Nils Rostoks

Ģenētiski modificēti organismi.

Pielietojums fundamentālajā

zinātnē un vides riska faktori

Doktorantūras skolas nodarbības plāns

• Lekcijas –

Nils Rostoks (daži ĢMO biodrošības aspekti)

Anete Keiša (ĢMO fundamentālajā zinātnē)

Lelde Grantiņa (ĢMO ietekme uz augsnes

mikroorganismiem)

• Diskusija

2010.12.01. 2

Lekcijas plāns

• Gēnu inženierijas un ĢM augu vēsture

• ĢM augi pasaulē – kultūraugu sugas,

modifikācijas, ražotāji

• ĢMO pielietojums – jaunākās tendences un

izaicinājumi uzraudzības iestādēm (“zelta rīsi”,

RNAi, EXZACT)

2010.12.01. 3

ĢMO: definīcija

2010.12.01. 4

12.03.2001 Directive 2001/18/EC on the deliberate release into the environment of

genetically modified organisms and repealing Council Directive 90/220/EEC

5.11.2007 Latvijas Republikas Ģenētiski modificēto organismu aprites likums

ĢMO tiek definēts kā „...jebkurš dzīvs organisms ar jaunu ģenētiskā materiāla

kombināciju, kura iegūta, izmantojot likumā noteiktās ģenētiskās modifikācijas

metodes”.

Vai

“genetically modified organism (GMO)” means an organism, with the exception of

human beings, in which the genetic material has been altered in a way that does not

occur naturally by mating and/or natural recombination

ĢMO iegūšanas metodes

2010.12.01. 5

Techniques of genetic modification ... are :

1.recombinant nucleic acid techniques involving the formation of new

combinations of genetic material by the insertion of nucleic acid molecules

produced by whatever means outside an organism, into any virus, bacterial

plasmid or other vector system and their incorporation into a host organism in

which they do not naturally occur but in which they are capable of continued

propagation;

2.techniques involving the direct introduction into an organism of heritable

material prepared outside the organism including micro-injection, macro-

injection and micro-encapsulation;

3.cell fusion (including protoplast fusion) or hybridisation techniques where

live cells with new combinations of heritable genetic material are formed

through the fusion of two or more cells by means of methods that do not

occur naturally.

ĢMO regulācija

• Visi ar ĢMO saistītie aspekti – ierobežota

izmantošana, lauka izmēģinājumi, kultivēšana,

vides risks un pārtikas drošība – tiek regulēti

gan ES, gan citur pasaulē

• ĢMO regulācija ir balstīta uz “procesu” –

jebkurš organisms, kas izveidots ar GI

metodēm, tiek regulēts

2010.12.01. 6

Termini

2010.12.01. 7

• ĢMO – skat. definīciju ĢMO aprites likumā vai ES direktīvā 2001/18/EG

• Gēnu inženierija – metožu kopums manipulācijām ar organismu iedzimtības materiālu

• Transgēns – gēns, kas ticis ievietots cita organisma genomā ar GI metodēm

• Rekombinantā DNS – ar GI metodēm izveidota ‘mākslīga’ DNS molekula

• Cisģenēze – gēnu pārnese no viena organisma citā, ja tie savā starpā varētu brīvi krustoties

Biodrošība

Biodrošība (angl. biosafety) ir pasākumu kopums, kas

vērsts uz risku novēršanu vai mazināšanu saistībā ar

moderno biotehnoloģiju un tās produktiem

Bioloģiskās daudzveidības konvencija http://www.cbd.int/biosafety/faq/?area=biotechnology&faq=2

2010.12.01. 8

Gēnu inženierija

“Genetic engineers don't make new genes,

they rearrange existing ones”

Thomas E. Lovejoy

2010.12.01. 9

ĢMO vēsture – pirmie ģmo

• Pirmie ĢMO – ģenētiski modificēti vīrusi un

mikroorganismi

• Rekombinanto plazmīdu DNS konstruēšana no

dažādām dabiskajām plazmīdām, antibiotiku

rezistences marķieri, restrikcijas

endonukleāzes Cohen et al. (1973) Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. PNAS, 71:

1030

2010.12.01. 10

ĢMO vēsture – moratorijs

• 1974. g. zinātnieki nosaka moratoriju gēnu inženierijas eksperimentiem, līdz brīdim, kad izstrādās drošas darbības kritērijus ar transgēniem organismiem

• 1975. g. Asilomaras (ASV) konference par rekombinanto DNS tehnoloģijas drošību, kurānosaka bioloģiskos un tehniskos kontroles pasākumus

Berg et al. (1974) Potential biohazards of recombinant DNA molecules. Science, 185: 303

Berg et al. (1975) Asilomar conference on recombinant DNA molecules. Science, 188: 991

2010.12.01. 11

Agrobacterium izraisītās pangas

2010.12.01. 12

Marc van Montagu un Jozef

Schell

Mary-Dell Chilton

Agrobacterium Ti plazmīdu T-DNS rajons tiek integrēts augu genomā. T-DNS

sastāvā esošos gēnus iespējams aizvietot ar citiem un tādējādi panākt augu

transformāciju

Zambryski et al. (1980) Tumor DNA structure in plant cells transformed by A.

tumefaciens. Science, 209: 1385

ĢMO vēsture – ĢM augi

2010.12.01. 13

Gēnu inženierija Latvijā

• Ar gēnu inženieriju Latvijā sāk nodarboties 1978. gadā

• 1980. gadā tiek klonēts pilns hepatīta B vīrusa genoms

• 1984. gadā tiek atklāts jauns cilvēka interferona gēns IFN-αN

• 1985. gadā tiek noteikta pilna HBV genoma struktūra

• 80 - 90-tie gadi – rekombinanto cilvēka interferonu un interleikīnu producēšana Escherichia coli šūnās

Intervija ar prof. Paulu Pumpēnu krājumā Millenium. Skats uz Latviju. Valters un Rapa, 1999

2010.12.01. 14

GI perspektīvas Latvijā

• Fundamentālā zinātne – gēnu funkciju pētījumi,

cilvēku, dzīvnieku un augu slimību molekulārie

mehānismi

• Pielietojumi biomedicīnā, biotehnoloģijā un augu

un dzīvnieku selekcijā – jaunu rekombinanto

vakcīnu izstrāde, mikroorganismu metabolisma

inženierija, jaunu molekulāro marķieru izstrāde

augu un dzīvnieku selekcijai (bet ne ģenētiski

modificēti kultūraugi vai dzīvnieki)

2010.12.01. 15

GI perspektīvas Latvijā

• Pētniecības iestādes, kurās izmanto GI metodes:

- LU Bioloģijas fakultāte, LU BF Bioanalītisko metožu

laboratorija

Mikroorganismu un augu gēnu inženierija

- Biomedicīnas pētījumu un studiju centrs

Rekombinanto vakcīnu izstrāde

- LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūts

Mikroorganismu producentu inženierija

2010.12.01. 16

ĢM kultūraugi pasaulē

2010.12.01. 17

Ar ĢMO kultūraugiem apsēto platību pieaugums pasaulē

http://www.gmo-compass.org

Latvija – 6.5 miljoni ha

Francija – 67.5 miljoni

ha

ĢMO audzēšanas platības 2009. gadā

(miljoni ha)

2010.12.01. 18http://www.gmo-compass.org

Galvenās ĢMO kultūras pasaulē 2009.

gadā

2010.12.01. 19

77% sojas un 49% kokvilnas pasaulē ir ĢMO http://www.gmo-compass.org/eng/news/490.docu.html

ĢM kultūru platības ASV

2010.12.01. 20

Soja Kokvilna

http://www.gmo-compass.org

ĢM kultūras ES

2010.12.01. 21http://www.gmo-compass.org

ĢMO pielietojuma kategorijas

• Izplatīšana vidē (deliberate release) – jebkura darbība, kuras rezultātā ĢMO nonāk vidē (runa ir par autorizētiem ĢMO konkrētam mērķim)

• Ierobežota izmantošana (contained use) –attiecas uz ĢMO, kuri tiek izmantoti pētniecības vajadzībām kontrolētos apstākļos

• Autorizēšanas veids - pielietojums pārtikā, dzīvnieku barībā, kā izejviela rūpnieciskai ražošanai, kultivēšana

2010.12.01. 22

ES autorizētās ĢMO kultūras

• Kukurūza – 17 (2 kultivēšanai)

• Kokvilna – 6

• Soja – 3

• Rapsis – 3

• Mikroorganismi – 2

• Kartupeļi – 1 (1 kultivēšanai)

• Cukurbietes – 1 • http://ec.europa.eu/food/dyna/gm_register/index_en.cfm

2010.12.01. 23

ĢMO ražotāji

• Monsanto – 18 (cukurbietes, soja, rapsis, kukurūza, kokvilna)

• Bayer – 5 (soja, rapsis, kukurūza, kokvilna)

• Pioneer and Dow AgroSciences – 4 (kukurūza)

• Syngenta – 3 (kukurūza)

• BASF – 1 (kartupelis)

• Ajinomoto Eurolysine SAS – 1 (Brevibacterium)

• NOVO Nordisk – 1 (Saccharomyces cerevisiae) • http://ec.europa.eu/food/dyna/gm_register/index_en.cfm

2010.12.01. 24

Gēni un pazīmes

• Herbicīdu tolerance – ~22

• Izturība pret insektiem – ~18

Vairumā gadījumu - herbicīdu tolerances un

insektu izturības kombinācija

• Antibiotiku rezistence – ~6

• Izmainīta garša, kvalitāte, sastāvs - piemēram,

kartupeļi ar zemu amilozes saturu

2010.12.01. 25

Nākamās paaudzes ĢMO

• Veselu metabolisma ceļu inženierija – Golden Rice I un Golden Rice II

• Slimību izturības pārnese no vienas šķirnes (sugas) citā

• Abiotiskā stresa tolerance

• Ievadīti nevis gēni, bet mikro RNS vai antisense RNS, kas regulē genomā esošos gēnus – soja ar augstāku oleīnskābes saturu (FDA autorizēta 11.06.2010)

• Precīzāka (laikā un telpā) trangēnu regulācija

2010.12.01. 26

2010.12.01. 27

http://www.time.com/time/business/article/0,8599,98034,00.html

http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/320/5875/468

Golden Rice

zinātne

• Rīsi nesintezē β-karotīnu graudos

• Graudos trūkst divi β-karotīna biosintēzes enzīmi –fitoēnu sintāze (psy) and fitoēnu desaturāze (crt I)

2010.12.01. 28http://www.goldenrice.org

EXZACT tehnoloģija genoma

modifikācijai

• Zn pirkstu nukleāzes (ZFN) – cilvēka radīti enzīmi, kuri apvieno Zn pirkstu transkripcijas faktoru DNS atpazīšanas domēnu ar restrikcijas endonukleāzes DNS šķelšanas domēnu

• DNS saistīšanas domēns ir izveidots tā, lai atpazītu noteiktu DNS sekvenci genomā, savukārt endonukleāzes domēns atbilstošā vietā šķeļ abus DNS pavedienus

• Vienlaicīgi ar ZFN šūnā ievadot lineāru DNS fragmentu, kura gali komplementāri ZFN šķeltajai vietai genomā, notiek homologā rekombinācija un precīza DNS fragmenta insercija genomā

Shukla et al. (2009) Precise genome modification in the crop species Zea mays using zinc-finger nucleases. Nature, 459:437

2010.12.01. 29

EXZACT tehnoloģija genoma

modifikācijai

• EXZACT Add – DNS sekvenču insercija noteiktā

genoma vietā

• EXZACT Delete – noteiktu DNS sekvenču delēcija

genomā (mutaģenēze, nevis transģenēze)

• EXZACT Edit – noteiktu DNS sekvenču izmaiņa

genomā (mutaģenēze, nevis transģenēze) http://www.exzactprecisiontechnology.com

2010.12.01. 30

ĢMO riski

• Riski cilvēka un dzīvnieku veselībai (pārtika, dzīvnieku barība, alerģija, autoimūnās saslimšanas, liekā svara problēmas)

• Nekontrolētas ĢMO izplatīšanās riski (transgēnu pārnese uz citām nemodificētām šķirnēm, vai pārnese uz lauksaimniecības augu savvaļas radiniekiem apputeksnēšanās ceļā)

• Riski nemērķa organismiem (bites, citi kukaiņi, barības ķēde)

2010.12.01. 31

Problēmas nostādne

• Jebkura saimnieciskā darbība ietekmē vidi

Vai ĢMO kultivēšana ietekmē vidi negatīvāk nekā tradicionālās un bioloģiskās lauksaimniecības metodes?

• Cilvēka un dzīvnieku veselība ir tieši atkarīga no pārtikas un barības

Vai ĢMO saturoša pārtika un barība ir veselībai kaitīgāka salīdzinot ar ĢMO nesaturošu pārtiku un barību

2010.12.01. 32

Problēmas nostādne

• ĢMO riska novērtējums balstīts uz zinātnisku pētījumu rezultātiem (EPNI), bet zinātniski pētījumi var būt:

- nepieciešami, bet nepietiekami

- bieži vien nepilnīgi, pretrunīgi, neobjektīvi

- ierobežotas iespējas neatkarīgiem pētījumiem (tehniskas, politiskas)

- sabiedrībai nesaprotami

- neatrisina sabiedrības problēmu, jo zinātnieki nekad nedos 100% garantijas par drošību (teorijas var apgāzt, bet ne apstiprināt)

2010.12.01. 33

Problēmas nostādne

• ĢMO monopols

- ĢMO audzēšanas priekšrocības izjūt

biotehnoloģijas firmas un zemnieki, bet ne

patērētāji

- pazīmes, kas svarīgas zemniekiem, bet ne

patērētājiem

- sēklu monopols

2010.12.01. 34

Vai mēs ēdam ĢMO?

• ... jā...

• Produktiem, kas ražoti no ĢM augiem, jābūt atbilstoši marķētiem, bet ...

- produkti jāmarķē, ja autorizētu ĢMO saturs tajos pārsniedz noteiktu slieksni (0.9%)

- rapša eļļa ir marķēta, bet šajā eļļā cepti kartupeļi var nebūt marķēti

- liela daļa dzīvnieku barības satur ĢM soju vai kukurūzu, bet nav prasības atbilstoši marķēt dzīvnieku gaļu

2010.12.01. 35

Papildus informācija

� http://croptechnology.unl.edu/index.shtml

� http://www.sciencemag.org/plantgenomes/map.html

� http://ec.europa.eu/food/food/biotechnology/authorisation/index_en.htm

� http://engl.jrc.ec.europa.eu/

� http://www.gmo-compass.org/eng/home/

� http://web.archive.org/web/20080413144544/www.geo-pie.cornell.edu/gmo.html (GMO urban legends)

� http://bch.cbd.int/

� http://lv.biosafetyclearinghouse.net/

2010.12.01. 36

Pateicības

Eiropas Sociālā fonda projekts

“Kapacitātes stiprināšana starpnozaru pētījumos biodrošībā”

Nr.2009/0224/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/055

2010.12.01. 37

Tēzes diskusijai

• ĢMO nav tikai ĢM lauksaimniecības augi un pārtika – arī fundamentālā

zinātne, medicīna, farmakoloģija, ķīmiskā rūpniecība

• ĢMO pielietojums (platības, jaunas pazīmes, jaunas sugas, jaunas

modifikācijas tehnoloģijas) attīstās un paplašinās (visur izņemot ES)

• Agrīnie ĢM augi sniedza priekšrocības tikai ražotājiem un audzētājiem,

nevis patērētājiem, bet tas pamazām mainās

• Pagaidām tieši zemniekiem ir vislielākais labums no ĢMO audzēšanas

• ĢM kultūraugu audzēšana dod priekšrocības ne tikai ĢM audzētājiem

• ĢMO kultūraugi var pastāvēt vidē ārpus normāliem kultivēšanas

apstākļiem

• Latvijā ĢMO netiek audzēti, bet mēs ar tiem varam saskarties pārtikā

2010.12.01. 38

ĢMO uzraudzības institucionālā

sistēma Latvijā

2010.12.01. 39

Eiropas Komisija

Bioloģiskā drošuma informācijas centrs

Eiropas Zāļu aģentūra

Ministru kabinets

ZemkopZemkopZemkopZemkopīīīības bas bas bas ministrijaministrijaministrijaministrija

Pārtikas un veterinārais

dienestsValsts augu aizsardzības

dienests

Nevalstiskās organizācijas

Zinātniskās institūcijas

Vides ministrija

Valsts vides dienests

Dabas aizsardzības

pārvalde

Latvijas Vides, ģeoloģijas un meteoroloģijas

aģentūra

Veselības ministrija

Labklājības ministrija

Zāļu valsts aģentūra

Valsts darba inspekcija

Saeima

Zinātniskāekspertu komisija

Ģenētiski modificēto organismu uzraudzības padome

Eiropas Pārtikas nekaitīguma iestāde

ĢMO starpin. darba grupa

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

Likumdošana ĢMO jomā

2010.12.01. 40

• Starptautiskās saistības

• ES regulējums

• Nacionālā likumdošana

Starptautiskās saistības

2010.12.01. 41

• Konvencija par bioloģisko daudzveidību

• Kartahenas protokols par bioloģisko drošumu

• Orhūsas konvencija

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

ES regulējums

2010.12.01. 42

• Regula Nr. 1829/2003 (ĢM pārtika un dzīvnieku barība)

• Regula Nr. 1830/2003 (ĢMO izsekojamība un marķēšana)

• Regula Nr. 1946/2003 (ĢMO pārrobežu kustība)

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

Nacionālā likumdošana

2010.12.01. 43

• Ģenētiski modificēto organismu aprites likums

• Ministru kabineta noteikumi

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

Ģenētiski modificēto organismu

aprites likums

2010.12.01. 44

Mērķisnodrošināt ĢMO drošu apriti, novēršot negatīvo ietekmi uz cilvēku un dzīvnieku veselību vai vidi, saglabājot bioloģisko daudzveidību, veicinot ilgtspējīgas lauksaimniecības un biotehnoloģijas attīstību, arī ĢM kultūraugu pastāvēšanu līdztekus bioloģiskajai un konvencionālajai lauksaimniecībai

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

Ģenētiski modificēto organismu

aprites likums

2010.12.01. 45

Darbības jomanosaka valsts institūciju kompetenci, fizisko un juridisko personu tiesības un pienākumus, ĢMO aprites, tai skaitā ĢM kultūraugu līdzāspastāvēšanas principus, uzraudzību un kontroli, sabiedrības līdzdalību, personu atbildību un tiesisko aizsardzību, kā arī drošības pasākumus un informācijas apriti jebkura iespējamāārkārtas gadījuma novēršanai

ZM, Biotehnoloģijas un jaunās pārtikas departaments

Ministru kabineta noteikumi

2010.12.01. 46

• 26.05.2009 izdotie MK noteikumi Nr.457 "Noteikumi par kārtību, kādāģenētiski modificētos organismus izplata vidē vai tirgū, monitoringa un atļaujas izsniegšanas kārtību, kā arī kārtību, kādā sniedzama informācija par ģenētiski modificēto organismu apriti, un sabiedrības iesaistīšanu lēmumu pieņemšanas procesā“

• 19.05.2009. izdotie MK noteikumi Nr.453 "Noteikumi par valsts nodevu par ģenētiski modificēto organismu riska novērtējuma atzinuma sagatavošanu“

• 22.12.2008. izdotie MK noteikumi Nr.1078 "Ģenētiski modificēto organismu riska novērtēšanas metodoloģija“

• 22.09.2008. izdotie MK noteikumi Nr.784 "Ģenētiski modificēto organismu ierobežotās izmantošanas un atļaujas izsniegšanas kārtība“

• Jautājumus par ĢMO drošību Latvijā risina ģenētiski modificēto organismu uzraudzības padomē, kuru reglamentē 22.09.2008. MK noteikumi Nr.783 "Ģenētiski modificēto organismu uzraudzības padomes nolikums" ar 03.11.2009. MK noteikumi Nr.1282 grozījumiem.

Uzraudzība un atbildība

2010.12.01. 47

Latvijas Administratīvo pārkāpumu kodeksa 78.1, 103.8 un 103.9 pantos ir paredzēti sodi par

ģenētiski modificēto organismu līdzāspastāvēšanas, izmantošanas un darbību ar ĢMO

produkciju noteikumu pārkāpumiem.

MK noteikumos noteikto pasākumu ievērošanu kontrolē Valsts augu aizsardzības dienests, kurš

veic ģenētiski modificēto kultūraugu kontroli kultūraugu audzēšanas laikā, kā arī uzrauga un

kontrolē sēklu apriti ģenētiski modificēto kultūraugu šķirnēm

Pārtikas un veterinārais dienests veic ģenētiski modificētās gatavās produkcijas (izņemot sēklas)

uzglabāšanas, sagatavošanas, iepakošanas un transportēšanas kontroli

Valsts vides dienests kontrolē izolējošo attālumu ievērošanu no ģenētiski modificēto kultūraugu

audzēšanas platībām līdz Eiropas nozīmes aizsargājamām dabas teritorijām (Natura 2000

vietām)

Clearfield rīsi

2010.12.01. 48

• Clearfield rīsi (ražotājs Horizon Ag) ir izturīgi pret

imidazolinonu grupas herbicīdiem

• Nezālēs herbicīdi inhibē enzīmu acotohidroksiskābes sintāzi

(AHAS), kas nepieciešams Leu, Ile, Val biosintēzei

• Clearfield rīsu šķirnes satur mutantu AHAS variantu, kuru

herbicīdi neinhibē, kamēr pat tuvu radniecīgas nezāles tiek

nomāktas

• Clearfield sistēma darbojas kompleksā ar BASF izstrādātajiem

herbicīdiem

• Clearfield tehnoloģija nav ģenētiskā modifikācija http://www.lsuagcenter.com/en/communications/publications/agmag/archive/2003/fall/clearfield+rice+its+not+a+gmo.htm