Moderna biotehnologija i uticaj

genetičkog inženjeringa na životnu

sredinu

Martina Newell-McGloughlin

Direktor, University of California Systemwide

Biotechnology Research and Education Program

(UCBREP)

• Visok prinos, dostupnost, hrana, stočna hrana i gorivo visokog kvaliteta uz minimalna ulaganja

• 17% obrađivanog zemljišta je degradiralo usled ljudske aktivnosti od 1945. do 1990. Poljoprivredno zemljište se smanjuje za 20.000 ha godišnje. (Svetska banka)

• Bez povećanja prinosa upotreba zemljišta će se udvostručiti do 2050.

• Latinska Amerika: najveće povećanje prinosa uz manju upotrebu zemljišta (manja seča šuma)

• Visok prinos “štednja zemljišta” bolji nego“divljina”-prijateljska poljoprivreda uz neefikasno korištenje zemljišta (Green, Royal Soc. Bird Protection 2005)

• Ako EU nastavi sa tehnologijom 19. veka, mladi naučnici će otići. Ako EU angažuje racionalnu, harmonizovanu regulatornu mrežu podstaći će bržu međunarodnu difuziju tehnologije.

• EU Komisija “treba da preduzme hitne mere da izbegne negativan uticaj na proizvodnju stoke i celokupnu poljoprivredu EU ".

Površine u 1997.

Realnost

Poljoprivreda: Istorijat

tehnologije

8,000 BC

19. vek

Rani 20. vek

Sred 20. vek

1930-te

1940-te

1950-te

1970-te

1980

1990-te

2000-ta

21. vek

Gajenje

Selektivna ukrštanja

Kultura ćelije

Somaklonalna varijabilnost

“Embryo rescue”

Mutageneza i selekcija

Kultura antera

Rekombinanatna DNK

Marker asistirana selekcija

---omike - Bioinformatika

Epigenetika/RNKi/Paramutacije

Adaptivna tehnologija/transgenomika

Biologija sistema

Osobine kvaliteta - ($210bil do 2015.)

Poboljšana svojstva nakon žetve

Dužina čuvanja, prerada, ukus

Poboljšana ishrana–poboljšana funkcionalnost

Makro: proteini, ulja, CH, vlakna

Mikro: Vitamini, minerali,

Fitohemikalije – Antioksidanti

Ukloniti antinutrijente/alergene/ toksine

CO2

Agronomska svojstva – $30bil

Biotički- štetočine/bolesti/korovi/

Abiotički stres: suša, zaslanjenost,

specifična zemljišta

Prinos

Value

Obnovljivi izvori

Konverzija biomase, stočna

hrana, biogoriva,

fitoremedijacija

Zabrinutost zbog upotrebe

zemljišta/vode

višegodišnje vrste: Drveće

Biljke kao fabrike

Farmaceutske sirovine/ Industrijski proizvodi

(Ventria – Pirinač Laktoferin Lizozim 30%

dijareja, oporavak 3/6 dana,

Zabrinutost zbog mešanja, prenošenja gena

Šanse/Izazovi za biotek useve

S obziorm na uticaj promene klime na poljoprivrednu proizvodnju i

ulogu koju poljoprivreda ima u globalnom zagrevanju, poljoprivredne

metode moraju imati značajan udeo u borbi protiv klimatskih

promena. Zelena biotehnologija nudi “alate” koji mogu pomoći

farmerima da ograniče emisiju gasova staklene bašte kao i da

prilagode metode gajenja promeni klime.

Tri glavna doprinosa zelene biotehnologije smanjivanju uticaja

promene klime su:

1. Smanjivanje gasova staklene bašte

2. Adaptacija gajenih vrsta ( stres, promena agroekoloških uslova)

3. Zaštita i povećanje prinosa na manje plodnim i specifičnim

zemljištima

Source: ISAAA

• 2009., 14 M farmera 134 M ha biotek useva u 25 zemalja,

• 13,3 M farmera/125 M ha (7%) u 2008. 13 /14 M (90 %) siromašnim nerazvijenim zemljama

(LDC).

• 46% globalnih površina pod biotek usevima LDC- Ukupno 57 zemalja ima zakonski odobrene

biotek useve.

• 6 EU posejano 94.750 ha u 2009., smanjenje sa 7 i 107.719 ha 2008., Nemačka odustala. Španija

posejala 80% Bt kukuruza zadržala rekordno prihvatanje 22%.

$44 bil 1996. do 2007., 44% povećanje prinosa, 56% smanjenje troškova (uključujući 359.000 t a.m. pesticida); za povećanje od 41 mil tona, bilo bi potrebno dodatnih 43 M ha

Uticaj pesticida na životnu sredinu smanjen za 15,4%. Globalno smanjenje od 286 mil kg emisije CO2 jednako uklanjanju 6 M kola sa puteva (Barfoot i Brookes 2008.)

Dodatni ugljenik zadržan u zemljištu od 1996. je jednak 63.859 mil tona CO2 koji nije osloboĎen u globalnu atmosferu.

U1994.-95. farmeri su trošili $78 /ha na herbicide; danas oni troše$37/ha i upotreba pesticida je smanjena 90%.

HT- povećanje “no-till” obrade: smanjenje erozije, zemljišta mnogo zdravija, organska materija, manje sabijanje zemljišta, bolje korišćenje H2O, upotreba goriva smanjena za 20 galona/acru(Fawcett i Towery 2005. )

Uticaj na životnu sredinu

Kina: Bt pirinač ima potencijal da poveća prinose do 8 procenata, smanji upotrebu pesticida za 80 procenata (17 kg/ha) i stvori godišnju dobit od US$4 bil (James, 2010.). Značajno smanjenje negativnih uticaja na zdravlje – Sačuvani životi

Organizmi u poljima sa “Bt usevima” su prolazili bolje u ogledima u odnosu na one sa insekticidima povećanje broja Monarh leptirova (Marvier, 2007.)

BT kukuruz 90% smanjenja mikotoksina i gljivičnih fumonizina –ukupna godišnja dobit u SAD procenjena na $23 mil. (Wu, 2006.)

Origin Agritech China takoĎe odobrio Fitaza kukuruz (2009.)

CP papaja je spasila industriju papaje na Havajima (i pomogla proizvoĎačima organske hrane!) može biti rešenje za šarku –C5 PTGS obezbeĎenje protiv nosilaca klica tifusa u jaslicama

Krompir otporan na Phytophtora (BASF -Rpi-blb1 i Rpi-blb2 NBS-LRR) - Studija Univerziteta u Ilinoisu pokazala da bi za glavne regione proizvodnje krompira u svetu bila $4,3 bil.

ISAAA očekuje da će broj biotek farmera globalno dostići 20 miliona ili više u 40 zemalja na 200 miliona ha za samo malo više od pet godina - u 2015.

Tehologija Genuity™ SmartStax™ kukuruza

Drugi ključni dogaĎaji odobravanje SmartStax, novog biotek kukuruza, 8 različitih gena za otpornost prema insektima i herbicidima

SmartStax štiti useve od glavnih štetočina kukuruza, uključujući evropskog i jugozapadnog kukuruznog moljca, dijabrotike, povrtne sovice, sovice ipsilon, gusenica Helicoverpa zea i Spodopterafrugiperda. SmartStax takoĎe obezbeĎuje otpornost na glifozate i glifozinate. Poljski ogledi Dow AgroSciences u 2007.-2008. su potvrdili da SmartStax pruža širi spektar zaštite od insekata kod hibrida kukuruza.

.

Roundup Ready 2 Yield

Unakrsno licenciranje Monsanto Syngenta

Četvorogodišnji poljski ogledi u 6 država SAD su pokazali 7 do 11% veće

prinose u odnosu na RR soju prve generacije.

“Roundup Ready 2 Yield je za mene bila veoma dobra prošle godine,” rekao je

Jeff Barth, farmer iz Ilinoisa. “Posejana je kasno i ipak je dala pet do šest

bušela više od RR soje prve generacije koja je posejana ranije. Očekujem

slične rezultate ove godine, zato ću na moje površine od 1.100 akri namenjene

za gajenje soje sejati ovaj proizvod kada postane dostupan.” Ovo je druga

godina kako Barth gaji Roundup Ready 2 Yield soju.

Roundup Ready 2 Yield soja – prvi proizvod nove

tehnologije koja omogućava efikasnije i preciznije

unošenje gena radi direktnog uticanja na prinos.

+ Gen EKontrola l+ Gen DKontrola l

Abiotički stres: Suša, hladnoća, toplota, zaslanjenost

Pirinač izložen suši

Faktori abiotičkiog stresa koji

ograničavaju dostizanje genetskog

potencijala useva

Poboljšano čuvanje vode -Manje gubitaka

useva -Veći prinosi na svim površinama usled

poboljšanog korišćenja vode -Širenje u sušna

područja - Y B podjedinica faktora jedra

Faktor transkripcije(Tf) DREB2A reaguje na

vodni stres/reaguje na stres usled suše

Homeodomain-leucine zipper (HD-Zip)

faktori transkripcije reaguju na osmotski i

vodni stres, egzogena abscisinska kiselina

Hladnoća: Inženjering sa COR15a Tf, uloga u

tolerantnosti na smrzavanje.

Biljke modifikovane sa holin oksidazom

(codA) tolerantnost prema zaslanjenom

zemljištu i hladnoći

Transportni proteini. Rast i plodovi čak i pri

navodnjavanju vodom koja je > 50X

zaslanjenija od normalne. > 1/3 zaslanjenosti

morske vode. (Blumwald i Zhang)

Abiotic stress limiting factor for crops reaching genetic

potential

Uljana repica otporna prema suši modifikovana da snizi

nivo PARP [poli(ADP-ribozo) polimeraza], ključnog

proteina vazanog za stres kod biljaka. Preživljavanje suše u

odnosu na referentne biljke. Relativni porast prinosa do

+44% u odnosu na varijetete koji nisu tolerantni prema suši.

Bayer CropScience radi istraživanja na kukuruzu, pamuku,

uljanoj repici i pirinču, da bi razvili novu generaciju

varijeteta tolerantnih na stres sa visokim prinosom.

Mutacija koja menja aktivnost farneziltransferaze.

Pioneer Hi-Bred International razvija hibride i varijetete

koji efikasnije koriste izvore vode i samim tim bolje

preživljavaju u uslovima deficita vode.

Održavanje prinosa tokom vodnog stresa će pomoći

očuvanju prihoda farmera i daće više dobitka za lanac

vrednosti energije i hrane, a smanjiće i potrebu za

navodnjavanjem.

- Poboljšanje asimilacije azota- Povedanje hidrolize saharoze,

biosinteze skorba- Povedanje pristupačnosti O2- Modifikovanje fotosinteze

Gen za prinos Kontrola

Povećani prinosi

Krmno bilje: Ova biljka sirka

kratkog dana je korišćena za

mapiranje Ma-1 gena (geni koji

modifikuju fotoperiodsko ponašanje

i samim tim i sazrevanje). Ovaj gen

koji funkcioniše u drugim

cerealijama će biti posebno

koristan za useve za biomasu i

krmno bilje kod kojih je cvetanje

nepoželjno.

Nedoumice

Otpornost prema antibioticima Obeležavanje transpozona

Pozitivna selekcija – ograničavajući izvor energije

Protok gena- Prostor – Vreme

Zaštitni pojas

Muška sterilnost

GURT “Terminator” tehnologija

Transformacija hloroplasta

Uticaj na neciljne organizme Ekspresija u određenom tkivu

Transformacija hloroplasta

Troškovi/korist

Gubitak efektivnosti – upravljanje otpornošću Zaštitni pojasevi

Gomilanje gena

Mešanje gena

Smanjen diverzitet Više izvora genetske raznovrsnosti – spašavanje starih

varijeteta i lokalnih populacija

Koegzistencija

KoegzistencijaAli šta sa okruženjem u kome se ovi usevi gaje? Da li svi sistemi gajenja mogu koegzistirati u harmoniji?

Prema Evropskoj Komisiji 2003/556/EC ( parafrazirano!)

Koegzistencija kao pitanje se odnosi na ‘ekonomske posledice neželjenog prisustva materijala iz jednog useva u drugom i princip da farmeri treba da mogu da slobodno gaje poljoprivredne useve koje odaberu, bez obzira da li se radi o gajenju GM, konvencionalnih ili organskih useva’.

“Ni jedan oblik poljoprivrede bez obzira da li je konvencionalan, organski ili GM ne bi trebao da bude isključen iz poljoprivrede EU”.

NE o bezbednosti proizvoda/useva, ali, o ekonomskom uticaju proizvodnje i plasmana useva gajenih za različita tržišta.

Koegzistencija na farmi danas: ništa novo

Važni su dobro razvijeni programi vođenja useva za sve sisteme u kojima postoji koegzistencija. Postalo je rutina za većinu EU farmera da rade uz određene programe garancije kvaliteta (QA) useva. Značajan deo poljoprivredne proizvodnje EU je proizveden prema ugovoru i uz određeni sistem QA.

Postoje modeli prema kojima se radi i određeno iskustvo farmera sa programima vođenja: na primer, programi upravljanja kvalitetom su nametnuti od strane kompanija za distribuciju hrane.

Prostorna izolacija Vremenska izolacija Komunikacija sa susedima Dobra poljoprivredna praksa

Koegzistencija u praksiMere potrebne za odvojene useve zavise od njihove biologije i

standardnih agrotehničkih mera koje se primenjuju.

Najvažniji biološki parametri su Biologija cvetanja (uglavnom sposobnost polena da se prenosi na određenu

udaljenost) Sposobnost gajene vrste da ima fertilno potomstvo iz ukrštanja sa divljim

srodnicima Sposobnost preživljavanja semena i drugih organa za razmnožavanje u

polju.

Na ove biološke parametre utiču Životna sredina (npr. vetrovitost okruženja će uticati na širenje polena kod

biljaka koje se oprašuju vetrom kao što je kukuruz). Sistemi gajenja i tradicija veoma variraju. Veličina polja i polodored

utiču na blizinu i stepen smenjivanja Takođe utiču na potrebne mere (npr. saradnju između susednih

farmera) da bi se postiglo odvajanje useva. Standardi čistoće potrebni za zadovoljavanje različitih tržišta sa

različitim tipovima istog useva veoma utiču na mogućnost njihovog gajenja jedan blizu drugog.

Nedoumice u vezi kukuruza i uljane repice

GM kukuruz: Ukrštanje između ne-GM useva i GM kukuruza na susednom polju

prenošenjem polena;

GM nečistoće u partijama semena (ukrštanje tokom proizvodnje u polju i mešanje tokom dorade posle žetve).

Uljana repica Stranooplodne vrste sa vrlo efikasnim mehanizmima rasipanja

semena.

Procenjeno je da je potrebno testirati 3000 semena da bi se odredio prag od 0,1% sa nivoom sigurnosti od 95% (tehnologija, troškovi).

Kod uljane repice, preporučen je prag od 0,3% za sertifikovano seme da bi farmeri mogli da postignu prag ispod 0,9–1,0% za useve.

Koegzistencija u praksi Postojeća zakonska regulativa u Severnoj Americi i EU je više nego

dovoljna da zaštiti sve interese uzgajivača i potrošača Potrebne su metode za određivanje i dodeljivanje odgovornosti za

koegzistenciju na nivou farme, koje uzimaju u obzir prihvaćenu poljoprivrednu praksu i važeće zakone.

Ako se razmatraju novi propisi koji se bave ekonomskom odgovornošću isti princip treba da važi za sve farmere bez obzira na način na koji oni proizvode.

Ista mogućnost dobijanja odštete za neželjeno prisustvo materijala iz konvencionalnih ili organskih useva (kao što je gljivična kontaminacija) kao što konvencionalni i organski proizvođači dobijaju od biotek uzgajivača.

Ni jedan sektor ne bi trebao da može da nepravedno zabranjuje drugi – pristup i izbor važe u oba pravca.

Sve mere koegzistencije treba da su zasnovane na pravnoj, praktičnoj i naučnoj realnosti, a ne na komercijalnim ili ciljevima na određenom tržištu.

Koegzistencija u Nemačkoj

Nemačka studija GM je završena: Organizatori studije kažu da rezultati pokazuju da polja sa GM kukuruzom mogu da ‘koegzistiraju' sa susednim ne-GM poljima.

Testovi su rađeni na 28 polja GM kukuruza okruženih sa ne-GM poljima u sedam država,

Studija Eberhard Webera, u kojoj je merena GM kontaminacija u kukuruzu požnjevenom sa susednih ne-GM polja, je pokazala da ne-GM kukuruz koji je posejan najmanje 20 m od GM kukuruza nije bio kontaminiran više od limita od 0,9% dozvoljenog u EU

“Nema sumnje da je, ukoliko održavate određenu razdaljinu, moguća koegzistencija između GM i ne-GM polja. A ta ‘određena razdaljina' ne manja od 20 metara"

Green Peace je insistirao da je prag kontaminacije od 0,9% propisan u EU irelevantan, zato što mnogi nemački prerađivači kukuruza i mlinari neće prihvatiti kukuruz sa kontaminacijom sa GMO iznad 0,2% to 0,4%.

24 novembar, 2004. - The Scientist

Koegzistencija u UK

The Supply Chain Initiative on Modified Agricultural Crops (SCIMAC) sistem upravljanja koji je primenjivan u UK na programu evaluacije GM useva na nivou farmi se zasnivao na procedurama za proizvodnju sertifikovanog semena i imao je veliku podršku farmera koji su ga koristili.

Koegzistencija u ŠpanijiNisu se pojavli ni ekonomski ni komercijalni problemi

Glavni kupci ne-GM (skrob) nemaju problem u dobijanju ne-GM čak i u glavnim područjima gde se gaji GM (uključujući i zadruge sa članovima koji gaje i ne gaje GM)

Izolovani slučajevi prisustva GM u organskim usevima su prijavljeni u 2001. – nedostatak podataka da se potvrde ove izjave- verovatan uzrok upotreba konvencionalnog semena (netestiranog)

Brookes i Barfoot, 2004.

Zaključci Biotehnologija mnogo obećava kao korisno sredstvo za

Poboljšanje kvalitativnog i kvantitativnog aspekta hrane, hrane za stoku i proizvodnju vlakana,

Smanjenje zavisnosti poljoprivrede od hemikalija i fosilnih goriva

Smanjivanje preterane obrade i erozije Sve na ekološki održiv način.

Koegzistencija nije ništa novo: farmeri su primenjivali efikasne mere tokom mnogo godina na specijalizovanim usevima

Koegzistencija GM i ne-GM useva nije problem Postoje oruđa da se primeni koegzistencija – nema

potrebe za uključivanjem vlade Španija je model za uspešnu koegzistenciju – ostale

zemlje članice treba da je kopiraju

Saradnja ima efekta

Nema

žutih

zrna

Organic Blue Cornfield near yellow non-organic field Fred Yoder Ohio

Nema

ukrštanja

(nema

plavih zrna)

Biotek kukuruz Organski kukuruz

• Istorijski, svetsko tržište je na pravi način regulisalo pitanja ekonomske odgovornosti u

vezi sa prisustvom u tragovima neželjenog materijala u bilo kom poljoprivrednom usevu.

• Organska proizvodnja u SAD ne može biti (pravno) degradirana i uzgajivači ne mogu

izgubiti sertifikat za nenamerno prisustvo kada su ispoštovane sve potrebne mere i

najbolje procedure i nijedan proizvođač nije bio pogođen na ovaj način do danas

• Svaki slučaj kršenja se zasnivao na tvrdnji da je farmer koji je tužen za kršenje to radio

namerno (tj. Prisustvo u tragovima nije bilo sporno). Do danas, sudovi su podržali svaki

od ovih slučajeva.

Primum non nocere• Komercijalizacija: 7 do 10 godina –najmanje 9 stadijuma

provere

• Biotek usevi i hrana su temeljnije testirani nego

konvencionalni varijeteti ( “za koje se predpostavlja” da su

bezbedni)- Jedna biotek soja prolazi 1.800 posebnih analiza

• 23 studije sa hranjenjem – mlečni proizvodi, govedna, živina,

ekvivalent soje/kukuruza po sastavu, svarljivosti i hranljivoj

vrednosti sa ne-GM. Clarke i sar. 2000.

• Znatna ekvivalencija sa roditeljem – Molekularna

karakterizacija (17) Studije toksičnosti (5) – marker geni (4)

– hranljivi sadržaj (7+) - Potencijal za alergenost –

Antinutritivni efekti – Svarljivost proteina

• Ekološki aspekti (5 stavki)- Ekološki uticaj (5 stavki) OECD,

CBD, CODEX

Omika studije

Pšenica ( Baker 2006.), Krompir (Catchpole 2005.)

Transkriptomičke i Metabolomičke studije pokazuju veću varijabilnost između

varijeteta dobijenih na klasičan način i čak između lokaliteta nego između GM i

roditeljskog varijeteta (osim naravno za željenu modifikaciju) – razlike između

lokaliteta su generalno bile veće nego razlike između linija

Najveći izazovi

• Tehnički

• Intelektualna svojina: Zaštita prava intelektualne svojine kod biljaka –

Specijalizovani usevi – Fizička, tehnička i organizaciona odgovornost

• Biološka sigurnost: takozvane nerazvijene zemlje – Specijalizovani usevi

• Prihvatanje: - borba protiv straha i pogrešnog informisanja

(etički) - moralni imperativ stvarna potreba nasuprot

hipotetičkom riziku

Nadam se da u ovome nema

ničeg genetički modifikovanog