίες. Οι διαμαρτυρίες τους είναι ένας άλλος τρόπος ρύθμισης της διαδικασίας πειραματισμού. Αυξημένη ευαισθητοποίηση του κοινού βοηθά στην επιβεβαίωση ότι αυτοί που κάνουν έρευνα παραμένουν επιμελείς και δε γίνονται απρόσεκτοι. Επίσης βοηθά όλους να έχουν συνείδηση του γεγονότος ότι μπορούν να προκύψουν προβλήματα από την απρόσεκτη διεξαγωγή έρευνας πάνω σε γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Το κοινό ανησυχεί για τη χρήση οργανισμών που πιστεύει ότι μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα. Με κυβερνητικούς κανονισμούς, όμως, και τον αυστηρό κώδικα ηθικής που ακολουθείται από τους περισσότερους ερευνητές, τα οφέλη της γενετικής μηχανικής ξεπερνούν κατά πολύ τις πιθανές ζημιές. 17

18 3. Οφέλη και ζημιές Τα οφέλη που αναμένονται από τη χρήση των GM φυτών σχετίζονται με την μείωση της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος από την ελάττωση της χρήσης χημικών εντομοκτόνων και ζιζανιοκτόνων, τα οποία έχουν βλαβερές συνέπειες στο οικοσύστημα αλλά και στην υγεία των ανθρώπων. Πολλοί όμως επιστήμονες αλλά και περιβαλλοντικές οργανώσεις προβάλουν ισχυρές αντιρρήσεις για το κατά πόσο τα προϊόντα αυτά είναι ασφαλή για κατανάλωση από τους ανθρώπους και τα ζώα, και τι είδους απρόβλεπτοι κίνδυνοι μπορεί να προκόψουν για το οικοσύστημα από την γενετική επέμβαση στα φυτά. Το θέμα της εκτίμησης των περιβαλλοντικών κινδύνων από την καλλιέργεια των διαγονιδιακών φυτών είναι ιδιαίτερα σημαντικό και είναι αναγκαία η εντατικοποίηση της έρευνας πάνω στον τομέα αυτό 3.1. Αποτελέσματα Γενετικών Επεμβάσεων Όσον αφορά την αναπαραγωγή φυτών οι κύριες προσπάθειες αφιερώνονται στην ανάπτυξη της στειρότητας των αρσενικών και της αντίστασης στα ζιζανιοκτόνα. Την περίοδο από τον Οκτώβριο του 1991 έως τον Μάρτιο 1993, η Ευρωπαϊκή Ένωση ενημερώθηκε για 122 πειραματικά πεδία, εκ των οποίων 46 ασχολούνται με την αντίσταση στα ζιζανιοκτόνα και 32 με τη στειρότητα των αρσενικών. Ειδικότερα μελετάται η αντίσταση στα ζιζανιοκτόνα Basta/Hoechst και Roundup/ Monsanto στις πατάτες, τον καπνό, τα ζαχαρότευτλα, τον αραβόσιτο, που πιθανόν πολύ σύντομα θα βρίσκονται στην αγορά. Είναι σχετικά εύκολο να αναπτυχθούν γιατί σχετίζονται μόνο με ένα γονίδιο. Η στειρότητα στα αρσενικά αναπτύσσεται διαμέσου της γενετικής μηχανικής έτσι ώστε να παραχθούν υβρίδια με έναν συντομότερο και φτηνότερο τρόπο. 19

19 Στον προγραμματισμό της γενετικής μηχανικής εμφανίζεται η φύση να έχει ατέλειες. Έτσι η φύση θα πρέπει να αντικατασταθεί και να αξιοποιηθεί στο μέγιστο. Οι φυσικοί πόροι διατροφής, όπως ο φοίνικας ή το ζαχαροκάλαμο γίνονται περιττοί. Η σύγχρονη βιομηχανία τροφών αποχωρίζεται από τα φυτά και ανακοινώνει την απαλλαγή της από τα μειονεκτήματα τους. Η παραδοσιακή προσφορά ειδών διατροφής περιορίζεται, ενώ αντίθετα εξαπλώνεται μια νέα κουλτούρα διατροφής από τα γενετικά εργαστήρια με το όνομα "Novel-Food". Ένα άλλο πεδίο είναι η αντίσταση στις ασθένειες (ιούς και μικρόβια). Αυτό είναι πιο δύσκολο γιατί σχετίζεται με περισσότερα γονίδια. Η έρευνα για την ανθεκτικότητα σε μικροοργανισμούς και μύκητες είναι ακόμα σε πολύ πρώιμο στάδιο. Η αντίσταση των εντόμων που βασίζεται στα ΒΤ (.Bacillus thurigensis) γονίδια είναι ένα από τα πιο προωθημένα πεδία. Στις ΗΠΑ μια τέτοια ανθεκτικότητα εντόμων έχει αναπτυχθεί στο βαμβάκι. Επιπρόσθετα η βιομηχανία προσπαθεί κυρίως να αναπτύξει νέα φυτοφάρμακα με γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Μέσα από τις γενετικές μεταλλαγές γίνονται προσπάθειες να αυξηθεί η τοξικότητα της ουσίας που παράγεται από τους μικροοργανισμούς, να περιοριστεί η δραστική εξειδίκευση, δηλαδή να είναι ευρύτερη η χρήση, η να μεταφερθούν τοξικά γονίδια σε άλλους μικροοργανισμούς, ώστε να είναι δυνατή η χρήση τους κάτω από άλλες συνθήκες (ΒΤ γονίδια σε Pseudomonas/Monsanto). Η βιομηχανία επίσης προσπαθεί να αυξήσει την παραγωγή φυσικών υπαρχόντων φυτοφαρμάκων με τη βοήθεια γενετικά μεταλλαγμένων οργανισμών (π.χ. Neem, pyrethrum). Επίσης προσπαθεί να μεταλλάξει τα φυτά για να μπορέσουν να παράγουν τα δικά τους φυτοφάρμακα, έτσι ώστε να αποκτήσουν μεγαλύτερη αντοχή κατά τη μεταφορά τους (ντομάτες) ή για να αναπτυχθούν κάτω από διαφορετικές συνθήκες (αντοχή στο κρύο/πάγο). Η παραγωγή νέων εμβολίων, ενζύμων για τις ζωοτροφές και ορμονών ανάπτυξης, όπως BST, PST, OST, γίνεται με γενετικά μεταλλαγμένους μικροοργανισμούς. Η BST μπορεί να γίνει το πρώτο εμπορικό τεχνητό γονίδιο για την γεωργία. Τα ζώα μεταλλάσσονται ώστε να παράγουν θεραπευτικές ουσίες με το γάλα τους. Προσπάθειες καταβάλλονται επίσης για να αυξηθεί η αντοχή σε ασθένειες (μαστίτιδα στις αγελάδες) ή για να αυξηθεί η παραγωγικότητα, π.χ. γουρούνια που παράγουν κρέας με λίγα λιπαρά, πρόβατα με διαφορετικό μαλλί, ψάρια που αντέχουν στο κρύο, να μεγαλώνουν γρηγορότερα και να γίνονται μεγαλύτερα με γονίδια ανάπτυξης κλπ. 20

20 Η γενετική μηχανική προσφέρει στη βιομηχανία τη δυνατότητα να παράγει τροφή πιο φτηνά. Προσφέρει μεγάλες δυνατότητες στο σχεδίασμά των τροφών. Τα αγροτικά προϊόντα αποσυντίθενται για τον σχηματισμό τροφών με τη χρήση γενετικά μεταλλαγμένων οργανισμών ή ενζύμων τα οποία παράγουν. Αυτό δίνει την δυνατότητα να αντικατασταθούν τα αγροτικά προϊόντα με άλλα προϊόντα ή με συνθετικά (για παράδειγμα ζάχαρη-ίσο γλυκόζη, υποκατάστατο βούτυρο-κακάο). Επιπλέον η τροφή μπορεί να προσαρμοστεί στις απαιτήσεις των εμπόρων (π.χ. συντήρηση) με την χρήση γενετικά παρασκευασμένων προσθέτων Βελτίωση Φυτών Η βελτίωση φυτών είναι η συστηματική διαδικασία συνδυασμού των γενετικών παραγόντων των γονέων με σκοπό την παραγωγή θυγατρικών φυτών ανώτερης αξίας. Κάποια μορφή της βελτίωσης των φυτών είχε ήδη ξεκινήσει πριν αρχίσει να καταγράφεται ακόμη η ιστορία. Όλα τα φυτά που σήμερα καλλιεργούνται σ' ολόκληρο τον κόσμο ήταν κάποτε άγρια. Εκατοντάδες διαφορετικά είδη φυτών καλλιεργούνται από τους παραγωγούς. Αυτά τα φυτά είναι γνωστά ως ποικιλίες. Χιλιάδες από αυτές τις ποικιλίες αναπτύχθηκαν από τους βελτιωτές φυτών για την παραγωγή καλύτερων αποτελεσμάτων κάτω από μία ποικιλία συνθηκών. Η πρώτη βελτίωση φυτών δεν ήταν τίποτα παραπάνω από τον εντοπισμό των καλύτερων φυτών και τη χρήση του σπόρου τους για τη δημιουργία νέων καλλιεργειών. Μετά την διατύπωση των νόμων της κληρονομικότητας από τον Mendel, έγιναν σημαντικές πρόοδοι στη βελτίωση των φυτών. Αυτές οι πρόοδοι σημειώθηκαν όταν περίπου άρχισαν οι βελτιωτές αυτών να χρησιμοποιούν συστηματικές μεθόδους για την παραγωγή των φυτών που ήθελαν. Ίσως οι μεγαλύτερες πρόοδοι στον τρόπο καλλιέργειας των φυτών σημειώθηκαν ως αποτέλεσμα της καλλιέργειας καλύτερων φυτών. Το πόσο καλά ένα φυτό μεγαλώνει και καρποφορεί επηρεάζεται από παράγοντες όπως πόσο καλά απορροφά νερό και θρεπτικά στοιχεία, το μέγεθος του καρπού, πόσο αποτελεσματικά φωτοσυνθέτει και πόσους σπόρους παράγει. Όλοι αυτοί οι παράγοντες επηρεάζονται σημαντικά από την καλλιέργεια ανώτερων φυτών. Για παράδειγμα, το πόσο καλά ένα φυτό απορροφά νερό και αντέχει μία περίοδο ξηρασίας, επηρεάζεται από το μέγεθος και το βάθος των ριζών. Τα φυτά με μακρύτερες ρίζες φτάνουν μακρύτερα μέσα στο έδαφος από τα φυτά με βραχύτερες ρίζες. Οι βελτιωτές φυτών μπορούν να επιλέξουν 21

21 φυτά που έχουν μακρύτερες ρίζες για να τα χρησιμοποιήσουν σ ένα πρόγραμμα βελτίωσης που στοχεύει στη δημιουργία φυτών ανθεκτικών στην ξηρασία. Οι βελτιωτές φυτών έχουν πάντα καθορισμένους στόχους για τον τύπο του φυτού που θέλουν να παράγουν. Αυτοί οι στόχοι συνήθως συγκεντρώνονται γύρω από το είδος της καλλιέργειας που χρειάζεται ή τις συνθήκες καλλιέργειας. Για παράδειγμα, ένα πρόβλημα που απασχολούσε για χρόνια τη βιομηχανία κηπευτικών ήταν το υψηλό κόστος των εργατικών συγκομιδής. Η αυτονόητη λύση ήταν η δημιουργία μηχανών που να κάνουν τη συγκομιδή. Το κύριο πρόβλημα ήταν ότι καλλιέργειες όπως τα φασόλια και οι τομάτες ωριμάζουν κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου αντί όλη η σοδειά να ωριμάζει ταυτόχρονα. Η λύση ήταν να αναπτυχθούν ποικιλίες που ωριμάζουν ταυτόχρονα και μπορούν να συγκομιστούν την ίδια στιγμή. Ένα άλλο πρόβλημα που επιλύθηκε μέσω της βελτίωσης φυτών ήταν η δημιουργία τοματών που ήταν αρκετά ανθεκτικές για ν' αντέξουν την ταλαιπωρία της μηχανικής συγκομιδής χωρίς να σκίζονται ή να μωλωπίζονται. Η προσαρμογή των φυτών σε διαφορετικά περιβάλλοντα έχει αποτελέσει από παλιά στόχο των βελτιωτών φυτών. Τα φυτά που κάποτε αναπτύσσονταν καλά μόνο σε μια περιοχή, έχουν βελτιωθεί για να καλλιεργούνται σε διαφορετικά κλίματα. Για παράδειγμα, διαφορετικές ποικιλίες σόγιας καλλιεργούνται στις νότιες απ' ό,τι στις βόρειες πολιτείες των Η.ΓΊ.Α. Ο βορράς έχει μικρότερη καλλιεργητική περίοδο και τα φυτά θα πρέπει να ωριμάσουν και να σποροποιήσουν σε συντομότερο χρόνο. Αυτές οι διαφορετικές ποικιλίες ήταν αποτέλεσμα επιστημονικού προγράμματος βελτίωσης φυτών κατά το οποίο συστηματικά επιλέγονταν και καλλιεργούνταν φυτά που ανταποκρίνονταν στις κλιματικές απαιτήσεις. Οι βελτιωτές φυτών έμαθαν ότι διασταυρώνοντας δύο καθαρές ποικιλίες ενός φυτού μπορούσαν να αποκτήσουν φυτά ανώτερα και από τους δύο γονείς. Αυτή η διασταύρωση αναφέρεται ως υβριδισμός. Με τα υβρίδια εκμεταλλευόμαστε το φαινόμενο της ετέρωσης που κάνει το θυγατρικό φυτό-υβρίδιο να αποκτά ανώτερα χαρακτηριστικά από τους γονείς. Μπορεί να αναπτύσσεται συντομότερα, να είναι ανθεκτικότερο στις ασθένειες ή να παράγει περισσότερους καρπούς ή σπόρους από τους γονείς. Οι βελτιωτές φυτών χρησιμοποιούν εδώ και χρόνια αυτό το φαινόμενο για να παράγουν περισσότερο αποδοτικά φυτά. Απ όλα τα επιτεύγματα που βελτίωσαν την παγκόσμια γεωργική παραγωγή, η δημιουργία υβριδίων αραβοσίτου κατατάσσεται στα πιο σπουδαία. Η παραγωγή υβριδίων αραβοσίτου ξεκίνησε στις Η.ΓΊ.Α. γύρω στις αρχές του 20ου αιώνα από το 22

22 βοτανολόγο George Shull. Η ποικιλία αραβοσίτου που δημιούργησε δόθηκε για καλλιέργεια το 1909 και απέδωσε περισσότερο απ' όλες τις άλλες ποικιλίες που καλλιεργούνταν. Το 1920 η χρήση των υβριδίων άρχισε να επεκτείνεται σημαντικά. Σήμερα, παράγονται διαρκώς νέες ποικιλίες-υβρίδια σχεδόν για όλα τα καλλιεργούμενα φυτά γεωργικής χρήσης και ο αραβόσιτος δεν αποτελεί εξαίρεση. Οι νέες ποικιλίες που δημιουργούνται είναι το αποτέλεσμα της έρευνας που διεξάγεται στα πανεπιστήμια των Η.Π.Α. Επιπλέον, πολλές μεγάλες εμπορικές εταιρείες ερευνούν και παράγουν σπόρο για πώληση στους παραγωγούς. Η ετήσια πώληση σπόρου υβριδίων απασχολεί ένα μεγάλο μέρος της γεωργικής βιομηχανίας. Νέες ποικιλίες παράγονται σχεδόν κάθε χρόνο και η τιμή του σπόρου καθρεφτίζει τα χρόνια ανάπτυξης που απαιτήθηκαν για την παραγωγή του σπόρου. Για να είναι μια νέα ποικιλία χρήσιμη δεν αρκεί μόνο να πληροί τους όρους που τέθηκαν από το βελτιωτή φυτών, αλλά επιπλέον θα πρέπει μέσω του σπόρου να παράγονται διαρκώς φυτά που φέρουν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Αυτή η διαδικασία είναι χρονοβόρα και απαιτεί πολλά βήματα επί πολλών γενεών φυτών για την επίτευξη των επιθυμητών αποτελεσμάτων. Για παράδειγμα, για τη δημιουργία ενός νέου υβριδίου αραβοσίτου απαιτούνται περίπου δέκα χρόνια και πολλοί επιστήμονες όπως γενετιστές, εντομολόγοι, παθολόγοι και ειδικοί στατιστικής. Όπως και με τα πειράματα του Mendel, η διαδικασία ξεκινάει με τη δημιουργία καθαρών σειρών γονέων. Αυτό γίνεται για να εξασφαλιστεί ότι τα χαρακτηριστικά που ενδιαφέρουν το βελτιωτή ελέγχονται από κυρίαρχα γονίδια. Ένας βελτιωτής φυτών ξεκινάει με την επιλογή μιας ομομεικτικής σειράς. Αυτό σημαίνει ότι το φυτό έχει αυτο-επικονιαστεί για πολλές γενιές και παράγει διαρκώς τα ίδια χαρακτηριστικά. Οι επιστήμονες θα πρέπει όχι μόνο να επιλέγουν τα καλύτερα φυτά όσον αφορά στην εκπλήρωση των στόχων που έθεσαν, αλλά επίσης να επιλέγουν και για άλλα χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, ας πούμε ότι ένας βελτιωτής φυτών θέλει να δημιουργήσει μια ποικιλία αραβοσίτου η οποία ωριμάζει αρκετά σύντομα ώστε να καλλιεργηθεί σε μια περιοχή με μικρή καλλιεργητική περίοδο. Ο επιστήμονας θα επιλέξει ως γονέα μια ποικιλία που ωριμάζει σύντομα και από αυτά τα φυτά θα επιλέξει ένα μικρό ποσοστό φυτών που ωριμάζει λίγο νωρίτερα από τ' άλλα. Ο επιστήμονας θα πρέπει να βεβαιωθεί ότι τα πρώιμα φυτά έχουν σταθερούς βλαστούς, αντοχή σε έντομα και ασθένειες όπως και στη μηχανική συγκομιδή και τέλος, καλές αποδόσεις. 23

23 Για να βεβαιωθεί ο επιστήμονας ότι τα φυτά φέρουν όλα τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, θα πρέπει να καλλιεργήσει τη μητρική σειρά για πολλές γενιές. Αντίθετα με τα μπιζέλια που χρησιμοποίησε ο Mendel, ο αραβόσιτος είναι σταυροεπικονιαζόμενο φυτό. Αυτό σημαίνει ότι γύρη από ένα διαφορετικό φυτό μπορεί να γονιμοποιήσει το θηλυκό γαμέτη. Το φυτό του αραβοσίτου φέρει μια αρσενική ταξιανθία (φόβη) στην κορφή του φυτού που παράγει τη γύρη. Η θηλυκή ταξιανθία του φυτού βρίσκεται αρκετά χαμηλότερα στο βλαστό και αναγνωρίζεται από τα νημάτια σα μετάξι που αναδύονται από την κατασκευή. Αυτή η κατασκευή αναπτύσσεται στον σπάδικα του αραβόσιτου. Στη φύση, ο άνεμος μεταφέρει τη γύρη από το ένα φυτό στο άλλο και είναι δύσκολο να προσδιορίσεις από πού προέρχεται η γύρη. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, οι βελτιωτές φυτών χρησιμοποίησαν σακούλες για να καλύψουν τόσο τις αρσενικές όσο και τις θηλυκές ταξιανθίες για να παρεμποδίσουν την ανεπιθύμητη γύρη να φτάσει στο σπάδικα. Οι σακούλες που καλύπτουν τις άρρενες ταξιανθίες χρησιμοποιούνται για τη συλλογή της γύρης για τη γονιμοποίηση. Στη συνέχεια η γύρη τοποθετείται πάνω στα νημάτια της θηλυκής ταξιανθίας του ίδιου φυτού και επιτυγχάνεται η γονιμοποίηση του θηλυκού γαμέτη. Με τη χρησιμοποίηση της γύρης από το ίδιο φυτό, διατηρείται η γενετική καθαρότητα του φυτού. Όταν, στη συνέχεια, οι παραγόμενοι σπόροι συγκομίζονται και σπέρνονται δίνουν νέα φυτά από τα οποία επιλέγονται τα καλύτερα που θα δώσουν σπόρους για την επόμενη γενιά. Στην πραγματικότητα, μόνο περίπου το 1% των φυτών είναι αρκετά καλά για να χρησιμοποιηθούν σα γονείς για την επόμενη γενιά. Όταν δύο ομόμεικτες σειρές είναι έτοιμες να διασταυρωθούν, ο βελτιωτής φυτών ορίζει τη μία σαν το θηλυκό και την άλλη σαν τον άρρενα γονέα. Οι αρσενικές και θηλυκές ταξιανθίες καλύπτονται όπως και κατά τη διαδικασία παραγωγής των ομόμεικτων σειρών, αλλά χρησιμοποιείται η γύρη από το φυτό που ορίστηκε σαν τον άρρενα γονέα. Η σακούλα απομακρύνεται από τη θηλυκή ταξιανθία του φυτού που ορίστηκε σαν τον θήλυ γονέα και τοποθετείται η γύρη. Μια άλλη συναρπαστική δυνατότητα είναι η ανάπτυξη γενετικά δημιουργηθέντων μικροοργανισμών που ζουν στο πεπτικό σύστημα (μεγάλη κοιλία) των βοοειδών. Συνηθισμένα μικρόβια στο πεπτικό σύστημα διασπούν μεγάλες ποσότητες κυτταρίνης από τα φυτά. Αυτό επιτρέπει στα βοοειδή να καταναλώνουν τροφές όπως χόρτο και σανό. Αν μπορούσαν να αναπτυχθούν μικρόβια που διασπούν λιγνίνη, η οποία συνδέει τις ίνες ξύλου, τότε τα βοοειδή θα μπορούσαν να καταναλώνουν και ξυλώδη προϊόντα δηλαδή να τραφούν με πριονίδι! Μια 24

24 δυνατότητα είναι η εξαγωγή DNA από τερμίτες και η προσθήκη του στη γενετική δομή των μικροβίων του πεπτικού συστήματος. Οι τερμίτες διασπούν τη λιγνίνη και αναπτύσσονται πάνω σε ξύλο. Βελτίωση της Φωτοσύνθεσης με Μηχανική Γονιδίων Στη φωτοσύνθεση, το φυτό χρησιμοποιεί ηλιακό φως για την δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τη μετατροπή του σε σάκχαρα και άμυλο. Το φυτό τα χρησιμοποιεί αυτά για την ανάπτυξη των σπόρων, των φρούτων και των κονδύλων ή άλλων φυτικών μερών οικονομικής αξίας όπως φύλλα, ρίζες και βλαστοί. Επειδή η παραγωγικότητα των καλλιεργειών αυξάνεται όταν η φωτοσύνθεση γίνεται πιο γρήγορα, η έρευνα κατευθύνεται προς τη βελτίωση αυτής της διαδικασίας. Μια προσέγγιση της ερευνητικής ομάδας του Υ.Γ.Η.Π.Α. στο Τμήμα Γεωργίας του Πανεπιστημίου του Ιλινόις ήταν η επιτάχυνση του πρώτου σταδίου της φωτοσύνθεσης. Αρκετά χρόνια πριν, αυτή η ομάδα ανακάλυψε ένα ένζυμο το οποίο ρυθμίζει το ρυθμό απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα από τα φύλλα. Στη συνέχεια απομονώθηκε το γονίδιο που καθορίζει τη δομή αυτού του ενζύμου και συνεπώς τη δράση του ενζύμου. Χρησιμοποιώντας τη γενετική μηχανική, πολλές διαφορετικές αλλαγές προκλήθηκαν στο γονίδιο για ν' αλλάξουν τις ιδιότητες του ενζυμικού του προϊόντος. Δεν μπορεί να προβλεφθεί πώς οι αλλαγές στα ένζυμα θα επηρεάσουν τη δραστηριότητα τους. Επειδή τα ένζυμα έχουν πολύ οργανωμένες δομές, οι αλλαγές συνήθως οδηγούν σε μειωμένη δραστηριότητα. Σ' αυτή την περίπτωση πάντως, ένα από τα μεταλλαγμένα ένζυμα είχε μεγαλύτερη δραστηριότητα από το κανονικό. Σήμερα γίνονται προσπάθειες ενσωμάτωσης των τροποποιημένων γονιδίων στα φυτά, χρησιμοποιώντας καθιερωμένες μεθόδους γενετικής μεταμόρφωσης. Μετά τη μεταμόρφωση, γίνονται μετρήσεις φωτοσύνθεσης των διαγονιδιακών φυτών. Αυτοί οι έλεγχοι θα καθορίσουν την πιθανότητα βελτιωμένης παραγωγικότητας των φυτών τροποποιώντας αυτό το συστατικό της φωτοσύνθεσης. Είναι δυνατόν να παραχθεί καλύτερο κριθάρι και τομάτα; Αρωματικό, εύγευστο ψωμί φτιαγμένο από ένα ασυνήθιστο κριθαρένιο αλεύρι μπορεί να εμφανιστεί αύριο στα ράφια των supermarket. Αυτό έγινε πραγματικότητα από τους βιοτεχνολόγους της Υπηρεσίας Γεωργικής Έρευνας/Πανεπιστήμιο California, Κέντρο Έκφρασης Φυτικών γονιδίων οι οποίοι 25

25 βελτίωσαν μεθόδους εισαγωγής νέων, χρήσιμων γονιδίων στο κριθάρι (1998) Η ομάδα της βιοτεχνολογίας του κριθαριού αποτελείται από τους Peggy G Lemaux και Yunechun Wan. Αυτοί οι ερευνητές εισήγαγαν γονίδια που μπορεί να βελτιώσουν την αντοχή του κριθαριού στον ιό ίου κίτρινου νανισμού. Οι Lemaux και Wan διερευνούν τώρα (2008) τα γονίδια που μπορούν να δώσουν πλούσια γεύση στο κριθαρένιο ψωμί που είναι ζυμωμένο χωρίς την προσθήκη σταρένιου αλευριού. Ένα άλλο βιοτεχνολογικό εγχείρημα που πρόσφατα προβλήθηκε (2002) μπορεί να αποδώσει τομάτες που βασίζονται στις φυσικά εμφανιζόμενες τρίχες του φυλλώματος για να απομακρύνουν, παγιδεύουν ή θανατώνουν έντομα εχθρούς. Αυτό θα μπορούσε τελικά να μειώσει την ανάγκη των εντομοκτόνων, λέει η ερευνήτρια Sheila Μ. Colby. Μια καλλιέργεια που έχει ωφεληθεί από την έρευνα του Κέντρου Έκφρασης Γονιδίων είναι ο αραβόσιτος. Ο Yunechun Wan εισήγαγε νέα γονίδια σε εργαστηριακές καλλιέργειες κυττάρων αραβόσιτου. Στη συνέχεια δημιούργησε γενετικά τροποποιημένα φυτά αραβόσιτου που φέρουν στο εσωτερικό τους τα νέα γονίδια. Η προσέγγιση του Wan μπορεί να επιταχύνει τα πειράματα, εξαλείφοντας την ανάγκη για χρονοβόρες διαδικασίες. Η Υπηρεσία Γεωργικής Έρευνας επίσης σχεδιάζει να χρηματοδοτήσει μελέτες που αφορούν νέες μεθόδους αντιμετώπισης της άσπρης μύγας της γλυκοπατάτας που προκαλεί μεγάλες ζημιές σε τομάτα, βαμβάκι, alfalfa και άλλες καλλιέργειες. Οι επιχειρήσεις της τομάτας και του κριθαριού συμπληρώνουν την έρευνα μοριακής βιολογίας φυτών του κέντρου. Επιδεικνύουν την επιθετική πολιτική του κέντρου να αντλεί ερευνητές με μοναδικά προσόντα και νέες πηγές χρηματοδότησης για να δουλέψουν σε σκληρά βραχύχρονα προγράμματα. Επιπλέον ο Οργανισμός Βάμβακος χρηματοδοτεί τη γενετική βελτίωση του βάμβακος έτσι ώστε τα φυτά να μην καταστρέφονται από την τυχαία μεταφορά χημικών ουσιών από τα γειτονικά κτήματα Πιθανοί περιβαλλοντικοί κίνδυνοι από την καλλιέργεια γενετικά τροποποιημένων φυτών Η καλλιέργεια των γενετικά τροποποιημένων φυτών στη φύση ενέχει πολλούς κινδύνους, εφόσον υπάρχουν ενδείξεις ότι τα GM φυτά αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους και κανείς δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι θα παραμείνουν γονιδιακά σταθερά με το πέρασμα του χρόνου [Klinger, 1998]. Οι επιστήμονες εκφράζουν 26

26 φόβους ότι τα «ξένα» γονίδια των γενετικά τροποποιημένων φυτών μπορούν να μεταφερθούν σε άλλα αυτόχθονα είδη φυτών είτε σε άλλους οργανισμούς, όπως τα βακτήρια. Οι μακροχρόνιες επιπτώσεις στο περιβάλλον μπορεί να είναι απρόβλεπτες, γιατί δεν μπορούν να εκτιμηθούν με ακρίβεια με τα σημερινά μέσα που διαθέτει η επιστήμη. Τα επόμενα χρόνια αναμένεται ραγδαία εξάπλωση των GM φυτών. Εκτιμάται ότι σε 10 χρόνια το 70% των βασικότερων καλλιεργειών θα είναι γενετικά τροποποιημένες [Gachet et al, 1999], Το γεγονός αυτό επιτείνει την ανάγκη για διεξοδική μελέτη των επιπτώσεων των νέων αυτών καλλιεργειών στο περιβάλλον, με πολύ πιο εκτεταμένες έρευνες, περισσότερες δοκιμές πεδίου και συνεχή παρακολούθηση για αρκετά ακόμη χρόνια. Μεταφορά γονιδίων σε συγγενή φυτά και ζιζάνια Ένας από τους βασικότερους κινδύνους από την καλλιέργεια στη φύση των γενετικά τροποποιημένων φυτών είναι η πιθανή μεταφορά ή διασπορά γονιδίων (gene transfer ή gene flow) που μπορεί να γίνει μετά από διασταύρωση των διαγονιδιακών φυτών με φυτά που αποτελούν την φυσική βλάστηση ή με ζιζάνια. Το τελευταίο προβληματίζει ιδιαίτερα γιατί αν τα γονίδια των GM φυτών, που συνήθως είναι γονίδια που προσδίδουν ανθεκτικότητα σε έντομα ή μικρόβια, μεταφερθούν στα ζιζάνια των καλλιεργειών, αυτά θα γίνουν ανθεκτικά και θα αντιμετωπίζονται με μεγάλη δυσκολία. Η μεταφορά γονιδίων μεταξύ των φυτών, ιδιαίτερα μεταξύ συγγενικών ειδών αλλά και μεταξύ ειδών που ανήκουν σε διαφορετικά γένη, μπορεί να γίνει με την μεταφορά γύρης από το ένα φυτό στο άλλο [Mikkelsen et al, 1996]. Πρόσφατες έρευνες απέδειξαν ότι μπορεί να γίνει μεταφορά γονιδίων μεταξύ καλλιεργήσιμων φυτών και φυτών του άγριου τύπου. Σύμφωνα με μια από αυτές, μεταφέρθηκε γύρη από ένα παράσιτο σε διαγονιδιακό φυτό ελαιοκράμβης, που περιείχε ένα γονίδιο ανθεκτικότητας σε ένα ζιζανιοκτόνο. Τα υβρίδια που προέκυψαν, μετά από συνεχείς διασταυρώσεις απέκτησαν τα χαρακτηριστικά του παρασίτου αλλά περιείχαν και το γονίδιο της ανθεκτικότητας [Chevre et al, 1997], Ανάλογες έρευνες έδειξαν δυνατότητα μεταφοράς γονιδίων μεταξύ καλλιεργήσιμου τεύτλου και του άγριου συγγενούς φυτού Beta vulgagiis [Bartsch et al, 1999], Μια πιθανή λύση είναι μπορεί να είναι η εισαγωγή των γονιδίων στο DNA των χλωροπλαστών του φυτικού κυττάρου. Θεωρείται ότι τα γονίδια των χλωροπλαστών 27

27 δεν μεταδίδονται με την γύρη γιατί οι χλωροπλάστες κληρονομούνται από το μητρικό φυτό [Daniell et al 1998, Scott & Wilkinson 1999]. Πολλοί όμως ερευνητές δεν συμφωνούν με το γεγονός ότι οι χλωροπλάστες μεταδίδονται με αυτόν τον τρόπο σε όλα τα είδη των φυτών [Cummins 1998, Stewart & Prakash 1998]. Στην Ευρώπη το ζήτημα της μεταφοράς γονιδίων σε συγγενή φυτά αντιμετωπίζεται με σοβαρότητα και ευαισθησία. Στην Ελβετία, για παράδειγμα, διαπιστώθηκε πρόσφατα ότι δύο ποικιλίες καλαμποκιού (Ulla και Benicia), που είχαν εισαχθεί από τις ΗΠΑ, περιείχαν γενετικά τροποποιημένο DNA σε ποσοστό 0,1-0,5%. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην απαγόρευση της κυκλοφορίας των σπόρων και στην καταστροφή των καλλιεργειών που ήδη είχαν φυτευτεί. Το γεγονός αυτό δείχνει τη διαφορά στην αποδοχή των GM φυτών μεταξύ της Ευρώπης και των ΗΠΑ. Στις ΗΠΑ οι καλλιέργειες του διαγονιδιακού καλαμποκιού αλλά και άλλων ειδών συνεχώς επεκτείνονται και τα προϊόντα που προκύπτουν από αυτές δεν χρειάζονται ειδική σήμανση. Στην Ελλάδα ο κίνδυνος της διασποράς γονιδίων από τα γενετικά τροποποιημένα φυτά περιορίζεται μόνο στα είδη που προϋπήρχαν στον ελλαδικό χώρο και για τα οποία υπάρχουν συγγενή φυτά. Τέτοιο φυτό είναι η ελαιοκράμβη. Η Ελληνική Εθνική Επιτροπή απέρριψε ομόφωνα αίτηση για καλλιέργεια γενετικά τροποποιημένης ελαιοκράμβης με ανθεκτικότητα σε ζιζανιοκτόνο, για τον φόβο της μεταφοράς της ανθεκτικότητας στα φυσικά φυτά της χώρας μας. Για άλλα όμως είδη, όπως το καλαμπόκι, τη ντομάτα και τη σόγια, δεν υπάρχουν συγγενή είδη στην Ελλάδα. Σ' αυτήν την περίπτωση δεν υπάρχει, θεωρητικά τουλάχιστον, ο κίνδυνος να μεταφερθούν γονίδια από τα γενετικά τροποποιημένα φυτά στους φυσικούς πληθυσμούς [Τσαυτάρης 1998, Τύπας 1999]. Δημιουργία Bt-Ανθεκτικών εντόμων Τα Bt φυτά φέρουν το γονίδιο που παράγει την τοξίνη Bt, η οποία εξοντώνει επιλεκτικά ορισμένα είδη εντόμων. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η εντατική καλλιέργεια Bt φυτών μπορεί να οδηγήσει στην δημιουργία και επικράτηση στελεχών εντόμων ανθεκτικών στην τοξίνη Bt [Shelton & Zhao 2000, demaagd 1999]. Τα έντομα αυτά μετά από τυχαία μετάλλαξη σε κάποιο γονίδιο αποκτούν ανθεκτικότητα στην τοξίνη Bt. Η δημιουργία ανθεκτικών εντόμων στην τοξίνη Bt σε μεγάλη κλίμακα μπορεί να οδηγήσει στην αχρήστευση του Bt ως εντομοκτόνου, που θεωρείται φυσικό προϊόν και φιλικό προς το περιβάλλον, με αποτέλεσμα την χρησιμοποίηση αντ αυτού 28

28 επιβλαβών χημικών εντομοκτόνων. Ένας τρόπος να αντιμετωπισθεί ο κίνδυνος της δημιουργίας Bt-ανθεκτικών εντόμων είναι να καλλιεργούνται τα Bt φυτά ταυτόχρονα με φυτά του ίδιου είδους που δεν παράγουν την τοξίνη (wild type). Ο σκοπός είναι, αν υπάρξουν έντομα ανθεκτικά ως προς την τοξίνη Bt, να διασταυρωθούν με τα μη ανθεκτικά έντομα που συχνάζουν στις καλλιέργειες των φυτών άγριου τύπου. Έτσι τα γονίδια ανθεκτικότητας, που συνήθως είναι υπολειπόμενα, δεν θα εκφράζονται στα έντομα που προκύπτουν από την διασταύρωση Bt-ανθεκτικών με μη ανθεκτικών εντόμων. Για την αποτελεσματικότητα της μεθόδου πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πολλοί παράγοντες, όπως το είδος των εντόμων που εξετάζονται και ο τύπος της Bt-τοξίνης [Butler et al, 1999], Μια άλλη στρατηγική για την αποφυγή της δημιουργίας Bt-ανθεκτικών εντόμων είναι η εισαγωγή γονιδίων στα φυτά που παράγουν διαφορετικές τοξίνες Bt. Στις καλλιέργειες των φυτών αυτών είναι πολύ πιο δύσκολο να δημιουργηθούν έντομα ανθεκτικά για όλες τις τοξίνες. Παρόλα αυτά αμφισβητείται η αποτελεσματικότητα της μεθόδου εφόσον μπορεί να δημιουργηθούν έντομα ανθεκτικά σε πολλαπλούς τύπους της τοξίνης Bt [Huang et al, 1999]. Δράση της Bt τοξίνης σε έντομα μη-στόχους Οι απρόβλεπτες συνέπειες από τη δράση της τοξίνης Bt σε οργανισμούς που δεν είναι βλαβεροί για τις καλλιέργειες και ίσως είναι και ωφέλιμοι γι αυτές, αποτελεί ένας από τους σοβαρότερους οικολογικούς κινδύνους. Την άνοιξη του 1999 ο ερευνητής John Losey του πανεπιστημίου Cornell των ΗΠΑ ανακοίνωσε στο επιστημονικό περιοδικό Nature τα αποτελέσματα ερευνών του σχετικά με την επίδραση της γύρης από γενετικά τροποποιημένο καλαμπόκι, στο οποίο είχε εμφυτευτεί το γονίδιο της τοξίνης Bt, στην πεταλούδα του είδους Danaus plexippus (πεταλούδα μονάρχης). Ο Losey βρήκε σε εργαστηριακά πειράματα ότι πεταλούδες που τρέφονταν από αγριόχορτο που περιείχε γύρη του GM καλαμποκιού έτρωγαν λιγότερο από τις άλλες, ενώ πάνω από τις μισές κάμπιες πέθαναν [Losey et al, 1999]. 29

29 ns Σχήμα 6- Η πεταλούδα. Μονάρχης (Danaus plexippus) Η έρευνα του Losey προξένησε μεγάλη ανησυχία στις ΗΠΑ για την τύχη του συγκεκριμένου είδους πεταλούδας αλλά και άλλων ωφέλιμων εντόμων. Τα αποτελέσματα διόγκωσαν τις ήδη υπάρχουσες διαμαρτυρίες και επιφυλάξεις που υπάρχουν για την χρήση των Bt φυτών, γιατί αναδεικνύουν τον κίνδυνο της διαταραχής της βιοποικιλότητας [Hodgson, 1999]. Όμως δε θορυβήθηκαν μόνο η κοινή γνώμη και οι περιβαλλοντικές οργανώσεις, που όπως ήταν φυσικό απαίτησαν την απαγόρευση της καλλιέργειας του καλαμποκιού Bt. Οι μεγάλες αγροχημικές εταιρείες (Monsanto, Novartis κτλ.) έσπευσαν να χρηματοδοτήσουν έρευνες που θα αντέκρουαν τα αποτελέσματα του Losey. Πράγματι στις 2 Νοεμβρίου διοργανώθηκε συμπόσιο στο οποίο ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών. Ο Galen Diveley του πανεπιστημίου του Maryland υποστήριξε ότι τα φυτά του καλαμποκιού δεν απελευθερώνουν γύρη την χρονική περίοδο που οι πεταλούδες τρέφονται από τα γειτονικά αγριόχορτα, ενώ ο Mark Sears από το πανεπιστήμιο του Guelph στο Ontario ανακοίνωσε ότι όλη η ποσότητα της γύρης που διασπείρεται από τον αέρα καταπίπτει σε μια ζώνη 10 γυαρδών γύρω από το χωράφι λόγω του σχετικά μεγάλου βάρους των γυρεόκοκκων του καλαμποκιού. Μάλιστα η συγκέντρωση της γύρης σ αυτή τη ζώνη δεν φτάνει τους 500 κόκκους ανά τετραγωνικό εκατοστό, συγκέντρωση που απαιτείται για την απειλή της πεταλούδας. Ένας άλλος εντομολόγος, ο John Foster από το πανεπιστήμιο της Nebraska, είπε ότι η απειλή του μεταλλαγμένου καλαμποκιού για την πεταλούδα είναι αμελητέα σε σχέση με το θερισμό των λιβαδιών που πραγματοποιείται τακτικά στις ΗΠΑ. Στο τέλος του συμποσίου ο παριστάμενος Losey σχολίασε ότι τα στοιχεία που παρουσιάστηκαν δε δικαιολογούν εφησυχασμό για την τύχη της πεταλούδας Monarch [Νέα Οικολογία, Μάιος 2000]. 30