Biotechnologie se zbláznila

Několik kilometrů od Sacramenta stojí za plotem několik velkých skleníků. V létě jsou přes sklo a na polích kolem skleníků vidět známé hlávky slunečnic. Rostliny jsou vysoké, rovné a zdravé, s tlustými listy, které dosahují kalifornského slunečního světla. Vypadají přesně jako slunečnice pěstované po celých Spojených státech - kromě plastových klecí kolem každé květiny.

Květiny jsou pokryty biology ve výzkumném zařízení Pioneer Hi-Bred ve Woodland v Kalifornii, které vlastní skleníky, pole kolem nich a slunečnice v obou. Rostliny jsou transgenní – to znamená, že do jejich chromozomů byly vloženy geny z jiných organismů. Umístění slunečnicových hlávek do klecí pomáhá zabránit tomu, aby vánek roznášel geneticky upravený pyl po oblasti, což by porušovalo federální zákony zakazující vypouštění neschválených transgenních organismů.

Aby ochránili obchodní tajemství společnosti Pioneer, vědci se snaží diskutovat o své práci, ale vládní povolení naznačují, že slunečnice ve Woodlandu byly podrobeny plné výzbroji současné biotechnologie. Rostliny, napumpované geny z až půl tuctu dalších druhů, odpuzují moly a viry, bojují s houbovými chorobami a produkují semena s trvanlivostí delší, než je skladovatelnost jejich neinženýrských bratranců. Pro Pioneer budou tyto superslunečnice, jak se jim někdy říká, malým, ale významným krokem vpřed v boji o nasycení explodující světové populace, jejíž počet se podle odhadů sníží na 10 miliard. Ale pro kritiky jsou oni – a zemědělská biotechnologie, která je vytvořila – ekologickou hrozbou, která zničí přírodní systémy, na nichž závisí lidský život.

Boj mezi těmito zakořeněnými názory je nelítostný. V loňském roce farmáři a aktivisté zničili pět tun transgenního semene ve Francii, zničili pole s geneticky upravenými plodinami v Německu a přesvědčili sedm evropských řetězců supermarketů, aby přestaly prodávat značkové zboží obsahující bioinženýrské produkty. Letos v únoru koalice 70 skupin a jednotlivců zažalovala americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv, aby zablokoval používání tuctu transgenních plodin jako bezprostřední hrozbu pro životní prostředí.

I když americká vláda podporuje zemědělské biotechnologie, evropské země ustupují od toho, co aktivisté nazývají Frankenfoods. Rakousko a Lucembursko zakázaly geneticky modifikovanou kukuřici; Norsko také postavilo mimo zákon kukuřici a pět dalších biotechnologických plodin; Francie zakázala všechny transgenní rostliny. Aby přiměla britskou vládu k uzákonění moratoria, Greenpeace v únoru vyhodila čtyři tuny geneticky modifikovaných sójových bobů před Downing Street 10.

Na druhou stranu zastánci Biotech tvrdí, že nevytvoří nic menšího než druhou zelenou revoluci. V první použili zemědělskí vědci konvenční šlechtitelské techniky k vytvoření vysoce výnosných odrůd pšenice a rýže, které od 50. let zdvojnásobily světové sklizně obilí. Během té doby se počet hladovějících lidí podle Organizace OSN pro výživu a zemědělství snížil o tři čtvrtiny, a to navzdory obrovskému nárůstu populace. Počty světové populace však stále rostou a výzkumníci to nyní musí udělat znovu. Podle projekce zveřejněné loni v srpnu Mezinárodním institutem pro výzkum potravinové politiky, think-tankem ve Washingtonu, DC, se světová poptávka po rýži, pšenici a kukuřici do roku 2020 zvýší o 40 procent – ​​a jediný způsob, jak tyto tlamy nakrmit, je biotechnologie. Pokud se aktivistům podaří zakázat transgenní plodiny, tvrdí Robert L. Evenson, zemědělský ekonom z univerzity v Yale, nakonec to ublíží chudým na třech kontinentech.

Mezi těmito extrémy je chycena skupina zemědělských ekologů a rostlinných genetiků, kteří se snaží pochopit důsledky nové technologie. Ačkoli někteří aktivisté tvrdí, že geneticky pozměněné plodiny jsou přímou hrozbou pro lidské zdraví, výzkumníci tyto obavy obecně odmítají: Existuje jen málo důkazů, že transgenní geny samy o sobě jsou pravděpodobně toxické nebo podporují onemocnění. Biologové se však domnívají, že v některých případech mohou cizí geny v plodinách přejít do jiných nezemědělských druhů s potenciálně nebezpečnými účinky. Je nevyhnutelné, že se dostanou ven, říká ekoložka Joy Bergelsonová z University of Chicago. To nutně neznamená, že to bude mít negativní dopady. Ale nějaké by tam být mohly. A právě teď nevíme dost o tom, jaké by mohly být a kdy by mohly nastat.

Tato technologie je skvělá, říká Paul Arriola, rostlinný genetik z Elmhurst College v Elmhurst, Illinois. V mnoha ohledech je to dar z nebes. Nicméně, Arriola věří, že biotechnologie předčí jak vědecké chápání jejích rizik, tak vývoj regulačního aparátu, který bude dohlížet na její použití. Protože podle názoru Arrioly opravdu nevíme, co regulovat nebo jak to udělat, svět je uprostřed obrovského, probíhajícího experimentu. Mohli bychom vytvořit skutečný ekologický nepořádek. A to by mohlo této technologii zabránit v tom, aby dělala něco skutečného.

Superplevele

Boj o transgenní zemědělství je všechno, jen ne akademický. V roce 1996, první rok, kdy bylo transgenní semeno široce dostupné, farmáři zasadili 1,74 milionu hektarů (4,3 milionu akrů) nových odrůd. Podle Cliva Jamese, vedoucího neziskové organizace International Service for Acquisition of Agribiotech Applications, je letos až 50 milionů hektarů po celém světě, což je plocha větší než Německo, osázeno geneticky modifikovanými plodinami. Je to jedno z nejrychlejších přijetí technologie, jaké jsem kdy viděl, říká James.

Asi tři čtvrtiny této půdy jsou ve Spojených státech, většina z nich je osázena bioinženýrskou kukuřicí a sójovými boby. Ale tato technologie roste ještě rychleji v Argentině – oblast, v níž se pěstují transgenní sójové boby, se mezi lety 1997 a 1998 ztrojnásobila. Ačkoli přesné údaje nejsou k dispozici, Čína, největší světový producent bavlny a tabáku, podle Jamese agresivně roste. půdu osázenou geneticky upravenými verzemi obou plodin.

Zdaleka nejdůležitější bioinženýrskou vlastností je dnes tolerance k herbicidům, která tvoří dvě třetiny všech transgenních plodin. Technologie, které dominuje společnost Monsanto, umožňuje rostlinám odolat používání vybraných chemikálií na hubení plevele, takže je zemědělci mohou používat beze strachu, že si zničí úrodu. Sójové boby Roundup Ready společnosti Monsanto, které odolávají herbicidu Roundup společnosti, byly představeny v roce 1996; loni pokrývaly odhadem 10 milionů hektarů – třetinu zemědělské půdy v USA věnované této plodině. Další důležitá je kukuřice odolná proti hmyzu, včetně kukuřice DekalBt, upravená nedávno získanou dceřinou společností Dekalb společnosti Monsanto na výrobu bakteriálního insekticidu, a kukuřice StarLink, kterou vyrábí AgrEvo, společný podnik německých chemických gigantů Hoechst a Schering. Transgenní kukuřice, která byla zaměřena především na boj proti zavíječi kukuřičnému, loni zabírala ve Spojených státech 6,5 milionu hektarů – pětinu celkové úrody kukuřice v zemi.

Více – mnohem více – je na cestě. Jak prodeje bioinženýrských semen vzrostly ze 75 milionů USD v roce 1995 na více než 1,5 miliardy USD v loňském roce, půl tuctu velkých společností v Evropě a Spojených státech se postavilo do pozice, aby využily trh, o kterém se všeobecně věří, že je na pokraji exploze. Podle záznamů amerického ministerstva zemědělství bylo v této zemi testováno asi 4 500 geneticky pozměněných odrůd rostlin, více než 1 000 jen za poslední rok. Asi 50 již bylo schváleno pro neomezené uvolňování, včetně 13 odrůd kukuřice, 11 rajčat, čtyř sójových bobů, dvou tykví a dokonce i jednoho druhu čekanky. Další stovky se chystají, mezi nimi závody, které budou vyrábět průmyslové a farmaceutické chemikálie (viz minulé číslo The Next Biotech Harvest ).

Tento spěch na trh znepokojuje některé biology, kteří se domnívají, že transgenní plodiny jsou uvolněny dříve, než jsou pochopeny důsledky pro životní prostředí. Nejbezprostřednější obavou je, zda se geneticky upravené plodiny spontánně rozmnoží se svými divokými příbuznými a nevytvoří hybridní superplevele. Stejně jako jeden brazilský výzkumník včel způsobil celokontinentální obtíž tím, že náhodně nechal agresivní africké včely hybridizovat s jemnými domácími včelami, mohlo by uvolnění cizích genů teoreticky produkovat škodlivé rostliny zabijáckých včel.

Překvapivě málo je známo o takové přirozené hybridizaci, vysvětluje rostlinný genetik Norman C. Ellstrand z University of California v Riverside. Zemědělští vědci se donedávna zaměřovali na ochranu zemědělců; malé množství hybridizačních výzkumů provedených v minulosti se primárně týkalo introgrese genů z volné přírody do kultivovaných druhů, spíše než naopak. Lidé měli představu, že [hybridizace plodin a plevele] není příliš běžný nebo zajímavý jev, říká Ellstrand. Ale když se konečně dostali k tomu, aby se na to podívali, v podstatě strávili spoustu času překvapením, co se může stát.

Zpočátku se vědci domnívali, že je nepravděpodobné, že by geny proudily z transgenních plodin do plevele, protože známé hybridy plodin a plevelů jsou často sterilní. Loni v září však Bergelson a dva kolegové z Chicaga vyděsili výzkumníky studií Arabidopsis thaliana , druh hořčice často používaný jako testovací organismus rostlinnými genetiky. Obvykle se rostlina opyluje sama, což vědcům naznačuje, že cizí geny jsou transgenní A. thaliana neunikne hybridizací. Ale poté, co vědci zasadili obyčejné A. thaliana , odolný vůči transgenním herbicidům A. thaliana a přirozeně se vyskytující mutantní odrůda odolná vůči herbicidům, zjistili, že u transgenních rostlin je 20krát vyšší pravděpodobnost křížení než u mutantů – byly promiskuitní, jak uvedl titulek v časopise Nature. Nikdo neví proč, říká Bergelson. Stále se snažíme najít mechanismus, který řídí vzor, ​​který jsme viděli. Je toho hodně, čemu nerozumíme, včetně toho, jak je to běžné.

Důsledky jsou hrozivé. Před deseti lety se například evropská cukrová řepa spontánně smíchala s divokým příbuzným, čímž vznikl hybridní druh, který je nyní problémem celého kontinentu. Zatímco cukrová řepa je dvouletá – kořen se sklízí na konci druhého roku – nový plevel je jednoletý. Ellstrand říká, že na konci roku se kořen promění v kus dřeva, který poškodí zemědělské zařízení nebo se dostane do závodu na zpracování cukrové řepy a sešroubuje stroje. Nemůžete ho zabít herbicidem, protože jakýkoli herbicid, který dostane plevel, zasáhne jeho příbuzného. Teprve když ta věc vykvete a vykvete, uvidíte ji, a tou dobou zasadí semeno, které se navždy dostane do řepného pole.

Transgenní plodiny již ukázaly potenciál vytvářet podobné problémy. Vyhlídky na superplevele odolné vůči herbicidům nebo hmyzu jsou obzvláště děsivé. V roce 1995 představily společnosti Monsanto a AgrEvo řepku olejnou tolerantní vůči herbicidům ( Brassica napus ), rostlina, která je zdrojem řepkového oleje. O rok později jedenáctičlenný tým ze Scottish Crop Research Institute k překvapení vědců oznámil, že pyl z polí řepky olejky může cestovat až dva kilometry. Téměř ve stejnou dobu tři dánští genetici zjistili, že je transgenní Brassica napus snadno se rozmnožuje s plevelným příbuzným, Brassica campestris . Výsledné rostliny vypadají podobně B. campestris -ale nejsou ovlivněny herbicidy. Dohromady, říká Dean Chamberlain z University of North Carolina v Greensboro, tyto dvě zprávy ukázaly, že hybridizace je skutečným problémem a že potřebujete velmi velkou nárazníkovou oblast kolem svého pozemku, abyste ji mohli ovládat.

Když Ellstrand revidoval literaturu o 30 zemědělsky nejdůležitějších rostlinných druzích, většina vědců, s nimiž konzultoval, věřila, že jen málo z nich se snadno hybridizuje. Ve skutečnosti našel důkazy, že více než 25 plodin může prolomit druhovou bariéru, někdy s nepříbuznými druhy. V tomto seznamu je zahrnuta pšenice, o které Robert S. Zemetra a jeho kolegové z University of Idaho v dubnu informovali, že se může křížit s kozou vousatou, problémovým plevelem v západních Spojených státech.

Co mě jako biologa opravdu šokuje, je to, že máte dva druhy s různým počtem hybridizujících chromozomů, říká Allison Snow, botanička ze státu Ohio. Kozí tráva má 28 chromozomů a pšenice 42, ale mohou se křížit. Biologové považovali životaschopné potomstvo z takových neshod téměř za nemožné. V důsledku toho si mysleli, že rozsah druhů, které by se mohly křížit, byl omezený. Hybridizace kozí trávy a pšenice naznačuje, že rozsah je větší, než se předpokládalo.

Získáte velmi nízkou míru reprodukce, říká Snow. Ale když mluvíte o akrech a akrech pšenice s kozí trávou všude kolem, může nastat i událost s velmi nízkou pravděpodobností. Pokud by hybridizace vytvořila kozí trávu odolnou vůči hmyzu v oblastech, kde je šíření plevele přirozeně řízeno hmyzem, říká, že by to mohl skončit jako jediný druh kozí trávy, který máte, a pak byste mohli skončit s ještě větším zamořením než my. mít. Tyto obavy jsou jedním z důvodů, proč jsou Bt plodiny odolné vůči hmyzu – které obsahují geny z bakterie Bacillus thuringiensis - byli terčem aktivistů.

Ve Spojených státech je nepravděpodobné, že by transgenní kukuřice představovala velké riziko hybridizace, protože nemá žádné blízké příbuzné. Ale Mexiko ano teocinte , divoká rostlina, která může být předchůdcem moderní kukuřice. Co by se stalo, kdyby mexičtí farmáři zasadili bioinženýrskou kukuřici? Mohly by nové geny ovlivnit kondici teocinte , kterou někteří zemědělskí ekologové považují za potenciální zásobárnu cenných genů pro budoucí šlechtitele kukuřice? S informacemi, které nyní máme, říká Snow, je těžké říci, kdy jsou dlouhodobá rizika natolik závažná, aby zakázala určité plodiny.

Za obavami ekologů se skrývá přesvědčení, že molekulární biologové, kteří pracují s DNA na laboratorním stole, plně nerozumí tomu, jak se chová v terénu. Podle Rosemary S. Hails z Institutu virologie a environmentální mikrobiologie British National Environmental Research Council je hodnocení rizik transgenních organismů multidisciplinárním tématem, které by mělo zahrnovat ekology, molekulární biology, agronomy a sociology. Namísto toho mají společnosti tendenci delegovat rozhodnutí o uvolnění transgenních plodin na molekulární biology – kteří nejsou vyškoleni, aby ocenili úplnou složitost toho, jak genetický kód interaguje s faktory životního prostředí.

Jak rychle by se nový plevel dostal? Sníh se ptá. Nikdo pořádně neví. Tak nějak předpokládám, že většina těchto plodin bude nakonec schválena a lidé jako já budou studovat, jaké to má důsledky. Potom, až bude kočka z pytle, můžeme přijít na to, jak tuto technologii regulovat.

Hladový svět

Vzhledem k těmto rizikům, proč tolik těchto vědců podporuje pokračující rozvoj zemědělské biotechnologie? Jedna odpověď je čarodějnice. Witchweed, obecný název pro tři druhy v rodu Křičet , je parazitická rostlina, která se ve velké části Afriky živí kořeny obilovin a luštěnin. Útočí na kukuřici, čirok a proso – tři nejdůležitější obilniny kontinentu – Křičet , podle názoru Gebisa Ejeta, agronoma z Purdue University, je metla afrického zemědělství. Odhaduje se, že plevel zničí 40 procent celkové sklizně obilovin na kontinentu – což je ohromující ztráta na nejhladovějších místech světa.

Z biologického hlediska, Křičet je fascinující. Jeho semena, menší než zrnka písku, leží ladem až 20 let a probouzí se pouze tehdy, když je probudí chemická látka emitovaná kořeny hostitelské rostliny. V podzemí se u rostlin parazitů vyvíjejí kořenové orgány zvané haustoria, které pronikají kořeny hostitele a nasávají živiny. Skóre nebo stovky Křičet rostliny mohou napadnout stejného hostitele. Čarodějnice nakonec vyroste na pole pěti stop vysokých rostlin s pěkně růžovými květy, ale tou dobou už dávno zničila úrodu, kterou se živí. Protože každá rostlina produkuje až 100 000 semen, čarodějnice je téměř nemožné vymýtit – Spojené státy strávily čtyři desetiletí likvidací jediného malého ohniska v Karolíně.

Protože se čarodějnice rychle přizpůsobuje novým hostitelům, ztráty v Africe stále rostou. Když parazit znemožnil pěstování čiroku ve východním Súdánu, pokusili se zoufalí farmáři vypěstovat perlové proso. Zpočátku bylo proso imunní. Ale během několika let čarodějnice způsobila zkázu i na nové plodině. Lidé kvůli tomu doslova hladoví Křičet , říká Ejeta.

Kdo sleduje skleník?

Nejistota je částečně způsobena nedostatkem přísného regulačního rámce, který by vyřešil rizika spojená se zemědělskou biotechnologií. Plastové klece pokrývající hlavy slunečnic pomáhají udržet transgenní pyl mimo prostředí, což je obecný požadavek pro získání federálního povolení k pěstování testovací plodiny bioinženýrských rostlin. Ale kromě sledování pozemků vláda klade na biotechnologické testy jen málo podmínek. Hlavním důvodem je, že Kongres nepřijal žádný konkrétní zákon o životním prostředí pro geneticky upravené zemědělství. Místo toho jsou transgenní plodiny hodnoceny třemi překrývajícími se federálními agenturami: Food and Drug Administration, Environmental Protection Agency a Department of Agriculture.

Každá vládní agentura má jinou zákonnou odpovědnost, což někdy vede k anomáliím a mezerám v předpisech. FDA se například nezabývá bezpečností potravin, které byly navrženy tak, aby vyjadřovaly pesticidy, protože pesticidy jsou ze zákona vyňaty z působnosti agentury. Ani EPA, která je povinna zacházet s takovými potravinami jako s pesticidy. Vzhledem k tomu, že pesticidy jsou samozřejmě toxické látky, agentura stanoví pouze lidské tolerance pro každou sloučeninu. (V reakci na obavy kritiků agentura letos na jaře oznámila, že možná přehodnotí svůj přístup.) USDA se ze své strany jednoduše snaží zajistit, aby plodina rostla tak, jak výrobce tvrdí, že bude. Nesourodé právní mandáty, poznamenává poradkyně EPA pro biotechnologii Elizabeth Milewski, dělají život zajímavým.

Jedním znepokojivým důsledkem této směsice předpisů je, že nikdo nemá přímou odpovědnost za sledování dlouhodobých účinků na životní prostředí. Máme první přibližné pochopení populační biologie těchto rostlin a populací hmyzu, mikrobů a virů, říká Neal Stewart, biolog z University of North Carolina v Greensboro. Ale víme velmi málo o ekologii komunity a prakticky nic o ekologii ekosystému, co tyto geny udělají. A o tyto znalosti se aktivně nesnažíme. Stewartovy obavy přinesly své ovoce v květnu, kdy vědci z Cornell oznámili, že pyl z Bt kukuřice může zabíjet housenky motýlů monarchových.

Podle Sally McCammon, vědecké poradkyně USDA Animal and Plant Health Inspection Service, biotechnologické terénní testy mohou mít libovolnou velikost a trvat libovolně dlouhou dobu, i když standardem je jeden nebo dva roky. Z pohledu společností jsou testy snahou zjistit, zda nové odrůdy plodin budou fungovat tak, jak bylo zamýšleno. Hlavním úkolem vlády, říká McCammon, je potvrdit, že test je biologicky obsažen. Transgenní rostliny musí být drženy odděleně od rostlin, které by mohly křížově opylovat. Potom to musíte vyúčtovat, říká McCammon. Dbáme na to, abyste to, co vynášeli, pytlovali a rostlinný materiál byl zaorán.

Tato opatření jsou pro Snowův způsob myšlení nezbytná. Ale tím, že zajišťují, že transgenní geny neuniknou do prostředí, také znemožňují zjistit, co se stane, když k tomu dojde. Ekologické otázky se ani nedotknou, říká. Ve skutečnosti je nezákonné se jich dotýkat. Věří, že životnímu prostředí a průmyslu by lépe prospělo zavedení druhé úrovně testování věnované ekologickým otázkám. Dalším krokem by podle ní bylo financování akademického výzkumu ekologických rizik – v současnosti jediný zdroj federálních fondů, panel biotechnologických rizik USDA, má rozpočet méně než 2 miliony dolarů.

Technické kontroly mohou být také možné, říká Gressel z Weizmannova institutu. Většina transgenních plodin má dnes jediný cizí gen. Ale společnosti již pracují na vložení několika genů současně do genomu rostliny. V květnovém článku v časopise Trends in Biotechnology Gressel tvrdí, že pokud by tyto vícenásobné geny byly vloženy do vzájemné těsné blízkosti na chromozom, potenciální hybridi by je zdědili všechny najednou. A pokud by sekundární geny kódovaly vlastnosti, jako je prevence dormance, hybridi by byli méně, ne více, nebezpeční než jejich divocí rodiče. U plodin nezáleží na neschopnosti ležet ladem, protože semeno se sklízí a znovu zasévá každý rok. Ale plevel, který není schopen produkovat semeno, které může zůstat nečinné, dokud nenastane vhodná doba ke klíčení, je ve značné nevýhodě. Hybridní plevel bude slabší, nikoli silnější, říká Gressel.

Víc se bojím budoucnosti než přítomnosti, říká Ellstrand. Zatím je to v pořádku – nemáme zabijácká rajčata létající vzduchem. Ale musíme být ohleduplní a opatrní ohledně toho, co děláme, a jsou někteří lidé a některé části odvětví, kde v tom mají lepší tradici než ostatní. Zdá se, že lidé, kteří pracovali s rostlinami venku v reálném životě, to zvládají lépe než lidé, kteří celý život pracovali s chemikáliemi. Pokud budeme neustále dávat pozor na to, co se děje v terénu, mohli bychom tuto technologii přimět k tomu, aby splnila svůj slib.

skrýt