Rovat: Tudomány - 0

{#}{#} Írásomban egy gyakorlati példán szeretném bemutatni a GMO növények tervezési hiányosságait


A cikk kissé technikai jellegű, de bízom benne, hogy a laikusok számára is érthető.

Úgy látom, ez a GMO téma maradós lesz, úgy gondoltam én is kialakítok egy álláspontot a kérdésben. Mivel a készen kapott leírások, tanulmányok egymást kölcsönösen kizáró alaptézisekre épülnek, arra kényszerültem, hogy magam nézzek a motorháztető alá, és a látottak alapján saját véleményt formáljak.

Mérnök ember lévén mindig is érdekeltek a dolgok működési elvei, köztük a génmódosításé is. És most, hogy ilyen felkapott lett ez a téma, ez remek lehetőséget adott, hogy ez irányú kíváncsiságom kielégítsem. Gondoltam teszek egy kísérletet, és megosztom a nagyközönséggel a kialakult nézeteim, hátha van rá érdeklődő.

Sokat gondolkodtam, hogy milyen mélyen menjek bele a témába (mármint a cikk írásakor, nem a háttérkutatás végzésekor) és a végén arra jutottam, hogy a lehető legkevésbé szeretném az olvasót "felesleges" tudással traktálni, de ahhoz, hogy objektív véleményt tudjunk formálni a témában, az alább tárgyalt GMO szerkezeti felépítését kénytelen vagyok megismertetni az olvasóval.

Tekintettel arra, hogy az EU-ban termelhető 84 féle génmódosított növény közel fele (40 fajta) kukorica és a témaindító esemény is a kukoricához kapcsolódik, így én is egy kukoricafajtát vettem górcső alá. Mégpedig a Genuity® (Monsato márka) SmartStax™ RIB Complete® Corn Blend kereskedelmi elnevezésen futó, MON89034 x TC1507 x MON88017 x 59122 kódú fajtát.

A gyártó szerint ez a termék hét szintű védelemmel rendelkezik, melyet 8 fehérjetermelő transzgén beültetésével valósítottak meg. Ebből hat a kártevők elleni előmérget tartalmazó fehérje termeléséhez, kettő a gyomirtótűréshez szükséges. Konkrétan ez a típus az alábbi négy genetikailag módosított kukoricafajta hibridje, mely a Monsato és a Dow Agro-Sciences közötti együttműködés eredménye. A YieldGard-ok a Monsato, a Herculex-ek a Dow Agro-Sciences fejlesztései. Maga a hibrid, és külön-külön a négy összetevője is az Európai Unióban mind közvetlen emberi fogyasztásra, mind takarmányozásra használható.

1. YieldGard™ VT Pro™ (MON-89O34-3)
2. Herculex™ I (DAS-O15O7-1)
3. YieldGard™ VT™ Rootworm™ RR2 (MON-88O17-3)
4. Herculex™ RW (DAS-59122-7)

Mielőtt nagyon belecsapunk a lecsóba, néhány alapkifejezést azért tisztáznunk kell.

Gén: A DNS egy meghatározott szakasza, ami egy bizonyos fehérjét kódol. Ha a teljes DNS-t egy merevlemeznek tekintenénk, a gén egy fájl lenne rajta.

Promoter: Közvetlenül a gén előtt elhelyezkedő DNS szakasz, ami a gén elejét jelzi és meghatározza, hogy a gén milyen körülmények között fejeződjön ki, azaz kerüljön legyártásra a benne kódolt fehérje.

Terminátor: Közvetlenül a gén után elhelyezkedő DNS szakasz, ami a gén végét jelzi. A gén kifejeződésére is hatással lehet.

Intron: Fehérjét közvetlenül nem kódoló gén szakasz, viszont a fehérjeszintézis folyamatához köze lehet. Az informatikai példánál maradva, jelen cikkben felmerülő esetekben, erős túlzással tekinthetjük "beállítási fájloknak".

Plazmid: A plazmid általában egy gyűrű alakú DNS molekula, mely a baktériumokra a legjellemzőbb, de megtalálhatóak még az archeákban (ősbaktériumok), valamint egyes élesztőgombákban, algákban és növényfajokban is.
A plazmidban tárolt DNS nem része az organizmus eredeti kromoszómális genetikai állományának, hanem valamilyen plusz információt hordoz. Az analógiánkat továbbvíve, a kromoszómában tárolt DNS az organizmus gyári szoftvere, amely tartalmaz mindent, amire az adott organizmusnak alapból szüksége van.Például anyagcsere folyamatok, szaporodás stb...

A plazmid pedig egy kis szoftverfrissítő patch, amely megtanítja az organizmust arra, hogy hogyan emésszen meg egy adott antibiotikumot (ezzel rezisztenciát kifejlesztve ellene), vagy hogyan termeljen mérget egy természetes ellensége ellen.
A plazmidokban tárolt örökítő információ nem csak az utódoknak történik átadásra, hanem már elő egyedek között is terjed (Ezt nevezzük horizontális géntranszfernek).

Most pedig vegyük sorra a Genuity® SmartStax™ összetevőibe ültetett gének felépítését.




A fenti árbán látható a YieldGard™ VT Pro™ plazmid vektora.

A plazmid vektor

A plazmid vektor egy T-DNS gyűrű, amivel egy talajlakó Agrobacterium tumefaciens baktériumot fertőznek meg, majd ez a baktérium ülteti be a T-DNA I és T-DNA II DNS részeket.
Mivel a T-DNA II DNS szakasz gazdasági jelentőségű gént nem tartalmaz (csak markergént), azt a gyártó hagyományos nemesítéssel eltávolította a kukorica génállományából. Ezért a T-DNA I szakasszal nem kell foglalkoznunk.

A T-DNA I-el és a T-DNA II-vel sem jelölt rész másolatindító szekvenciarészleteket és restrikciós zónákat tartalmaz, így azokkal sem kell törődnünk.
A T-DNA I szakaszban a BstEII, NcoI, SspI, PflFI részek restrikciós zónák (helyek ahol a DNS-t a hely nevével azonos nevű restrikciós endonukleáz elvágja), ezért ezekre sem kell különösebb figyelmet fordítani.

Ebben a típusban mind a kettő beültetett gén egy-egy kártevőirtásért felelős előmérget (protoxin) termeltet.

Az első gén:
  • enhanced 35S plant promoter (P-e35S): Ez egy folyamatos (konstitutív) promoter, mely a karfiol mozaik vírusból származik.
  • 5’ untranslated leader of the wheat chlorophyll a/b/-binding protein (wt CAB leader): Búzából származó, a klorofill (zöld színtest) a és b fajtájának kötőfehérjéje. Jelen esetben fehérjeszintézis-serkentő (rna translation enhancer) szerepe van.
  • ract1 intron: A rizsből származó rice actin 1 sequence promoter első intronja, itt DNS átírás serkentő (DNA transcription enhancer) hatása van.
  • cry1A.105: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • 3’ nontranslated region of the coding sequence for wheat heat shock protein 17.3 (tahsp17 3’): A gén terminátora.
A második gén:
  • figwort mosaic virus 35S promoter (FMV): Ez is egy folyamatos (konstitutív) promoter, csak ez a görvélyfű mozaik vírusból származik.
  • first intron from the maize heat shock protein 70 gene (Hsp70): Kukorica hősokk proteint leíró gén első intronja. Stabilizálja a génkifejeződés szintjét.
  • chlorophyll transit peptide of maize ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase small subunit and first intron (SSU-CTP): A kukorica RuBisCO (fotoszintézis során a szénmegkötés során szerepet játszó) enzimjét a kloroplasztiszba (fotoszintézist végző sejtszervecske) történő szállítását végző peptidet leíró géntöredék és a hozzá tartozó első intron. Feladata (jelen esetben), a termelt cry2Ab2 fehérje a kloroplasztiszba történő szállítása.
  • cry2Ab2: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • nopaline synthase 3’ polyadenylation sequence (NOS 3’): A gén terminátora.
A Dow Agro-Sciences
 
nem engedte nagyon bő lére a vetőmagjainak biztonsági értékeléseit (6 oldal), de a beültetett gének azért benne vannak. 
A fenti ábrán a Herculex™ I kukoricába ültetett gének láthatóak.
Ebben az esetben a pat markergén, egyben a gyomirtótűrésért is felel, úgyhogy most nem szelektálunk ki semmit.
Az első gén:
  • maize ubiquitin-1 promoter (ubiZM1 (2)): Egy Ubiquitin fehérje alapú folyamatos (konstitutív) promoter, kukoricából származik.
  • cry1F: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • trailing regulatory Agrobacterium Orf25 (ORF25 Poly A Term): A gén terminátora.
A második gén:
  • 35S Porm: Ez egy folyamatos (konstitutív) promoter, a karfiol mozaik vírusból származik.
  • pat: Ez a gén által termelt fehérje. A gyomirtótűrést (Glufozinát-ammónium tűrés) valósítja meg. Kereskedelmi elnevezése LIBERTY®.
  • 35S Term: A gén terminátora.
A fenti árbán látható a YieldGard™ VT™ Rootworm™ RR2 plazmid vektora.
A plazmid vektor egy T-DNS gyűrű, amivel egy talajlakó Agrobacterium tumefaciens baktériumot fertőznek meg, majd ez a baktérium ülteti be a Left Border (LB), illetve a Right Border (RB) közötti, DNS részt.

Mivel a végtermékbe, csak az Insert-DNA-val jelölt génkazetták vannak jelen (a többi a beültetéshez szükséges másolatindító szekvenciarészleteket és a markergént tartalmazza), csak ezen rész elemzésével foglalkozunk.
Az első gén a gyomirtótűrést (RoundupReady 2, RR2) valósítja meg, a második a kártevőirtásért felelős előmérget (protoxin) termelteti.

Az első gén:
  • rice actin 1 sequence (P-ract 1): Ez egy folyamatos (konstitutív) promoter, mely a rizsből származik. A hozzá tartozó intron (fehérjét nem kódoló DNS szekvencia) nélkül nem működik. A gyökérzetben valamivel kevésbé aktív.
  • ract1 intron: A fenti promoter része, és kötelező kelléke. DNS átírás serkentő (DNA transcription enhancer) hatása van.
  • chloroplast transit peptide 2 (CTP2): Egy szállítást végző peptid, melynek feladata (jelen esetben), a termelt CP4 EPSPS fehérje a kloroplasztiszba (fotoszintézist végző sejtszervecske) történő szállítása.
  • cp4 epsps: Ez a gén által termelt fehérje. A gyomirtótűrést (Glifozát tűrés) valósítja meg. Kereskedelmi elnevezése Roundup Ready 2.
  • nopaline synthase 3’ polyadenylation sequence (NOS 3’): A gén terminátora.
A második gén:
  • enhanced 35S plant promoter (P-e35S): Ez egy folyamatos (konstitutív) promoter, mely a karfiol mozaik vírusból származik.
  • 5’ untranslated leader of the wheat chlorophyll a/b/-binding protein (wt CAB leader): Búzából származó, a klorofill (zöld színtest) a és b fajtájának kötőfehérjéje. Jelen esetben fehérjeszintézis-serkentő (rna translation enhancer) szerepe van.
  • ract1 intron: Az első génhez hasonlóan, itt is DNS átírás serkentő (DNA transcription enhancer) hatása van.
  • cry3Bb1: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • 3’ nontranslated region of the coding sequence for wheat heat shock protein 17.3 (tahsp17 3’): A gén terminátora.


A fenti ábrán a Herculex™ RW kukoricába ültetett gének láthatóak.

Ebben az esetben is a pat markergén, egyben a gyomirtótűrésért is felel, úgyhogy most sem szelektálunk ki semmit.

Az első gén:
  • maize ubiquitin-1 promoter (UbiZm1(intron1) PRO): Egy kukoricából származó, Ubiquitin fehérje alapú folyamatos (konstitutív) promoter.
  • cry34Ab1: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • PINII TERM: A gén terminátora.
A második gén:
  • TA PEROXIDASE AND NATIVE LEADER PRO: Ez egy búzából származó, gyökérzet-preferált (gyökérzetben jobban aktív) promoter.
  • cry35Ab1: Ez a gén által termelt fehérje. A Bacillus thuringiensis baktérium által termelt kártevőirtó előméreg (protoxin).
  • PINII TERM: A gén terminátora.
A harmadik gén:
  • CAMV35S(ACK) PRO: Ez egy folyamatos (konstitutív) promoter, a karfiol mozaik vírusból származik.
  • pat: Ez a gén által termelt fehérje. A gyomirtótűrést (Glufozinát-ammónium tűrés) valósítja meg. Kereskedelmi elnevezése LIBERTY®.
  • CAMV35S TERM: A gén terminátora.

A 35S Porm és a CAMV35S(ACK) PRO ugyanúgy a karfiol mozaik vírus promoterét jelentik, csak a két leírásban kétféle elnevezéssel hivatkoznak rájuk. A 35S Term és a CAMV35S TERM terminátorokkal ugyanez a helyzet.

Az enhanced 35S plant promoter (P-e35S) a CaMV 35S egy átalakított változata. A CaMV 35S természetes (eredetileg is benne lévő) serkentő DNS-szakaszát génsebészeti eljárással megkettőzték, melynek célja a még aktívabb génkifejeződés, azaz még több legyen a gén által termeltetett fehérje.

Most, hogy a technikai részleteket sikerült letudni le vonnám a következtetéseim.

Látható, hogy egyetlen kivétellel, minden esetben folyamatos (konstitutív) promotert használtak a beültetésre került gének tervezői. Ez azt jelenti, hogy a növény minden egyes sejtje, a növény teljes életciklusa alatt folyamatosan termeli, az ezen promoterekkel szabályozott fehérjéket. Teszi mindezt függetlenül attól, hogy az adott protoxinra épp ténylegesen szükség van-e.

Minden organizmus a szaporodáson kívül kétféle életfolyamatot gyakorol: a növekedést és a védekezést. E két folyamat között egy egyensúlyi állapotnak kell kialakulnia. Ha egy organizmus csak növekszik, de nem védi meg magát, akkor zsákmánya lesz valami másnak. Viszont, ha csak védekezik, akkor nem tud növekedni, fejlődni.

A természetben mind a növényeknél, mind az állatoknál megfigyelhető, hogy ez a két "mód" szét van választva. Az állatoknál és az embernél erre vannak a stresszhormonok, adrenalin, stb..., a növényeknél hősokk, sebzés és stressz indukált proteinek. Mivel a génmódosítás jelen esetben nem terjed ki a kukorica növekedési-, és anyagcsere folyamataira a génmódosított növény is ugyanannyi erőforrásból kénytelen gazdálkodni, mint a nem génmódosított társai.

Teljesen logikus, ha a növénybe a folyamatos védekezés bele van kódolva, ez a növekedési és fejlődési folyamatoktól komoly erőforrásokat von el, aminek véleményem szerint köze van a GM növények terméseiben mérhető súlyos tápanyaghiányokhoz.
Az előmérgek ilyen módon történő termeltetését ezért nem tartom elfogadható megoldásnak. Egy ilyen védelemnek valahogy úgy kellene működnie, mint az immunrendszernek. Ha a növényt egy kártevő megtámadja, akkor azon a helyen, ahol a hernyó megrágja, ott induljon be az előméreg termelése, és addig tartson, amíg a kártevő le nincs kűzdve.

Ilyen megoldás esetén a termelt protoxinok mennyisége is nagyságrendekkel kisebb lenne a folyamatos termeltetéshez képest. Akár kisebb, mint ha egy nem génmódosított növényt hagyományos növényvédőkkel permeteznének, hiszen a kártevő elleni védelem, csak apró, jól behatárolt területen, korlátozott ideig aktiválódna. Ennek nem mellesleg környezetvédelmi szempontból is nagy előnye lenne. Egy ilyen megoldást már egy valódi előrelépésnek tudnék nevezni.

Egy hasonló módon működő védelem, a növényekben eredetileg sebgyógyítási funkciókat ellátó sebzés-indukált (wound-inducible) promoterek alkalmazásával ha nem is tökéletes hatékonysággal, de a jelenleginél sokkal jobban megvalósítható lenne. Ilyen promoterre példa a például a win3 géncsalád (1995), wun1 (1989), pin2 (1993).

Nem állítom, hogy az imént felsorolt promoterek minden módosítás nélkül egy az egyben képesek lennének megfelelően ellátni egy ilyen védelmet, viszont felhívnám a figyelmet a felsorolásban lévő évszámokra. A legújabb is idestova húsz éves, és a mai technológiával a géntervezők már nincsenek is rászorulva a természetből vett promoterekre. Már szintetikus, azaz teljes egészében az ember által tervezett promoterek is elérhetőek.

Ezek alapján úgy gondolom, hogy egy fenti elven működő kártevők elleni védelem megalkotásának technikai akadálya nincs. Hozzátenném, hogy ha esetlegesen az általam felvázolt konstrukció mégsem valósítható meg, azzal sem lenne semmi különösebb problémám. De ebben az esetben viszont azt nem értem, hogy az ilyen kukoricák miért a konyhákban, és miért nem a laborokban vannak intenzív fejlesztés alatt.

Külön felhívnám a figyelmet a Monsato YieldGard™ VT™ Rootworm™ RR2 fajtára, mely a kizárólag a kukorica gyökérzetét támadó kukoricabogár lárvája ellen termel egy protoxint.
Ennek ellenére a kérdéses gént a karfiol mozaik vírusból származó CaMV 35S promoter egy továbbfejlesztett változatával (P-e35S) látták el, ráadásul azt a wt CAB leader és ract1 intron serkentőkkel még meg is toldták.

A fajta igen nagy intenzitással, minden sejtében termel egy növényvédőszert egy olyan kártevő ellen, ami csak a gyökérzetre veszélyes. Az ugyanezen kártevő ellen kifejlesztett Herculex™ RW esetében legalább a kettőből az egyik gént egy gyökérzet-preferált promoterrel szabályozzák. Ez persze nem azt jelenti, hogy ebben az esetben a fehérje csak a gyökérzetben termelődik, hanem csak azt, hogy ott több.
Érdekességképp még megjegyezném, hogy a YieldGard™ VT™ Rootworm™ RR2 előtt négy évvel kifejlesztett YieldGard Rootworm® (MON 863) fajtában még gyökérzet-preferált promoterrel (4-AS1) szabályozták ugyanezt a cry3Bb1 fehérjét.

Továbbá vegyük észre, hogy a Herculex™ I második génje és a Herculex™ RW harmadik génje megegyezik, így az általuk termeltetett pat fehérje dupla intenzitással jelenik meg a hibrid végtermékben.

További érdekesség, hogy a Genuity® SmartStax™ hibridnek nincs külön biztonsági értékelése. Mint kiderült a vonatkozó amerikai és európai szabályozás szerint erre nincs is szükség. A logika az, hogy ha az összetevők külön-külön biztonságosnak lettek minősítve, akkor ha ezeket "összekeverjük", akkor azzal sem lehet semmi gond. Őszintén szólva kicsit sem osztom sem a vetőmaggyártók, sem az élelmiszer biztonsági hatóságok magabiztosságát ebben a kérdésben (sem).

Végezetül leszögezném, hogy szerény véleményem szerint a génmódosított organizmusoknak nagy jövője van, leginkább is a gyógyszer- és vegyiparban. De az élelmiszeripari alkalmazásokat sem szeretném kizárni. Meggyőződésem, hogy lehet jó génmódosított növényeket, sőt állatokat is tervezni, de ehhez még genomikáról sokkal, de sokkal többet kell tudni. Ez a tudományág még nagyon gyermekcipőben jár.

De mindenek előtt a fent tárgyalt, és az ahhoz hasonló tervezési gyakorlatokkal kellene minél előbb felhagyni, mert a valóban előremutató fejlesztések megalkotása ilyen hozzáállással nem fog menni.

Így csak azt is elrontják, ami most természetes úton a rendelkezésünkre áll, és ez az emberiség szempontjából erősen kontraproduktív.
Nos, azok akik kitartottak eme hosszú cikk végéig, most megnézhetik, hogy a fentiek ellenére milyen szenzációs termék is a Genuity® SmartStax™ RIB Complete® Corn Blend kukorica.
Jó szórakozást!



Ezt a cikket kísérletképp írtam, hogy felmérjem az olvasói igényeket az ilyen írások iránt. Ha ez nem illik a magyarfoldre.hu profiljába akkor nyugodtam le lehet törölni, viszont ha van igény rá akkor lesz folytatás. Abban az esetben a GMO növények által termelt fehérjék biztonságáról, és ennek ellenőrzési gyakorlatáról lesz szó.

A cikk kommentálható a Cikkek a főoldalon topicban. Bármilyen szakmai illetve tartalmi kritikát szívesen fogadok, az esetlegesen felmerülő kérdésekre válaszolok, viszont a személyeskedő megjegyzésekre nem fogok reagálni. De szólásszabadsághoz fűződő jogait senkinek nem kívánom elvitatni, csak gondoltam szólok előre.

Forrásjegyzék:


Promoterek

http://www.cambia.org/daisy/promoters/242/g1/250.html

http://www.cambia.org/daisy/promoters/242/g1/250/263.html

https://books.google.hu/books?id=8IiZBQAAQBAJ&pg=PA221&lpg=PA221&dq=fmv+camv+promoter+constitutive&source=bl&ots=IDMDOY6_vA&sig=mi9290ojoxv0hO2j6v3k14YxItA&hl=hu&sa=X&ei=vDVPVbjSLcasswGz5YGwBg&ved=0CFEQ6AEwBQ#v=onepage&q=fmv camv promoter constitutive&f=false

http://www.cambia.org/daisy/promoters/242/g2/266.html

http://www.cambia.org/daisy/promoters/242/g2/265.html

http://www.plantphysiol.org/content/109/1/73.full.pdf

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC159832/pdf/010961.pdf

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8343596

Egyéb

https://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/approvedeventsin/default.asp?CountryID=EU

http://www.momsacrossamerica.com/tags/2012_corn_comparison

Köszönöm a figyelmet!

szeghalmi