1. Rośliny transgeniczne GMO
– przykłady modyfikacji
Autor prezentacji : Katarzyna Binkowska
Kierunek Technologia Żywności UR
1
2. Jak definiujemy rośliny
transgeniczne?
Według ustawy z dnia 22.06.2001 :
„Organizm modyfikowany genetycznie to organizm inny niż organizm człowieka, w
którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób nie zachodzący w warunkach
naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, w szczególności przy
zastosowaniu:
- technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów, (…)
- technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego
poza organizmem, a w szczególności: mikroiniekcji, makroiniekcji i mikrokapsułkowania,
- metod nie występujących w przyrodzie dla połączenia materiału genetycznego co
najmniej dwóch różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje
nowa komórka zdolna do przekazywania swego materiału genetycznego odmiennego
od materiału wyjściowego komórkom potomnym.”
- Ogólnie mówiąc modyfikacja polega na wszczepieniu do genomu modyfikowanego
organizmu fragmentu DNA z innego organizmu, który odpowiedzialny jest za daną
cechę, lub też na modyfikacji genu, lub usunięciu go całkowicie z organizmu.
2
3. Na świecie najczęściej modyfikowane są:
• Kukurydza
• Pomidory
• Soja zwyczajna
• Ziemniaki
• Bawełna
• Melony
• Tytoo
3
4. Jaki jest cel tych modyfikacji?
Modyfikowane są głównie rośliny mające duże znaczenie
gospodarcze
Jako główne cele modyfikacji uważamy:
• przedłużenie trwałości,
• zwiększenie odporności na szkodniki, grzyby, herbicydy
,infekcje wirusowe, bakteryjne i grzybowe,
• podniesienie cech jakościowych roślin,
• zwiększenie tolerancji na stres abiotyczny ( gł. zmiany
klimatyczne),
• poprawę składu kwasów tłuszczowych oraz aminokwasów
białek,
• usunięcie składników antyżywieniowych.
4
5. Główne zalety modyfikacji to:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Wzmocnienie pożądanych cech
Odpornośd na szkodniki
Zwiększenie wartości odżywczej
Odpornośd na herbicydy
Odpornośd na zmiany temperatur
Korzyści medyczne ( np.: jadalne szczepionki)
Walka z głodem na świecie
Niskie koszty utrzymania plantacji
Większe zbiory
Nieograniczone możliwości ( wszystko co żyje może byd
modyfikowane)
5
6. Wady modyfikowania roślin:
• Ryzyko dla zdrowia człowieka ( alergie)
• Odpornośd genów na antybiotyki ( np.: niebezpieczne choroby
przenoszone na ludzi)
• Toksyczny związek (Glifosat - składnik herbicydu Roundup)
szkodzi rozwojowi dzieci , oraz dorosłym.
• Problem religijny
• Wysokie koszty badao
• Uodpornione chwasty
6
12. Co oznacza Bt?
• Naturalnie występujące w glebie bakterie (Bacillus
thuringensis), powszechne na całym świecie.
• Modyfikacja Bt rośliny polega na wprowadzeniu do niej genów
z bakterii Bacillus thuringensis (Bt)
• Przy tworzeniu przetrwalników powstają tzw. kryształy
białkowe Cry - toksyczne dla owada.
• Modyfikacja ta umożliwia powstawanie toksycznych na owady
białek wewnątrz rośliny, we wszystkich jego komórkach.
• Zmodyfikowane komórki rośliny zawierające juz w swoim
wnętrzu białka Cry są toksyczne po zjedzeniu przez owada.
12
13. • W środowisku zasadowym przewodu pokarmowego owada
następuje aktywacja białka Cry - łączy się ono ze specyficznymi
receptorami w błonach komórek przewodu pokarmowego.
Powoduje to powstawanie otworów w błonie, zniszczenie
komórek co doprowadza do śmierci owada po dwóch , trzech
dniach.
• Dotychczas odkryto ponad 100 genów kodujących białka
odpowiednie Cry, co pozwala na specyficzne wykorzystywanie
ich w zwalczaniu konkretnych gatunków szkodników, bez
toksycznego wpływ na inne.
Białka Cry są owadobójcze jedynie w odniesieniu do
niektórych gatunków motyli (z rodzajów: Lepidoptera, Diptera,
Coleoptera, - stonka ziemniaczana jest wrażliwa, mszyce już
nie).
13
16. Bacillus thuringiensis
Jest powszechnie stosowana do biologicznego zwalczania
szkodników. W procesie tworzenia przetrwalników wiele
szczepów Bt wytwarza kryształy z białek nazywanych deltaendotoksynami, które mają działanie owadobójcze. Toksyny te
oraz same przetrwalniki są stosowane w rolnictwie jako
biopestycydy. W ostatnich latach również geny Bt służące do
wytwarzania tych toksyn są używane w modyfikowanych
genetycznie roślinach, aby uodpornid je na szkodniki.
16
17. Działanie modyfikacji Bt:
Białko czynne - kryształ jest połączony z
zarodnikiem Bt . Zarodnik i Kryształ
wprowadzone do układu pokarmowego,
udają się w głąb organizmu, do jelit.
17
18. • Kryształ odrywa się od zarodników i
zaczyna się rozpuszczad.
•
Toksyna staje się aktywna po
całkowitym rozpuszczeniu kryształu.
• Cały ten etap ma miejsce w jelicie
owada.
• Aby kryształ uległ rozpuszczeniu a
toksyny uległy aktywacji, wartośd
pH powinna mied odczyn zasadowy.
18
19. •
•
•
•
Toksyna wiąże się z receptorami w
jelitach.
Na rysunku, ukazują to małe
kwadratowe kształty wzdłuż błony
jelita, które w rzeczywistości są
fałdami wzdłuż błony jelitowej.
Następnie toksyna wiąże się z
membraną, zaczyna tworzenie w
niej otworów.
Stworzenie zostaje sparaliżowane,
albo głoduje na śmierd. Gdyż
wyciek kwasów żołądkowych do
reszty ciała powoduje poważne
obrażenia.
19
20. Bt nie ma toksycznego wpływu na ludzki
organizm.
Powodem
braku
oddziaływania
modyfikacji Bt na organizm człowieka jest:
• Kwaśny odczyn kwasu w żołądku
• Bardzo niskie pH (∽ 1,5 u ludzi)
• Brak
wymaganych
receptorów.
Receptory dla tych białek nie
występują na powierzchni komórek
jelitowych ssaków, dlatego też ludzie
nie są na ich działanie wrażliwi
20
21. Dlaczego kukurydza potrzebuje ochrony
przed szkodnikami?
• Szacuje się że co roku około 40 mln ton kukurydzy nie trafia na
rynek z powodu uszkodzenia przez szkodniki
• Jeżeli nie będziemy kontrolowad szkodników, będą się one
rozmnażad , tworząc większe zagrożenie dla plantacji
21
22. • Kukurydza z tą modyfikacją jest dobrze znana na rynku światowym,
jest uprawiana od 1998 roku (m.in. w Hiszpanii), nie zauważono
żadnych skutków ubocznych, także eksperci twierdzą iż jest ona
bezpieczna.
• Kukurydza MON 810 wykorzystywana jest głównie w celach
paszowych. Jest również przetwarzana na wartościowe produkty
żywnościowe i przemysłowe takie jak alkohol etylowy w procesie
fermentacji, mąka kukurydziana w procesie suchego mielenia i
wysoko oczyszczoną skrobię w procesie mokrego mielenia.
• Koncern Monsanto juz 2. sierpnia 2002 uzyskał zgodę na
wprowadzenie do do obrotu kukurydzy genetycznie zmodyfikowanej
linii MON 810 z wprowadzonym genem Cry pochodzącym z Bacillus
thuringiensis. Zgoda została wydana przez Komisję ds. GMO, która
wydała zezwolenia do kooca 2012 roku (na 10 lat).
22
24. Bawełna - fakty
• Bawełna jest naturalnym włóknem otrzymanym z rośliny bawełny.
• Na całym świecie tysiące hektarów poświecone sa uprawie bawełny.
• Bawełna wymaga dużej ilości zarówno słooca jak i wody, co sprawia, że jej
produkcja jest bardziej efektywna w tropikalnych obszarach.
• Wielu hodowców, szczególnie w krajach rozwijających się stosuje groźne dla
środowiska , ludzi oraz zwierzat pestycydy w celu ochrony tej rośliny.
• Bawełna uprawiana jest głównie w południowej części USA i Kalifornii , Afryki
, Azji Południowej i Chin.
• W amerykaoskich przemysłowych gospodarstwach rolniczych normą są
uprawy zmechanizowane.
• Spody liści afrykaoskich i amerykaoskich gatunków bawełny produkują lepki
- słodki nektar , który przyciąga wiele szkodników ( np. kwieciak – który w
dużej mierze został już wyeliminowany)
• Bawełna jest zwykle uprawiana przy użyciu dużych ilości pestycydów Endosulfan jest podstawowym pestycydem stosowanym do niszczenia
szkodników bawełny. Jest toksyczny dla ludzi w przypadku dotknięcia lub
połyknięcia, a szczególnie zabójczy dla dzieci.
24
25. Bawełna
• Pestycydy stanowią nawet 50% kosztów wielu upraw, coraz
częstsze stosowanie pestycydów prowadzi do wysokiego
poziomu zadłużenia i upadłości wśród najbiedniejszych
rolników.
• Alternatywą dla stosowania pestycydów jest stosowanie
naturalnych drapieżników na szkodniki bawełny takie jak np.
biedronki, Złotooki, Zażartkowate, „mrówki złodziejki”i inne
•
Dziś częstszą alternatywą jest włączenie upraw
modyfikowanych genetycznie wyprodukowanych przez takie
firmy jak Monsanto.. W dużej części produkcji bawełny w USA i
Chinach (20 i 30%) upraw używa szczepów Bt.
25
27. Bawełna Bt
• Bawełna Bt jest wytwarzana poprzez wprowadzenie
syntetycznej wersji genu z naturalnie występującej w glebie
bakterii Bacillus thuringiensis.
• Głównym powodem jest pobudzenie rośliny do produkcji
własnej toksyny Bt aby zniszczyd szkodniki bawełny.
• Gen powoduje wytwarzanie toksyny Bt we wszystkich
częściach rośliny bawełny w trakcie całego okresu eksploatacji.
Kiedy szkodniki bawełny spożywają jakąkolwiek częśd rośliny,
toksyny zabijają owada.
27
28. Bawełna Bt
• Wiele krajów zgłosiło pozytywne doświadczenia z bawełną Bt. Do
upraw tej odmiany bawełny przekonały się kraje takie jak Stany
Zjednoczone, Chiny i Australia.
•
Bawełna Bt rozprzestrzeniła się bardzo szybko w Chinach.
Zauważalny jest dobry popyt na nią, ponieważ zmniejsza koszty
aplikacji pestycydów, jak również zmniejsza skutki narażenia
środowiska na pestycydy.
• Pierwszymi krajami które zapoczątkowały uprawę bawełny Bt były
Stany Zjednoczone, Australia i Meksyk w 1996 roku
• Chiny i RPA po opóźnieniem jednego roku.
• Kraje takie jak Indie, Indonezja i Kolumbia podjęły działalnośd
komercyjnej uprawy znacznie później(od 2002 roku)
28
30. Alergie powodowane Bawełną Bt
• W Indiach setki robotników pracujących przy zbiorach bawełny
oraz w fabrykach, zaobserwowało u siebie reakcje alergiczne
spowodowane odziaływaniem bawełny Bt . Nie
zaobserwowano natomiast takich reakcji z odmianami
niemodyfikowanymi. Zapiski szpitalne pokazują, że ilośd osób z
objawami alergii (swędzenie) wzrosła znacznie w tym roku, a
wszystkie z tych przypadków związane były z bawełną Bt.
30
Przebarwienia, wykwity skórne – widoczne skutki alergii.
35. Dlaczego stosujemy modyfikacje
• Brak naturalnej odporności u rośliny,
• Zbyt duże ilości stosowanych pestycydów, co wiąże się z
wysokimi kosztami ,
• Rozwój odporności u owadów,
• Szkodliwy wpływ pestycydów na środowisko, zdrowie rolników
i konsumentów,
• Bakłażan Bt ma potencjał, aby zapewnid korzyści ekonomiczne
i zdrowotne.
35
36. Bakłażan Bt
• Bakłażan Bt jest genetycznie ulepszonym bakłażanem
opracowanym przez wstawienie genu cry1Ac do rosliny.
• Białko Cry1Ac daje bakłażanowi wbudowaną odpornośd na
larwy motyli, takich jak wady owoców i oraz wady części
zielonych.
• W tych uprawach używa się także Bt jako insektycydu nie jest
to nowe rozwiązanie - rolnicy używają go odponad 50 lat jako
spray.
36
39. Korzyści dla konsumentów i
społeczeństwa
• Konsumenci mają wybór, mogą kupid nieuszkodzone i dobre
owoce bakłażana, dobrej jakości.
• Wysoki poziom pozostałości pestycydów obserwujemy obecne
w dużej ilości warzyw, które zjadamy codziennie. Bakłażan Bt
zaoferuje konsumentom owoce prawie bez lub o znacznie
zmniejszonym poziomie pozostałości pestycydów.
• Oczekuje się, że wprowadzenie na rynek bakłażana Bt może
zaoferowad ten produkt w przystępnej cenie. Przewiduje się
15% spadek ceny rynkowej bakłażana przy maksymalnym
przyjęciu technologii.
39
40. Korzyści dla ekologii i ochrony
środowiska:
• Zmniejszenie pozostałości pestycydów w glebie i wodzie .
• Mniejsze zanieczyszczenie powietrza i lokalnego środowiska ze
względu na zmniejszenie stosowania insektycydów.
• Ochrona drapieżników występujących naturalnie i innych
organizmów pożytecznych ze względu na zmniejszenie
stosowania insektycydów.
• Zmniejszenie w zanieczyszczenia wód gruntowych.
• Ochrona mikroflory gleby i bezkręgowców od szkód
wyrządzonych przez nadmierne stosowanie środków
owadobójczych.
40
42. Charakterystyka
• Pomidorowi wszczepiono gen od bakterii E. coli.
• Pomidory, które nie miękną podczas dojrzewania na krzewie.
• Transgeniczne pomidory nadają się do bezpiecznej wysyłki,
zachowują swój kolor i swój naturalny smak.
• Charakteryzują się zwiększoną trwałością.
• Dopuszczony do obrotu przez FDA (Food and Drug
Administration) w 1994 roku
• Posiadają dodatkową kopię genu, który koduje enzym
poligalakturonazy.
42
43. Charakterystyka
• Pomidory FlavrSavr były bardziej odporne na gnicie, poprzez
wprowadzenie do nich antysensownego genu, którego
produkt interferował i powstrzymywał produkcję enzymu –
poligalakturonazy . Enzym ten jest normalnie odpowiedzialny
za rozkład ściany komórkowej (a zatem mięknięcie tkanki),
podczas dojrzewania, starzenia i w koocu psucia się owocu.
• Niemodyfikowane pomidory są zwykle zbierane zanim
dojrzeją, po czym, zwykle podczas transportu, są sztucznie
"dojrzewane" za pomocą etylenu. Zrywanie niedojrzałych
owoców ułatwia ich transport, przechowywanie, a także
wydłuża czas świeżości w sprzedaży. Pomidory FlavrSavr mogły
byd zbierane dojrzałe, bez skracania ich czasu przydatności do
spożycia. Co z kolei miało zalety, jako że dojrzałe owoce miały
bogatszy smak i jako takie mogły byd sprzedawane po
wyższych cenach.
43
45. • Odmiana FlavrSavr® była używana przez firmę Zeneca do
produkcji przecierów pomidorowych, sprzedawanych w
Europie w lecie 1996. Spodziewano się, że wysoka zawartośd
pulpy pomidorowej w produktach, na uzyskanie której
podczas produkcji pozwalała specyfika FlavrSavr, co
owocowało dobrymi gęstymi przecierami oraz keczupami,
będzie preferowana przez konsumentów. Produkty oznaczano
jedynie jako genetycznie zmienione oraz sprzedawano po
niższej cenie niż konkurencja. Ta strategia marketingowa była
zasadniczo eksperymentem, ale dowiodła, że w tym czasie
Europejczycy zasadniczo akceptowali żywnośd pochodzenia
GMO
45
47. • Złoty ryż – odmiana ryżu siewnego uzyskana metodami
inżynierii genetycznej syntetyzująca β-karoten w bielmie
nasion.
• Odmiana powstała z myślą o niedożywionej ludności krajów
rozwijających się, w których dzieci zapadają na ślepotę
zmierzchową z uwagi na brak witaminy A (β-karoten zawarty
w jadalnych częściach tego ryżu jest prowitaminą A). Nazwa
ma związek z żółtym kolorem pozbawionej łupiny nasiennej
ziaren ryżu.
47
49. • Tworzona odmiana zawiera dodatkowe geny, które powodują
produkcję B-karotenu w bielmie ryżu :
Dwa geny z żonkila i jeden z bakterii Erwinia uredovora
wprowadzono do genomu ryżu. Te trzy geny produkują enzymy
niezbędne do konwersji GGDP (difosforan geranylogeranylu) do
prowitaminy A. Wstawione geny są kontrolowane przez
poszczególnych promotorów tak, że enzymy i prowitamina-są
produkowane tylko w bielmie ryżu .
49
50. Skuteczność
• Według raportów WHO w roku 2009 i 2012 niedobór witaminy A
(VAD) występował u 190-250 mln dzieci w wieku przedszkolnym.
• Śmiertelnośd związana z VAD wynosi 24-34%. W roku 2009 niedobór
witaminy A był przyczyną śmierci około 8,1 mln dzieci w wieku
poniżej 5 lat.
• Opracowane dotychczas wersje złotego ryżu zawierają do 37 μg
prowitaminy (łączna ilośd karotenoidów ulegających przekształceniu
do witaminy A) w gramie suchej masy ziaren.
• Badania medyczne wykazały, że stworzona przez naukowców
odmiana ryżu jest w stanie zaspokoid potrzeby organizmu człowieka.
Oznacza to, że zarówno odpowiednia ilośd karotenoidów jest
przyswajana, jak i powstaje z nich odpowiednia ilośd witaminy A.
Miska ugotowanego ryżu (100-150 g) jest w stanie zaspokoid około
60% dziennego zapotrzebowania na witaminę A dzieci w wieku 6-8
lat.
50
52. • Najpowszechniej uprawianą odmianą w roku 2010 była soja odporna
na działanie herbicydu, którego składnikiem czynnym jest glifosat.
• W odmianie Roundup Ready pełną kopię genu syntazy EPSP z
agrobakterii szczepu CP4 przeniesiono do genomu soi przy pomocy
działka genowego, co czyni ją odporną na działanie herbicydu
glifosat, stosowanego powszechnie do walki z chwastami.
• W kolejnych latach opracowano także odmianę transgenicznej soi
odpornej na glifostat oraz wykazującej odpornośd na szkodniki.
Odmiana taka została dopuszczona do stosowania w Brazylii.
• Powstała także kolejna wersja odmiany Roundup Ready o oznaczeniu
MON 89788*5+. Trwają lub trwały prace nad odmianami soi o
zbilansowanym składzie aminokwasów w białkach, wzbogaconych w
lizynę i tryptofan, poprawionym składzie oleju i kwasów
tłuszczowych, zmienionym składzie węglowodanów, bogatych we
flawonoidy i wzbogaconych w fitazę.
• Odmiany o polepszonej odporności na wirusy, herbicydy, szkodniki,
52
53. Uprawa
• W roku 2010 transgeniczna soja stanowiła około 50% upraw
biotechnologicznych na świecie.
• Powierzchnia pól obsiewanych odmianami genetycznie
modyfikowanej soi wynosiła 73,3 mln ha.
• Uprawa odpornej na herbicyd soi pozwoliła w latach 19962009 uzyskad dodatkowo 25 mld dolarów amerykaoskich.
• Paostwami o największym areale upraw transgenicznej soi
były:
USA - 30 mln ha
Argentyna - 19,5 mln ha
Brazylia 17,8 mln ha
53
55. Zastosowanie
• Import jak i wykorzystywanie soi genetycznie modyfikowanej
dozwolone jest w większości krajów świata. Inaczej jest z
siewem i uprawą, które już nie są wszędzie dozwolone.
• Większośd upraw soi modyfikowanej genetycznie na świecie
idzie na produkcję oleju roślinnego, а także paszy dla bydła i
drobiu. W ostatnich latach coraz większą popularnośd ma
wykorzystanie soi do otrzymania biodiesla.
• Wykorzystanie soi transgenicznej do celów paszowych ma
wielu przeciwników, jest częścią ogólnej debaty na temat
bezpieczeostwa związanego z organizmami modyfikowanymi
genetycznie.
55
57. Banan
Bez modyfikacji
Z zastosowaniem modyfikacji
Banan nie byłby taki, jaki jest dzisiaj bez modyfikacji genetycznych. Dzikie
odmiany mają nasiona oraz inne kształty.
Poprawiono w ten sposób cechy jakościowe.
Banany modyfikowane są także aby uzyskad odpornośd na wirusy i grzyby zakażają się poprzez uszkodzenia w transporcie.
57
58. Papaja
• Plantacje hawajskich papai zostały zainfekowane
wirusem PRSV (wirus pierścieniowej plamistości
papai).
• Wszelkie metody pokonania wirusa zawodziły.
• W 1987 roku, W celu opracowania odmiany
odpornej na wirusa wykorzystanomechanizm
wyciszania genów (interferencji RNA) który w
tym czasie nie był jeszcze poznany.
Zakładanooni, iż wprowadzając do genomu
rośliny konstrukt zawierający sekwencję
kodującą fragment białka płaszcza wirusa (CP), w
jakiś sposób drzewka staną się odporne.
• Tym sposobem w roku 1991 uzyskano pierwszą
transgeniczną papaję odporną na PRSV.
• Pierwsze nasiona transgenicznych
odmian SunUp i Rainbow zostały udostępnione
rolnikom hawajskim w maju 1998 roku .
• W roku 2010 80% całkowitego areału upraw
papai stanowiły odmiany GMO
58
59. • Testy polowe papai ( po lewej zainfekowane wirusem PRSV, po
prawej odmiana transgeniczna).
59
60. Ziemniaki
• -wzrost zawartości skrobi, ponadto odmiany składające się wyłącznie z
amylopektyny - u odmian tradycyjnych 20% skrobi to amyloza, którą usuwa
się z ziemniaków przemysłowych co podnosi koszty,
• odpornośd na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,
• "słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za
wytwarzanie słodkiego białka - taumatyny,
• odpornośd na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałośd,
• mała zawartośd glikoalkaloidów - substancji szkodliwych na człowieka,
występujących w surowych ziemniakach.
60
Odmiana bez modyfikacji
Odmiana transgeniczna
