GENETISCHE MANIPULATIE
De ecologische consequenties
(of: Super Soja in de vrije natuur)
case: transgene herbicide resistente soja
Soja vormt een van 's werelds grootste voedsel voorzieningen. Het is dus belangrijk dat de produktie en de kwaliteit hiervan hoog is. Met de genen van soja wordt veel geëxperimenteerd. Sinds kort bestaat er een variant die genetisch zo veranderd is dat deze soja nu resistent voor de totaalherbicide RoundUp geworden is. Andere planten en onkruiden zijn niet tegen dit bestrijdingsmiddel opgewassen en kunnen zo dus makkelijk bestreden worden, je houd alleen de soja die je verbouwt hebt over. Per jaar moet dit middel één keer worden gebruikt. Dit betekent dus dat er veel minder van nodig is en er bovendien maar één middel gebruikt hoeft te worden. De werkzame stof in RoundUp is Glyfosaat. Glyfosaat blokkeert, in planten, de werking van het enzym EPSP synthase. Dit enzym is betrokken bij de synthese van EPSP(5-enolpyruvylshikimaat-3-fosfaat). Deze synthese stap is onmisbaar voor de vorming van bepaalde aminozuren en daarmee onmisbaar voor de vorming van alle enzymen. De aanmaak van enymen is van levensbelang. En dat is precies waar de werking van RoundUp op berust. Het roeit al het leven uit. Dieren en mensen missen deze synthese route en krijgen de aminozuren via hun voedsel binnen, voor hen is RoundUp dus waarschijnlijk veel minder schadelijk.
Inhoud
1. Waarom ?
Waarom zouden wetenschappers dieren & planten genetisch willen veranderen? Verandering van (het genetisch materiaal van) organismen vindt immers al sinds jaar en dag plaats. Dit noemen we evolutie, het is een traag maar gestaag passief proces dat er op uit is steeds betere aanpassingen aan de heersende omstandigheden te vinden. Op deze lange weg sneuvelen veel aanpassingen die niet goed genoeg bleken te zijn. Bij de huidige technologie kun je spreken van revolutie: het snel, doeltreffend en in een keer goed veranderen van genetisch materiaal zodat in één keer de gewenste eigenschap verkregen wordt. Het ontwikkelen van nieuwe landbouwtechnieken zoals genetische manipulatie komt voort uit de noodzaak om gewassen te beschermen tegen plagen en ziektes en zeker te zijn van een hoge opbrengst en een goede kwaliteit om de snel groeiende bevolking van voedsel te voorzien. Dieren worden genetisch veranderd voor de produktie van medicijnen, denk maar aan de kalfjes van stier Herman die lactoferrine in hun melk produceren. Er zijn aanwijzingen dat lactoferrine gebruikt kan worden als medicijn tegen levensbedreigende darm infecties. Ook schimmels en bacteriën worden ingezet bij de medicijn produktie. Bacteriën en gist kunnen nadat er een menselijk gen is ingebouwd in een hoog tempo de menselijke of dierlijke eiwitten produceren waarvoor dat gen codeert. Een goed voorbeeld hiervan is insuline. Als positief kan ook zeker het onderzoek naar gentherapie beschouwt worden. Maar niet alle doelen zijn zo mooi als hier wordt afgeschilderd. In ons geval, dat van de soja, is de genetisch gemodificeerde soja zo veranderd dat die resistent is geworden tegen een bepaald bestrijdings middel. Dit middel, dat alles doodt behalve de soja, kan nu op grote schaal gebruikt worden. De producent zegt dat er nu minder bestrijdings middelen bebruikt hoeven te worden en dit dus beter voor het milieu is Wel moet opgemerkt worden dat de soja op de markt is gebracht door het bedrijf dat ook het bestrijdingsmiddel produceert. Economische belangen blijken dus ook een rol te spelen.
Naar boven
2. Hoe ?
Biotechnologie
Genetische manipulatie is een vorm van biotechnologie. Biotechnologie is het gebruik maken van de mogelijkheden van organismen, of onderdelen van deze organismen. Het woord biotechnologie bestaat uit twee delen: Bio, dat aangeeft dat het met leven te maken heeft. En technologie, dat laat zien dat er menselijke kunst en vaardigheid aan te pas komt Genetische manipulatie is een vorm van biotechnologie. Je maakt gebruik van organismen als planten, dieren en bacteriën daar ze in jouw voordeel te veranderen of hun genen te 'lenen'. Genetische manipulatie is het in bouwen van vreemd niet eigen DNA in het genoom van een organismen. De ontvanger wordt nu een transgeen organisme genoemd. Het ingebouwde gen een transgen. Er bestaan verschillende wensen dus ook verschillende transgenen. Er kunnen bijvoorbeeld genen voor herbicide, pathogeen, vorst en temperatuur resistentie, betere smaak, kwaliteit, kleur en opbrengst in een organisme worden ingebouwd.
Restrictie enzymen
Het knippen en plakken van genen gebeurt m.b.v. restrictie enzymen. Dit noemen we recombinant DNA technieken. Deze restrictie enzymen zijn afkomstig van bacteriën en kunnen een DNA molecuul op bepaalde plaatsen splitsen. Restrictie enzymen herkennen een bepaalde base volgorde in het DNA. Er bestaan verschillende typen restrictie enzymen en die kunnen allemaal een andere volgorde herkennen. Een restrictie enzym grijpt een DNA molecuul dus aan op plaatsen waar zich een voor hem specifieke volgorde van ongeveer 5 stikstof basen bevindt. Bij de meeste restrictie enzymen zijn die aangrijpingspunten in beide ketens van een DNA molecuul elkaars spiegelbeeld. De enzymen splitsen een DNA molecuul in fragmenten, die aan beide uiteinden enkelvoudige nucleotideketens hebben (stickey ends). De uiteinden zijn complementair en identiek. Zelfs als twee compleet verschillende DNA moleculen ,die afkomstig zijn van organismen van verschillende soorten, onder invloed van hetzelfde restrictie enzym zijn gesplitst, zijn de uiteinden van de fragmenten dus altijd complementair en identiek. Door de complementaire uiteinden zijn de DNA fragmenten gemakkelijk te combineren. Onder invloed van het enzym DNA ligase verbinden DNA fragmenten zich met elkaar. Zo kan bijv. recombinant DNA ontstaan van een koe en een mens, zoals bij stier Herman is gebeurd. Hij is nu een transgeen organisme.
De soja is resistent gemaakt door de inbouw van een variant van het EPSP synthasegen. Deze variant van EPSP synthase is ongevoelig voor het bestrijdingsmiddel RoundUp. Het benodigde gen is afkomstig van de bodembacterie Agrobacterium CP4. Daarnaast heeft de gemanipuleerde soja een promotor sequentie van het bloemkoolmozaikvirus dat zorgt voor een hoge expressie van EPSP synthase. Er is ook een gen uit petunia gebruikt dat voor de juiste lokalisatie van het enzym zorgt.
3. Gevaren ?
Het is niet alleen belangrijk om te weten wat er in je lichaam gebeurd als je bijvoorbeeld een transgene aardappel eet maar ook wat er gebeurt als deze aardappel met zijn nieuwe eigenschappen in de vrije natuur terecht komt. Als een genetisch gemodificeerd produkt uiteindelijk op je bord beland kun je er vrijwel zeker van zijn dat je gezondheid geen risico loopt, de eisen hiervoor zijn zeer streng. Maar hoe zit het met het andere gevaar? Het gevaar voor het milieu? Hier wordt vaak veel minder goed naar gekeken dit betekent echter niet dat er geen risico bestaat. Een transgen kan op verschillende manieren in de vrije natuur terecht komen. Het transgen kan terecht komen in micro organismen of pathogeen populaties. Het transgen kan worden overgedragen aan een andere plantensoort door besmetting met een bacteriële vector, er kan hybridisatie optreden tussen de transgene plant en een wilde verwant en de transgene plant kan zelf verwilderen.
Verwilderen
Een transgene plant kan door zaadverspreiding of door verspreiding van andere diasporen terecht komen buiten de landbouw situatie en zich daar vestigen als er een niche beschikbaar is. Veel transgene gewassen overleven echter niet buiten de landbouw situatie, zonder menselijke zorg die de omstandigheden voor die plant zo optimaal mogelijk houdt. Ze zijn vaak minder goed aangepast als wilde soorten omdat er ook allerlei wilde kenmerken uit de plant zijn gehaald, zo is de reproductiesnelheid meestal veel lager. Maar soms bezit zo'n transgene plant net die eigenschap die hem uiterst geschikt maakt voor het overleven in de vrije natuur en zal hij het wel redden.
Hybridisatie
De meeste landbouwgewassen hebben ergens op aarde nog wel een wilde verwant waarmee ze zouden kunnen kruisen. De hybriden die uit zo'n kruising ontstaan zijn meestal steriel en maar weinig hybriden populaties kunnen zich blijvend in een ecosysteem vestigen. Ook bestaan er een hoop barrières tussen het landbouw gewas en de wilde verwant die de kruising bemoeilijken. Hybridisatie hoeft niet per definitie tot overdracht van het transgen te leiden, gebeurt dit wel dan spreekt men van introgressie. Omdat de eerste generatie hybriden zeer klein is kruisen hybriden (AB) vaak terug met een individu uit een van de ouder soorten bijvoorbeeld A, als dit vaak gebeurt kan het zijn dat een klein deel van het genoom van de oudersoort B langzaam in het genoom van soort A integreert. Het transgen kan zo worden overgedragen van het genetisch gemodificeerde landbouw gewas(B) naar de wilde soort(A). De genetisch gemanipuleerde soja kan bijvoorbeeld kruisen met een wilde variant, er ontstaat zo een hybride die eigenschappen van beide planten bezit, grote kans dat deze ook resistent is. Het transgen dat codeert voor resistentie kan nu via introgressie in de wilde soort terecht komt, deze wilde soort kan nu een onuitroeibare plaag worden.
4. Effecten
Wat is nu het effect is van het vrijkomen van zo'n transgen is moeilijk in te schatten. Ecologische relaties tussen planten in natuurlijke gemeenschappen zijn zeer complex en nauwelijks te beschrijven. Dit maakt het zeer moeilijk om de invloed op de ecologie door de introductie van transgene planten te voorspellen. De ecologische effecten hangen af van de aard van het transgen(codeert het bijv. voor herbicide resistentie, en groeit de transgene plant uit tot onkruid of juist voor anti schimmel eiwitten, zodat ook niet schadelijke organismen worden gedood) en de gemeenschap waarin het wordt geïntroduceerd.
Er zijn een aantal duidelijke invloeden op de ecologie waarneembaar;
- Schade aan niet doelwit soorten, om een breed spectrum aan pathogeen resistentie te verkrijgen worden er genen die coderen voor anti microbiële eiwitten in de planten geïnstalleerd. Deze eiwitten treffen niet alleen de schadelijke pathogenen maar ook nuttige micro organismen die juist essentieel zijn voor de plant, litter decompositie en nutrient kringloop. Een goed voorbeeld is ook dat van de lieveheersbeestjes. Lieveheersbeestjes voeden zich met perzik aardappel luizen. Als deze perzik aardappel luizen van een genetisch gemodificeerde aardappel plant hebben gegeten leggen de lieveheersbeestjes veel minder eieren en leven ook maar half zo lang.
- Verstoring in biotische gemeenschap. Een transgene plant kan de niche van een andere plant innemen maar hoeft niet altijd in staat te zijn om zijn taken te vervullen. De oorspronkelijke plant kon bijv. een gastheer zijn voor en bepaald insect, de transgene plant is vaak geen geschikte gastheer voor inheemse insecten en de insecten soort zal dan uit dit ecosysteem verdwijnen.
- Verandering in soorten samenstelling door dat de transgene plant in zijn zaden toxines produceert zodat zijn zaden niet worden opgegeten er zal zo een explosie van die soort ontstaan een arm door een soort gedomineerd ecosysteem.
Een van de voornaamste bezwaren rond om de herbicide resistente soja is dat het allergie zou kunnen veroorzaken en dat het transgen dat codeert voor herbicide resistentie uitbreekt en andere soorten omtovert in onuitroeibare onkruiden.
5. Eigen mening vormen
Deze tekst heeft geprobeerd de mogelijke problemen rond genetische manipulatie vanuit een voornamelijk ecologische invalshoek te bekijken. Mogelijk is hierdoor je menig iets verandert of kun je naar aanleiding van deze tekst je een mening over genetische manipulatie vormen.
De hier onder gestelde vragen kunnen je helpen om een mening te vormen:
- Noem de belangrijkste voordelen van genetische manipulatie?
- Wat zijn ernstige nadelen van genetische manipulatie?
- Heeft een dier eigenwaarde en wanneer word de eigenwaarde van een dier aangetast?
- Wat is het belangrijkste voordeel van Glyfgosaat resistente soja? En wat het grootste gevaar.
- Deze tekst is geschreven vanuit het oogpunt van een ecoloog. Denk je dat je een ander beeld over genetische mamipulatie zou krijgen na het lezen van een tekst van een biotechnoloog? Waar zouden de teksten van elkaar verschillen?
DOCENTENHANDLEIDING
Deze tekst is bedoeld voor de hoogste klassen van de bovenbouw havo en vwo, en geeft een andere kijk op genetische manipulatie. Aan de hand van een uitgewerkte case; genetisch gemodificeerde soja word duidelijk gemaakt dat er ook ecologische risico's aan genetische manipulatie kunnen kleven. Deze tekst is ook bedoeld om eens met andere ogen naar wetenschap te kijken. Niet alleen de harde wetenschap is belangrijk ook het filosoferen over wetenschap (waar liggen de grenzen) is belangrijk. Deze tekst biedt een handvat voor een discussie over de grenzen van de wetenschap. Een 'goede' mening over een wetenschappelijk onderwerp is echter niet te vormen zonder kennis van zaken. De tekst vragt daarom om enige voorkennis van moleculaire genetica en ecosystemen.
Literatuur:
Algemeen:
- http://www.biodebat.nl (site waar scholieren discussieren over transgene soja)
- http://esg~www.mit.edu:8001/esgbio/rdna/rdnadir.html (hoofdstuk van het virtuele biologie tekst boek van het MIT, over recombinant DNA technieken)
Kritiek op de transgene soja is te vinden op de sites van de verschillende milieuorganisaties zoals:
En tenslotte de site van de fabrikant:
SUMMARY
Changing of genetic material is nothing new, in nature it has occured ever since life on earth started. Through the centuries the genetic material of each species will slowly change, we call this process evolution. If human beings influence such changes we speak of genetic manipulation. Genetic manipulation is, broadly speaking, the quick and effective change of the genome of an organism.
Why would human beings change the genetic material of plants and animals?. The answer is simple: to improve the quality and/or quantity of agricultural products', for instance plants can be made resistant to viruses, pests or herbicides. Another application is obtaining medicine. These are all good applications to make sure we have enough food and better medicine and even that we use fewer herbicides. The problem is that we don't exactly know what those products of human technology will do if they are released in nature. Before such products reach your plate we make sure that they don't cause a risk for human health. Often the ecological risk isn't estimated. That doesn't mean that there is no risk.
Every time we introduce a new organism into an ecosystem, the ecosystem will change. An ecosystem is a very complex system of a lot of different organisms which are often closely related to each other. If you take one species out of the system the ecosystem will change. If you put in a new species into an ecosystem the ecosystem will also change. The new organism can take the place of a native species or can predate on a species etc.
An organism with new genes can be seen as a new organism because it now has qualities which it didn't have before it's genome was changed. One gene can make the difference between life and death as temperatures rise or herbicides are used. But how can one gene threaten a complete ecosystem?
A gene can escape and spread through a population in different ways. The transgenic plant or animal can run wild, it grows and reproduces as a wild native species without any human care, and because of its improved qualities it is often better adapted to a lot of circumstances than the native species. It is possible that the transgenic plant is so well adapted that it spreads rapidly and forms a pest competing native species out and leaving a poor, single species-dominated ecosystem. The other option is that there can be hybridization between the transgenic organism and their wild relatives, the transgene now can rapidly spread through the population, this is called gene flow.
Ecosystems can change if genetically manipulated organisms are introduced but it is very difficult to assess the risks. Ecosystems are very complex and almost impossible to describe. So it's very hard to predict if an organism will have its seat in an ecosystem because this depends on so many factors. This should lead to a cautious attitude towards transgenic organisms.
Marieke Schouten, 1998