8.2: ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית
- Page ID
- 207687
בתחילת שנות התשעים, מחלה מתפתחת הרסה את ייצור הפפאיה בהוואי ואיימה להרוס את התעשייה של 11 מיליון דולר (איור\(\PageIndex{1}\)). למרבה המזל, אדם בשם דניס גונסאלבס, שגדל במטע סוכר ולאחר מכן הפך לפיזיולוג צמחים באוניברסיטת קורנל, יפתח צמחי פפאיה מהונדסים גנטית כדי להתנגד לנגיף הקטלני. בסוף העשור ניצלו תעשיית הפפאיה ההוואי ופרנסתם של חקלאים רבים הודות להפצה חופשית של זרעי ד"ר גונסאלבס.
פיתוח זן חדש של יבול הוא דוגמה לביוטכנולוגיה חקלאית: מגוון כלים הכוללים הן טכניקות רבייה מסורתיות והן שיטות מודרניות יותר מבוססות מעבדה. שיטות מסורתיות מתוארכות אלפי שנים, בעוד שהביוטכנולוגיה משתמשת בכלים של הנדסה גנטית שפותחו בעשורים האחרונים. הנדסה גנטית היא השם לשיטות בהן מדענים משתמשים כדי להציג תכונות חדשות לאורגניזם. תהליך זה מביא לאורגניזמים מהונדסים גנטית, או GMO. לדוגמה, צמחים עשויים להיות מהונדסים גנטית כדי לייצר מאפיינים כדי לשפר את הצמיחה או הפרופיל התזונתי של גידולי מזון. GMO שהם מיני גידולים נקראים בדרך כלל גידולים מהונדסים גנטית, או בקיצור גידולי GE
ההיסטוריה של שינוי גנטי של יבולים
כמעט כל הפירות והירקות שנמצאים בשוק המקומי שלך לא יתרחשו באופן טבעי. למעשה, הם קיימים רק בגלל התערבות אנושית שהחלה לפני אלפי שנים. בני אדם יצרו את הרוב המכריע של מיני הגידולים על ידי שימוש בשיטות רבייה מסורתיות על צמחי בר טבעיים. שיטות אלה מסתמכות על רבייה סלקטיבית (גידול בסיוע אנושי של אנשים בעלי תכונות רצויות). לשיטות גידול מסורתיות, למרות שהן נמוכות ופשוטות לביצוע, יש תוצאה מעשית של שינוי המידע הגנטי של האורגניזם, ובכך לייצר תכונות חדשות.
דוגמה מעניינת היא תירס (תירס). ביולוגים גילו שתירס פותח מצמח בר בשם teosinte. באמצעות שיטות רבייה מסורתיות, בני אדם שחיו לפני אלפי שנים בדרום מקסיקו כיום החלו לבחור תכונות רצויות עד שהצליחו להפוך את הצמח למה שמכונה כיום תירס. בכך הם שינו לצמיתות (וללא ידיעה) את הוראותיו הגנטיות, ואפשרו לצוץ תכונות חדשות. בהתחשב בהיסטוריה זו, אנו עשויים לשאול את השאלה: האם באמת יש דבר כזה תירס "שאינו GMO"?
היסטוריה זו של שינוי גנטי משותפת כמעט לכל מיני הגידולים. לדוגמה, כרוב, ברוקולי, נבטי בריסל, כרובית וקייל פותחו כולם ממין יחיד של צמח חרדל בר (איור\(\PageIndex{2}\)). צל לילה פראי היה המקור לעגבניות, חצילים, טבק ותפוחי אדמה, האחרון שפותח על ידי בני אדם לפני 7,000 - 10,000 שנה בדרום אמריקה.
גידול מסורתי נגד הנדסה גנטית מודרנית
כדי לייצר תכונות חדשות בבעלי חיים, חיות מחמד, יבולים או סוג אחר של אורגניזם, כמעט תמיד צריך להיות שינוי בסיסי בהוראות הגנטיות של אותו אורגניזם. מה שאנשים רבים אולי לא מבינים הוא ששיטות גידול מסורתיות אכן גורמות לשינויים גנטיים קבועים ולכן הן סוג של שינוי גנטי. אי הבנה זו עשויה להתעורר מכיוון ששיטות גידול מסורתיות אינן דורשות ציוד מעבדה מתוחכם או כל ידע בגנטיקה, אשר חלקם עשויים לראות כפרקיזיט לשינוי גנטי.
כיצד משתווים שיטות גידול מסורתיות להנדסה גנטית מודרנית? שניהם גורמים לשינויים במידע הגנטי של האורגניזם, אך גודל השינויים הללו משתנה בין שתי הטכניקות (איור\(\PageIndex{3}\)). רבייה מסורתית מערבבת את כל הגנים בין שני האורגניזמים המגדלים, שיכולים להגיע לעשרות אלפים (לתירס, למשל, יש 32,000 גנים). כאשר מערבבים מספר כה גדול של גנים, התוצאות יכולות להיות בלתי צפויות. ההנדסה הגנטית המודרנית מדויקת יותר במובן זה שביולוגים יכולים לשנות רק גן בודד. כמו כן, הנדסה גנטית יכולה להכניס גן בין שני מינים הקשורים מרחוק, כגון החדרת גן חיידקי לצמח. העברה כזו עשויה להיראות יוצאת דופן, אבל זה לא בלי המקבילה שלה בטבע. בתהליך הנקרא העברת גנים אופקית, ניתן להכניס DNA ממין אחד למין אחר. מחקר שנערך לאחרונה, למשל, מצא שבני אדם מכילים כ -150 גנים ממינים אחרים, כולל חיידקים.
היתרונות הפוטנציאליים של הנדסה גנטית
תזונה משופרת
ההתקדמות בביוטכנולוגיה עשויה לספק לצרכנים מזונות מועשרים מבחינה תזונתית (איור\(\PageIndex{4}\)), עמידים יותר או המכילים רמות נמוכות יותר של רעלים מסוימים המופיעים באופן טבעי הקיימים בצמחי מזון מסוימים. לדוגמה, מפתחים משתמשים בביוטכנולוגיה כדי לנסות להפחית שומנים רוויים בשמני בישול, להפחית אלרגנים במזונות ולהגדיל חומרים מזינים הנלחמים במחלות במזונות. ביוטכנולוגיה עשויה לשמש גם לשימור משאבי טבע, לאפשר לבעלי חיים להשתמש ביעילות רבה יותר בחומרים מזינים הקיימים במזון, להפחית את נגר התזונה לנהרות ומפרצים ולעזור לעמוד בדרישות המזון והקרקע העולמיות ההולכות וגוברות.
ייצור זול יותר וניתן לניהול יותר
ביוטכנולוגיה עשויה לספק לחקלאים כלים שיכולים להפוך את הייצור לזול יותר וניתן לניהול יותר. לדוגמה, ניתן להנדס כמה גידולי ביוטכנולוגיה כדי לסבול קוטלי עשבים ספציפיים, מה שהופך את הדברת העשבים לפשוטה ויעילה יותר. גידולים אחרים הונדסו כך שיהיו עמידים בפני מחלות צמחים ספציפיות ומזיקי חרקים, מה שעלול להפוך את ההדברה לאמינה ויעילה יותר, ו/או להפחית את השימוש בחומרי הדברה סינתטיים. אפשרויות ייצור יבולים אלו יכולות לעזור למדינות לעמוד בקצב הדרישות למזון תוך הפחתת עלויות הייצור.
הדברה משופרת
הביוטכנולוגיה סייעה להפוך הן את ההדברה והן את ניהול העשבים לבטוחים וקלים יותר תוך שמירה על יבולים מפני מחלות. לדוגמה, כותנה עמידה לחרקים מהונדסים גנטית אפשרה הפחתה משמעותית בשימוש בחומרי הדברה סינתטיים מתמשכים העלולים לזהם את מי התהום והסביבה. מבחינת הדברת עשבים משופרת, פולי סויה, כותנה ותירס עמידים לקוטלי עשבים מאפשרים שימוש בקוטלי עשבים בסיכון מופחת המתפרקים מהר יותר באדמה ואינם רעילים לחיות בר ולבני אדם.
חששות פוטנציאליים לגבי גידולים מהונדסים גנטית
המורכבות של מערכות אקולוגיות מציבה אתגרים ניכרים לניסויים המעריכים את הסיכונים והיתרונות של גידולי GE. הערכת סיכונים כאלה קשה, מכיוון שמערכות טבעיות וגם מערכות שהשתנו על ידי האדם הן מורכבות ביותר וכוללות אי וודאות שאולי לא יובהרו עד זמן רב לאחר סיום הקדמה ניסיונית. מבקרי גידולי GE מזהירים כי יש לשקול בזהירות את גידולם בתוך מערכות אקולוגיות רחבות יותר בגלל היתרונות והסכנות הפוטנציאליים שלהם לסביבה.
בנוסף לסיכונים סביבתיים, חלק מהאנשים מודאגים מהסיכונים הבריאותיים הפוטנציאליים של גידולי GE מכיוון שהם מרגישים ששינוי גנטי משנה את התכונות הפנימיות, או המהות, של אורגניזם. אולם כפי שנדון לעיל, ידוע כי גם שיטות גידול מסורתיות וגם הנדסה גנטית מודרנית מייצרות שינויים גנטיים קבועים. יתר על כן, לשיטות הרבייה המסורתיות יש למעשה השפעה גדולה יותר ובלתי צפויה יותר על הגנטיקה של המין בגלל אופיו הגולמי יחסית. בהתחשב בכך, חכם שיש ללמוד הן גידולי GE חדשים והן גידולים המיוצרים באופן מסורתי על סיכונים פוטנציאליים לבריאות האדם.
כדי לטפל בחששות השונים הללו, האקדמיות הלאומיות למדעים, הנדסה ורפואה בארה"ב (NASEM) פרסמו דו"ח מקיף בן 500 עמודים בשנת 2016 שסיכם את הידע המדעי הנוכחי בנוגע לגידולי GE. הדו"ח, שכותרתו גידולים מהונדסים גנטית: חוויות וסיכויים, סקר יותר מ -900 מאמרי מחקר, בנוסף להערות פומביות ועדויות מומחים. תוצאות מדוח מכונן זה, המכונה להלן "דוח היבול של GE" לקיצור, משותפות בסעיפי המשנה השונים להלן.
הכלאה עם מינים מקומיים
באמצעות הכלאה, או הכלאה, גידולי GE עשויים לחלוק את ה-DNA שלהם שעבר שינוי גנטי עם קרובי משפחה פראיים. זה יכול להשפיע על הגנטיקה של אותם קרובי משפחה פראיים ולהיות בעל השלכות בלתי צפויות על אוכלוסיותיהם, ואף יכול להיות בעל השלכות על המערכת האקולוגית הגדולה יותר. לדוגמה, אם גן שהונדס להקנות עמידות לקוטלי עשבים היה עובר מיבול GE לקרוב משפחה פראי, הוא עשוי להפוך את מיני הבר ל'עשב על '- מין שלא ניתן היה לשלוט בו על ידי קוטל עשבים. גידולו המשתולל יכול אז לעקור מיני בר אחרים ואת חיות הבר התלויות בו, ובכך להטות נזק אקולוגי.
דו"ח היבול GE של NASEM אכן מצא עדויות להעברה גנטית בין גידולי GE לקרובי בר. עם זאת, לא היו עדויות לפגיעה אקולוגית מאותה העברה. ברור כי המשך ניטור, במיוחד עבור גידולים שפותחו לאחרונה, מוצדק.
זכות הצרכנים לבחור
הפדרציה הבינלאומית לחקלאות אורגנית התנועה עשתה מאמצים מחמירים להרחיק את גידולי GE מייצור אורגני, אך כמה חקלאים אורגניים בארה"ב מצאו שגידולי התירס שלהם (תירס), כולל זרעים, מכילים רמות ניתנות לזיהוי של DNA מהונדס גנטית. התנועה האורגנית מתנגדת בתוקף לכל שימוש בגידולי GE בחקלאות, ותקנים אורגניים אוסרים במפורש את השימוש בהם (עם זאת, זכור כי אפילו תירס "אורגני" עבר שינוי גנטי משמעותי בהשוואה לקרוב משפחתו הפראי, טאוסינט). החקלאים, שזרעיהם מזוהמים, היו תחת הסמכה אורגנית נוקשה, מה שמבטיח כי לא השתמשו בשום סוג של חומרים מהונדסים גנטית בחוותיהם.
כל זכר לגידולי GE חייב להגיע מחוץ לאזורי הייצור שלהם. למרות שהמקור המדויק אינו ברור בשלב זה, סביר להניח שהזיהום נגרם על ידי סחף אבקה משדות היבול של GE באזורים הסובבים. עם זאת, ייתכן שהזיהום הגיע גם מאספקת הזרעים. יצרני זרעים, שהתכוונו לספק זרעים נטולי יבולים של GE, התמודדו גם עם זיהום גנטי ואינם יכולים להבטיח שהזרע שלהם הוא 100% ללא יבולים GE.
השפעות אקולוגיות ארוכות טווח
מחקר מוקדם הצביע על כך שהאבקה מסוג מסוים של תירס מהונדס גנטית עלולה להזיק לזחלים של פרפרי המלוכה, סוג זה של תירס, המכונה תירס Bt, מהונדס גנטית לייצור חלבון חיידקי הפועל כקוטל חרקים. תכונה זו חיובית מכיוון שהיא מפחיתה את כמות קוטלי החרקים המשמשים את החקלאים. אבקה מתירס Bt עלולה להזיק לזחלים, אך רק בריכוזים גבוהים מאוד. לעתים רחוקות מגיעים לריכוזים אלה בטבע ומחקרי המשך מצאו שההשפעה של תירס Bt זניחה.
דו"ח היבול GE של NASEM מתעד כי תוקפו של אותו מחקר מונרך ראשוני נחקר על ידי מדענים אחרים וזה הוביל בסופו של דבר למחקר רב לאומי גדול במימון ארה"ב וקנדה. הם גילו שהרוב המכריע של תירס Bt שגדל אינו מהווה סיכון למלכים. עם זאת, זן אחד של תירס Bt עשה זאת, וכתוצאה מכך הוא הוסר מהשוק.
דו"ח היבול של GE הזכיר גם איום נפרד על המלוכה: אובדן עשב חלב, שהוא קריטי למחזור החיים של הפרפר. חלק מגידולי GE מתוכננים להתנגד לקוטל העשבים גליפוסט. חקלאים המשתמשים בגידולים אלה יכולים לרסס את כל השדה שלהם בקוטל העשבים, ההורג עשב חלב אך לא את יבול ה- GE שלהם. זה יכול להוריד את כמות עשב החלב הגדל בטווח בתי הגידול של המלכים. הדו"ח הגיע למסקנה כי יש צורך במחקרים נוספים בכדי לכמת את ההשפעה בפועל על אוכלוסיות המלוכה.
סיכון לבריאות האדם
ייתכן שלפחות חלק מהגנים המשמשים בגידולי GE לא היו בשימוש באספקת המזון בעבר, כך שמזונות מהונדסים גנטית עלולים להוות סיכון פוטנציאלי לבריאות האדם, כגון ייצור אלרגנים חדשים. אבל זה נכון גם לגבי גידולים שנוצרו על ידי שיטות גידול מסורתיות (מכיוון ששניהם מייצרים שינויים גנטיים ובכך תכונות חדשות).
כמו נושאים מדעיים "שנויים במחלוקת" אחרים, הקונצנזוס המדעי על גידולי GE ברור למדי: הם בטוחים. ארגון המזון והחקלאות של האו"ם הגיע למסקנה כי הסיכונים לבריאות האדם ובעלי החיים כתוצאה משימוש בהנדסה גנטית הם זניחים. דו"ח היבול GE של NASEM לא מצא "שום עדות מבוססת להבדל בסיכונים לבריאות האדם בין גידולים מהונדסים גנטית (GE) הקיימים כיום לבין גידולים מגודלים באופן קונבנציונאלי, וגם לא מצא עדות חותכת של סיבה ותוצאה לבעיות סביבתיות מגידולי GE." המועצה למדע ובריאות הציבור של ההסתדרות הרפואית האמריקאית, בשנת 2012, הצהירה כי "מזונות מהונדסים ביו נצרכים קרוב ל -20 שנה, ובמהלך תקופה זו לא דווח ו/או הוכחו השלכות גלויות על בריאות האדם בספרות שנבדקה על ידי עמיתים". הצהרות דומות נאמרו על ידי מועצת המשאבים הלאומית האמריקאית והאגודה האמריקאית לקידום המדע, המפרסמת את כתב העת המדעי הבולט, Science.
הפוטנציאל של גידולי GE להיות אלרגניים הוא אחת ההשפעות הבריאותיות השליליות האפשריות ויש להמשיך ולחקור אותו, במיוחד מכיוון שכמה עדויות מדעיות מצביעות על כך שבעלי חיים שניזונו מגידולי GE נפגעו. דו"ח היבול GE של NASEM הגיע למסקנה כי בעת פיתוח יבולים חדשים, המוצר הוא שצריך ללמוד על סיכונים בריאותיים וסביבתיים פוטנציאליים, ולא התהליך שהשיג את המוצר הזה. המשמעות של זה היא, מכיוון שגם שיטות גידול מסורתיות וגם הנדסה גנטית מודרנית מייצרות תכונות חדשות באמצעות שינוי גנטי, שתיהן מציגות סיכונים פוטנציאליים. לפיכך, למען בטיחות הסביבה ובריאות האדם, יש ללמוד את שניהם כראוי.
זכויות קניין רוחני
זכויות קניין רוחני הן אחד הגורמים החשובים בדיון הנוכחי על גידולי GE. גידולי GE יכולים להיות מוגנים בפטנט על ידי עסקים חקלאיים, מה שעלול להוביל אותם לשליטה ולניצול פוטנציאלי של שווקים חקלאיים. יש המאשימים חברות, כמו מונסנטו, בשליטה לכאורה בייצור ותמחור זרעים, לרעת החקלאים. דוח היבול GE של NASEM ממליץ על מחקר נוסף כיצד ריכוז שוקי הזרעים על ידי כמה חברות, והפחתת התחרות בשוק החופשי לאחר מכן, עשויים להשפיע על מחירי הזרעים והחקלאים.
יש לציין כי ניתן להגן ולשלוט באופן חוקי על גידולים שפותחו על ידי גידול מסורתי בדרכים דומות לגידולי GE. ג'ים מאיירס, מאוניברסיטת אורגון סטייט מציין כי "בכל המקרים פרט לכמה מקרים, כל הזנים העכשוויים שפותחו על ידי מגדלים פרטיים מוגנים [כחוק], ורוב הזנים הציבוריים מוגנים גם כן."
האם גידולי GE הם הפתרון שאנו זקוקים לו?
משאבים משמעותיים, כספיים ואינטלקטואליים כאחד, הוקצו לענות על השאלה: האם גידולי GE בטוחים? אחרי מאות רבות של מחקרים מדעיים, התשובה היא כן. אך עדיין נותרה שאלה משמעותית: האם הם נחוצים? אין ספק, כמו במקרים כמו הפפאיה של הוואי, שנגרמה למיגור עקב מחלה אגרסיבית, הנדסה גנטית הייתה פתרון מהיר ויעיל שהיה קשה ביותר, אם לא בלתי אפשרי, לפתור באמצעות שיטות גידול מסורתיות.
עם זאת, במקרים רבים, ההבטחות המוקדמות של גידולי GE - שהם ישפרו את האיכות התזונתית של המזונות, יעניקו עמידות למחלות ויספקו התקדמות שאין שני לה בתפוקת היבול - לא הצליחו במידה רבה להתממש. דו"ח היבול GE של NASEM קובע כי בעוד שגידולי GE הביאו להפחתת אובדן חקלאי ממזיקים, הפחתת השימוש בחומרי הדברה והפחתת שיעורי הפגיעה מחומרי הדברה לעובדי משק, הם לא הגדילו את קצב התקדמות תפוקת היבול בהשוואה לגידולים שאינם GE. בנוסף, בעוד שיש כמה חריגים בולטים כמו אורז זהוב או פפאיות עמידות לנגיפים, מעט מאוד גידולי GE הופקו כדי להגדיל את היכולת התזונתית או כדי למנוע מחלות צמחים שעלולות להרוס את הכנסתו של חקלאי ולהפחית את הביטחון התזונתי. הרוב המכריע של גידולי GE מפותחים לשתי מטרות בלבד: להכניס עמידות לקוטלי עשבים או עמידות למזיקים.
הנדסה גנטית של גידולים מייצגת כלי חשוב בעולם של אקלים המשתנה במהירות ואוכלוסייה אנושית מתפתחת, אך כפי שתראו בפרק הבא, זהו רק אחד מתוך כלים רבים שחקלאים יכולים להשתמש בהם כדי לייצר מספיק מזון לכל בני האדם תוך כדי עבודה בו זמנית לשמירה על הסביבה.
קריאה משלימה מוצעת:
אכנבאך, ג'יי 2015. "מדוע אנשים הגיוניים רבים מטילים ספק במדע?" מגזין נשיונל ג'יאוגרפיק. https://www.nationalgeographic.com/magazine/2015/03/science-doubters-climate-change-vaccinations-gmos/
נאסם. 2016. גידולים מהונדסים גנטית: חוויות וסיכויים. http://nas-sites.org/ge-crops/category/report/
תורמים וייחוסים
- ההיסטוריה של שינוי גנטי של יבולים והאם גידולי GE הם הפתרון שאנו צריכים? מאת מתיו ר פישר מורשים תחת CC BY 4.0.
- יסודות מדעי הסביבה מאת קמלה דורשנר מורשה תחת CC BY 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר 'פישר.
- "מזונות מהונדסים גנטית ודאגות חברתיות" מאת בהרוך מוהאג'ר מגארי ועלי מ 'ארדקאני מורשה תחת CC BY-NC 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר 'פישר.