GMO eller inte GMO? Nya tekniker sätter lagstiftningen på prov Konventionell växtförädling 1
Från jägare/samlare till jordbrukare (10 12 tusen år sedan) Mänsklig selektion Vilda växtpopulationer Bevarande av mutanter med för människan värdefulla egenskaper Domesticering Grödor beroende av människan Växtförädling Nya sorter 2
Växtförädling Förändra växters genetiska egenskaper för att anpassa dem efter människans behov. Förutsätter genetisk variation. Olika kål samma art (Brassica oleracea) Vildkål 3
Teosinte F1-hybrid Majs Teosinte 5-12 kärnor Kärnorna omges av hårt hölje Vid mognad faller enskilda kärnor till marken Överlever mag-tarmkanalen hos djur Förgrenad Majs 500 kärnor eller mer Kärnorna har inget skyddande hölje Kärnorna sitter hårt fästade till kolven Bryts lätt ner i mag-tarmkanalen Ogrenad Till begreppet konventionell växtförädling räknas många olika tekniker t.ex.: Polyploidisering = kromosomfördubbling Toxinet colchicine från tidlösa. Mutagenes = växtmaterial behandlas med mutagena ämnen eller strålning -> många slumpmässiga mutationer i arvsmassan. Kromosomfördubbling inte GMO Mutagenes GMO, men undantas i lagstiftningen. 4
2012-03- 08 Vad skiljer genteknisk förädling från konventionell? 1) Genetiskt material kan överföras mellan vitt skilda organismer 5
. Olika organismer - samma byggstenar 2) Enstaka egenskaper kan överföras Vildart/sort med önskad egenskap " Kommersiell sort Önskad gen Konventionell korsning X! Genteknik Önskad gen " "! 6
Den vilda potatisen Solanum bulbocastum bär på gener som ger resistens mot Phytophtora infestans Bladmögel Solanum bulbocastanum Brunröta Direkt korsning mellan S. bulbocastum och S. tuberosum är inte möjligt S. bulbocastum x S. acaule -> hybrid Kromosomfördubbling av hybriden Kromosomfördubblad hybrid x S. phureja -> trihybrid Trihybrid x S. tuberosum -> tetrahybrid 7
Fortuna Resistensgenerna isoleras från S. bulbocastanum och överförs till S. tuberosum (vanlig potatis). GMO Kontroll GMO Kontroll Kontroll Fältförsök i Sverige Klassisk GMO 8
DNA överförs till en cell och integreras i arvsmassan. Kromosom Cell DNA GMO på molekylär nivå DNA i en organism.aaaattggcctttcgcggtattccttc.ttttaaccggaaagcgccataaggaag DNA tillförs GTCCCCGTTAA CAGGGCAATTT AAAATTGGCCGTCCCCGTTAATTTCGCGGTATTCCTTC.. TTTTAACCGGCAGGGCAATTTAAAGCGCCATAAGGAAG.. Hybridnukleinsyra/rekombinant DNA 9
Från den genetiskt modifierade cellen utvecklas en planta som innehåller den nya genen i alla sina celler. Växten har fått en ny egenskap. GMO eller inte GMO? 10
Definitionerna i lagstiftningen är 20 år gamla. Det har skett en mycket snabb utveckling under denna period. Internet blir tillgängligt för allmänheten 1991. Det är i dagsläget oklart om vissa tekniker leder till en GMO som ska regleras eller inte. Produktbaserad lagstiftning I t.ex. Kanada bedöms en herbicidtolerant gröda på samma sätt oberoende av om den tagits fram via konventionell förädling eller med hjälp av genteknik. Processbaserad lagstiftning Inom EU regleras den herbicidtoleranta gröda som tagits fram med hjälp av genteknik. Den konventionella gör det inte. 11
I de GMO som hittills godkänts har ett nytt DNA-fragment integrerats i arvsmassan för att: ett visst protein ska produceras. proteinproduktionen från en viss gen i organismen ska stängas av. De flesta av de nya teknikerna leder till en organism som: inte innehåller något nytt DNA. inte producerar något nytt protein. Direktiv 2001/18/EG om avsiktlig utsättning av GMO i miljön alla organismer undantaget människa. både utsättning i experimentellt syfte och för att släppa ut på marknaden. Definition Genetiskt modifierad organism: en organism, med undantag för människor i vilken det genetiska materialet har ändrats på ett sådant sätt som inte sker naturligt genom parning och/eller naturlig rekombination. 12
Metoder för genetisk modifiering 1. Hybridnukleinsyratekniker som innebär bildande av nya kombinationer av genetiskt material genom att nukleinsyramolekyler, som framställts utanför en organism, införs i ett virus, en bakterie-plasmid eller i något annat vektorsystem och överförs till en värdorganism, i vilken de inte förekommer naturligt men där de är i stånd till kontinuerlig förökning. 2. Metoder som innebär direkt införande i en organism av sådant ärftligt material som beretts utanför organismen, genom bl.a. mikroinjektion, makroinjektion och mikroinkapsling. 3. Cellfusion (inklusive protoplastfusion) eller hybridiseringsmetoder, som innebär att levande celler med nya kombinationer av ärftligt genetiskt material bildas genom fusion av två eller flera celler på ett sätt som inte förekommer naturligt. 13
Exempel på nya tekniker ODM - Oligonucleotide Dependent Mutagenesis RTDS Rapid Trait Development System Del av en gen man vill förändra..attaaagcccgggccttttccggggtt En syntetisk oligonukleotid (kort DNA-bit) tillförs TTGCGGGCCTGG 14
Oligonukleotiden är designad så att den kan binda till en specifik plats i den gen man vill förändra. Till de platser i genen där man vill göra förändringen kan oligonukleotiden inte binda (A binder alltid till T och G till C)...ATTAAAGCCCGGGCCTTTTCCGGGGTT. TTGCGGGCCTGG Den felaktiga nukleotiden byts ut..attaa C GCCCGG G CCTTTTCCGGGGGTT 3) Oligonukleotiden bryts ner T T G C G G G C C T G G 15
Resultatet blir en riktad mutation. Inget främmande DNA kvar i organismen. Omöjligt att avgöra om mutationen tillkommit: på naturlig väg. via konventionell teknik (mutagenes). med den nya tekniken. ODM tekniken Företaget Cibus har bl.a. tagit fram en herbicidtolerant raps. Grödor med samma egenskap har tagits fram på konventionell väg. Tekniken anses inte leda till en GMO i USA. 16
Konventionell förädling Kromosomer Kemikalier skapar slumpmässiga mutationer över hela arvsmassan. ODM AATTGCGCTTGGAAAA En kort DNA-bit skapar en enstaka mutation på ett förutbestämt ställe i arvsmassan. Inget nytt DNA kvar. Uttryck som används i lagstiftningen Hybridnukleinsyratekniker (rekombinant) Nya kombinationer av genetiskt material I stånd till kontinuerlig förökning Införande av ärftligt material 17
Är en syntetisk oligonukleotid rekombinant? A + T + T + G + G + G +T + T + C + C + G + G = ATTGGGTTCCGG = Rekombinant nukleinsyra? Leder tekniken till nya kombinationer av genetiskt material i organismen?.atttggg..taaaccc...atttagg....taaatcc.. 18
Oligonukleotiden är inte i stånd till kontinuerlig förökning. Oligonukleotiden nedärvs inte ärftligt material som inte nedärvs?? Den mutation tekniken skapar nedärvs och är i stånd till kontinuerlig förökning. Locked Nucleic Acids (LNA) och Peptide Nucleic Acids (PNA) Kubota K et al. Appl. Environ. Microbiol. 2006;72:5311-5317 19
Zinkfingernukleas (ZFN) Består av: DNA-bindande del: Zinkfinger (designas för att binda till ett specifikt ställe i arvsmassan) DNA-klyvande del: Nukleas ZFN-komplex Zinkfingernukleas Nukleotider går förlorade/tillkommer -> mutation Reparation (NHEJ) Dubbelsträngsbrott DNA ZFN Cirkulärt DNA som inte kan replikera DNA- Plasmid mrna 20
Tillfälligt uttryck/närvaro Växtcellkultur Tillfällig närvaro av rekombinant DNA GMM? Inget nytt DNA Mutation GMO som ska regleras? Är den första cellen som bär på rekombinant DNA en genetiskt modifierad mikroorganism (GMM)? Kan en GMM ge upphov till en icke-gmo? 21
Reverse breeding En metod för att producera homozygota plantor för hybridproduktion. (Nederländskt förädlingsföretag - Rijk Zwaan) Reverse breeding Genteknik Heterozygot planta med tillförd gen som hämmar naturlig rekombination. Heterozygot = kromosomerna i ett par är olika med avseende på egenskaper Homozygot= kromosomer i ett par är lika med avseende på egenskaper Klassiska förädlingstekniker Mikrosporer odlas till plantor -> selektion för icke-gmo. Kromosomfördubbling -> homozygot X Innesluten användning Innesluten användning Heterozygot utan främmande gen. Fält 22
GMO i ett tidigt steg i förädlingsprocessen Definition 2001/18/EG Artikel 2 1. genetiskt modifierad organism: en organism, med undantag för människor, i vilken det genetiska materialet har ändrats på ett sådant sätt som inte sker naturligt genom parning och/eller naturlig rekombination. I slutprodukten har det genetiska materialet inte ändrats alls. Kromosomerna i slutprodukten har aldrig burit på något främmande DNA. Syntetiska genom/organismer 23
Direktiv 2001/18/EG Organism: varje biologisk enhet, som kan föröka sig eller överföra genetiskt material. Syntetisk organism- två möjliga angreppssätt: 1) Tyngdpunkten läggs på den mottagande cellen. Tekniken faller utanför direktivets tillämpningsområde eftersom den mottagande cellen inte är en organism. 2) Tyngdpunkten läggs på slutprodukten. Tekniken faller inom direktivets tillämpningsområde eftersom slutprodukten kan anses vara en mikroorganism. Vad händer inom EU? 24
Vetenskaplig arbetsgrupp Utvärderar en lista med nya tekniker där det är osäkert om tekniken resulterar i en GMO/GMM. Direktiv 2001/18/EG om avsiktlig utsättning av GMO i miljön. (omfattar alla organismer utom människa) Direktiv 2009/41/EG om innesluten användning av GMM (mikroorganismer) Europeiska livsmedelssäkerhetsmyndigheten Vilka risker för påverkan på människor, djur och miljö kan de nya teknikerna innebära Finns det ett behov av nya riktlinjer för riskbedömning? Vetenskapligt yttrande om cisgenesis, februari 2012. Cisgenesis = den tillförda genen kommer från samma eller korsningsbar art. Jfr. transgen. 25
Generaldirektoratet Joint Research Center New plant breeding techniques: State-of-the-art and prospects for commercial development http://ipts.jrc.ec.europa.eu/publications/pub.cfm?id=4100 Slutsatser från Joint Research Center Samtliga tekniker har börjat användas av förädlingsföretag. Kommersialisering trolig inom 2-3 år. Företag och universitet inom EU spelar en framträdande roll i utvecklingen av nya tekniker, men företag i USA är mer aktiva när det gäller att patentera teknikerna. Teknikerna har stor potential, men effektiviteten behöver förbättras. 26
Den främsta begränsningen när det gäller utveckling av nya tekniker är osäkerheten som råder när det gäller GMO-lagstiftningen. Kostnaden kommer att vara mycket låg om en produkt klassificeras som icke-gmo och mycket hög om den klassificeras som GMO. Resultatet av de flesta teknikerna kan inte särskiljas från konventionellt framtagna och/eller naturligt förekommande varianter av växten. Omöjligt att utveckla detektionsmetoder som ger otvetydiga svar, vilket är ett krav enligt EUs lagstiftning. GMO eller inte GMO? Det är frågan? 27