Bioteknologi bliver vild

Et par kilometer uden for Sacramento sidder flere store drivhuse bag et hegn. Om sommeren er de velkendte solsikkehoveder synlige gennem glasset og på markerne omkring drivhusene. Planterne er høje, lige og sunde med tykke blade, der rækker ud efter det californiske sollys. De ligner nøjagtigt solsikkeplanter, der dyrkes i hele USA - bortset fra plastikburene omkring hver blomst.

Blomsterne er dækket af biologer på Pioneer Hi-Breds forskningsanlæg i Woodland, Californien, som ejer drivhusene, markerne omkring dem og solsikkerne i begge. Planterne er transgene - det vil sige, at gener fra andre organismer er blevet indsat i deres kromosomer. At holde solsikkehovederne i bur hjælper med at forhindre brisen i at svæve gensplejset pollen rundt i området, hvilket ville overtræde føderale love, der forbyder frigivelse af ikke-godkendte transgene organismer.

For at beskytte Pioneers forretningshemmeligheder er forskerne ivrige efter at diskutere deres arbejde, men regeringens tilladelser tyder på, at solsikkerne i Woodland har været udsat for det fulde armamentarium af moderne bioteknologi. Pumpet op af gener fra så mange som et halvt dusin andre arter afviser planterne møl og vira, bekæmper svampesygdomme og producerer frø med en holdbarhed, der er længere end deres ikke-konstruerede fætre. For Pioneer vil disse supersolsikker, som de nogle gange kaldes, være et lille, men betydningsfuldt skridt fremad i kampen for at brødføde verdens eksploderende befolkning, som forventes at udjævne til omkring 10 milliarder. Men for kritikere er de - og den landbrugsbioteknologi, der skabte dem - en økologisk trussel, der vil ødelægge de naturlige systemer, som menneskets liv afhænger af.

Kampen mellem disse rodfæstede synspunkter er hård. I det sidste år ødelagde landmænd og aktivister fem tons transgene frø i Frankrig, kasserede marker med genetisk ændrede afgrøder i Tyskland og overbeviste syv europæiske supermarkedskæder til at stoppe med at sælge butiksmærkevarer indeholdende biotekniske produkter. I februar sagsøgte en koalition af 70 grupper og enkeltpersoner U.S. Food and Drug Administration for at blokere brugen af ​​et dusin transgene afgrøder som en overhængende trussel mod miljøet.

Selvom den amerikanske regering fremmer landbrugsbioteknologi, trækker europæiske lande sig tilbage fra det, aktivister kalder Frankenfoods. Østrig og Luxembourg har forbudt genetisk modificeret majs; Norge har også forbudt majsen samt fem andre bioteknologiske afgrøder; Frankrig har forbudt alle transgene planter. For at presse den britiske regering til at indføre et moratorium, dumpede Greenpeace fire tons genetisk modificerede sojabønner uden for Downing Street 10 i februar.

Biotechs tilhængere hævder på den anden side, at det vil skabe intet mindre end en anden grøn revolution. I den første brugte landbrugsforskere konventionelle avlsmetoder til at skabe de højtydende stammer af hvede og ris, der har fordoblet verdens kornhøst siden 1950'erne. I løbet af den tid faldt antallet af sultne mennesker med tre fjerdedele, ifølge FN's Fødevare- og Landbrugsorganisation, på trods af en enorm befolkningstilvækst. Men det globale befolkningstal fortsætter med at stige, og forskere skal nu gøre det igen. Ifølge en fremskrivning udgivet i august sidste år af International Food Policy Research Institute, en tænketank i Washington, D.C., vil verdens efterspørgsel efter ris, hvede og majs stige med 40 procent i 2020 - og den eneste måde at mætte munden på er gennem bioteknologi. Hvis det lykkes aktivister at forbyde transgene afgrøder, hævder Robert L. Evenson, en landbrugsøkonom ved Yale University, vil de ende med at skade de fattige på tre kontinenter.

Fanget mellem disse yderpunkter er en gruppe landbrugsøkologer og plantegenetikere, som forsøger at forstå implikationerne af den nye teknologi. Selvom nogle aktivister hævder, at genetisk ændrede afgrøder er en direkte trussel mod menneskers sundhed, afviser forskere generelt sådan frygt: Der er få beviser for, at transgene gener i sig selv sandsynligvis er giftige eller fremmer sygdom. Biologer mener dog, at fremmede gener i afgrøder i nogle tilfælde kan overføres til andre, ikke-landbrugsmæssige arter, med potentielt farlige virkninger. Det er uundgåeligt, at de kommer ud, siger økolog Joy Bergelson fra University of Chicago. Det betyder ikke nødvendigvis, at der vil være negative konsekvenser. Men der kunne være nogle. Og lige nu ved vi ikke nok om, hvad de kunne være, og hvornår de kunne opstå.

Teknologien er genial, siger Paul Arriola, en plantegenetiker ved Elmhurst College i Elmhurst, Ill. I mange henseender er det en gave fra Gud. Ikke desto mindre mener Arriola, at bioteknologien overgår både den videnskabelige forståelse af dets risici og udviklingen af ​​et reguleringsapparat til at overvåge brugen af ​​det. Fordi, efter Arriolas opfattelse, vi ikke rigtig ved, hvad vi skal regulere, eller hvordan vi gør det, er verden midt i et stort, igangværende eksperiment. Vi kunne skabe et ægte miljørod. Og det kunne forhindre denne teknologi i at gøre noget rigtig godt.

Superukrudt

Kampen om transgent landbrug er alt andet end akademisk. I 1996, det første år, hvor transgene frø var bredt tilgængelige, plantede landmændene 1,74 millioner hektar (4,3 millioner acres) af de nye sorter. I år, ifølge Clive James, leder af nonprofit International Service for Acquisition of Agribiotech Applications, er så mange som 50 millioner hektar på verdensplan - et område større end Tyskland - beplantet med genetisk modificerede afgrøder. Det er en af ​​de hurtigste adoptioner af teknologi, jeg nogensinde har set, siger James.

Omkring tre fjerdedele af denne jord er i USA, det meste af det plantet i biokonstrueret majs og sojabønner. Men teknologien vokser endnu hurtigere i Argentina - det område, landet viede til transgene sojabønner, tredobledes mellem 1997 og 1998. Selvom nøjagtige tal ikke er tilgængelige, vokser Kina, verdens største producent af bomuld og tobak, ifølge James aggressivt jorden beplantet med genetisk ændrede versioner af begge afgrøder.

Langt den vigtigste biomanipulerede egenskab i dag er herbicidtolerance, som tegner sig for to tredjedele af alle transgene afgrøder. En teknologi domineret af Monsanto, den lader planter modstå brugen af ​​udvalgte ukrudtsdræbende kemikalier, så landmændene kan anvende dem uden frygt for at ødelægge deres afgrøder. Monsantos Roundup Ready sojabønner, som modstår virksomhedens Roundup herbicid, blev introduceret i 1996; sidste år dækkede de anslået 10 millioner hektar - en tredjedel af den amerikanske landbrugsjord afsat til denne afgrøde. Den næste vigtigst er insektresistent majs, herunder DekalBt-majs, modificeret af Monsantos nyligt opkøbte Dekalb-datterselskab til at producere et bakterielt insekticid, og StarLink-majs, produceret af AgrEvo, et joint venture af de tyske kemigiganter Hoechst og Schering. Primært rettet mod at bekæmpe den europæiske majsborer, besatte transgen majs sidste år 6,5 millioner hektar i USA - en femtedel af landets samlede majsafgrøde.

Mere-meget mere-er på vej. Da salget af biomanipulerede frø steg fra 75 millioner dollars i 1995 til mere end 1,5 milliarder dollars sidste år, positionerede et halvt dusin store virksomheder i Europa og USA sig til at udnytte et marked, der er almindeligt antaget at være på randen af ​​at eksplodere. Ifølge optegnelser fra det amerikanske landbrugsministerium er omkring 4.500 genetisk ændrede plantesorter blevet testet i dette land, mere end 1.000 alene i det sidste år. Omkring 50 er allerede blevet godkendt til ubegrænset frigivelse, herunder 13 sorter af majs, 11 tomater, fire sojabønner, to squash og endda en type radicchio. Flere hundrede er på vej, blandt dem fabrikker, der skal producere industrielle og farmaceutiske kemikalier (se tidligere nummer The Next Biotech Harvest).

Dette hastværk på markedet alarmerer nogle biologer, som mener, at transgene afgrøder bliver frigivet, før de miljømæssige konsekvenser er forstået. Den mest umiddelbare bekymring er, om gensplejsede afgrøder spontant vil yngle med deres vilde slægtninge og skabe hybrid superukrudt. Ligesom en enkelt brasiliansk biforsker skabte gener på hele kontinentet ved ved et uheld at lade aggressive afrikanske bier hybridisere med blide tambier, kunne frigivelsen af ​​fremmede gener i teorien producere skadelige dræberbiplanter.

Man ved overraskende lidt om en sådan naturlig hybridisering, forklarer plantegenetikeren Norman C. Ellstrand fra University of California ved Riverside. Indtil for nylig fokuserede landbrugsforskere på at beskytte landmændene; den lille mængde hybridiseringsforskning, der tidligere blev udført, vedrørte primært introgression af gener fra naturen i dyrkede arter, snarere end omvendt. Folk havde den idé, at [afgrøde-ukrudtshybridisering] ikke var et meget almindeligt eller interessant fænomen, siger Ellstrand. Men da de endelig fik set på det, brugte de dybest set meget tid på at blive overrasket over, hvad der kunne ske.

Oprindeligt troede forskerne, at gener næppe ville flyde fra transgene afgrøder til ukrudt, fordi kendte afgrøde-ukrudtshybrider ofte er sterile. Men i september sidste år forskrækkede Bergelson og to Chicago-kolleger forskere med en undersøgelse af Arabidopsis thaliana , en sennepsart, der ofte bruges som testorganisme af plantegenetikere. Normalt bestøver planten sig selv, hvilket antyder for forskerne, at fremmede gener i transgene A. thaliana ville ikke undslippe ved hybridisering. Men efter at forskerne plantede alm A. thaliana , transgen herbicid-resistent A. thaliana , og en naturligt forekommende, herbicid-resistent mutant variant, lærte de, at de transgene planter var 20 gange mere tilbøjelige til at krydse hinanden end mutanterne - de var promiskuøse, som en overskrift i tidsskriftet Nature udtrykte det. Ingen ved hvorfor, siger Bergelson. Vi forsøger stadig at finde den mekanisme, der driver det mønster, vi så. Der er meget, vi ikke forstår, inklusive hvor almindeligt det er.

Konsekvenserne er ildevarslende. For et årti siden blandede europæiske sukkerroer sig f.eks. spontant med en vild slægtning, hvilket skabte en hybridart, der nu er et problem i hele kontinentet. Mens sukkerroerne er toårige - roden høstes i slutningen af ​​det andet år - det nye ukrudt er et etårigt. I slutningen af ​​året, siger Ellstrand, bliver roden til en stykke træ, der beskadiger landbrugsudstyr eller kommer ind i sukkerroeforarbejdningsanlægget og skruer op for maskineriet. Du kan ikke dræbe det med et herbicid, fordi ethvert herbicid, der får ukrudtet, rammer sin slægtning. Det er ikke før tingen blomstrer og blomstrer, at du ser den, og på det tidspunkt har den sat frø, der kommer i roemarken for altid.

Transgene afgrøder har allerede vist potentialet til at skabe lignende problemer. Udsigten til herbicid- eller insekt-resistente superukrudt er særligt skræmmende. I 1995 introducerede Monsanto og AgrEvo herbicidtolerant raps ( Brassica napus ), planten, der er kilden til rapsolie. Et år senere rapporterede et team på 11 medlemmer fra Scottish Crop Research Institute, til forskernes overraskelse, at pollen fra rapsmarker kan rejse så meget som to kilometer. På næsten samme tidspunkt opdagede tre danske genetikere, at det er transgen Brassica napus yngler let med en ukrudtsagtig slægtning, Brassica campestris . De resulterende planter ligner meget B. campestris -men er upåvirket af herbicider. Tilsammen, siger Dean Chamberlain fra University of North Carolina i Greensboro, viste de to rapporter, at hybridisering er en reel bekymring, og at du har brug for et meget stort bufferområde omkring dit plot for at kontrollere det.

Da Ellstrand gennemgik litteraturen om de 30 mest landbrugsmæssigt vigtige plantearter, mente de fleste videnskabsmænd, han konsulterede, at få hybridiserer let. Faktisk fandt han bevis på, at mere end 25 af afgrøderne kan bryde artsbarrieren, nogle gange med ubeslægtede arter. Inkluderet på denne liste er hvede, som Robert S. Zemetra og hans kolleger ved University of Idaho rapporterede i april kan krydse med skæggede gedegræs, et problemukrudt i det vestlige USA.

Det, der virkelig chokerer mig som biolog, er, at du har to arter med forskelligt antal kromosomer, der hybridiserer, siger Allison Snow, en botaniker ved Ohio State. Gedegræs har 28 kromosomer og hvede har 42, men de kan krydse. Biologer har betragtet levedygtige afkom fra sådanne uoverensstemmelser som næsten umulige. Som et resultat troede de, at rækken af ​​arter, der kunne hybridisere, var begrænset. Hybridiseringen af ​​gedegræs og hvede tyder på, at rækkevidden er større, end man havde troet.

Du får meget lave reproduktionsrater, siger Snow. Men når du taler om acres og acres af hvede med gedegræs rundt omkring dem, kan selv en meget lav sandsynlighed hændelse forekomme. Hvis hybridisering skabte insekt-resistent gedegræs i områder, hvor ukrudtets spredning er naturligt kontrolleret af insekter, siger hun, kan det ende med at blive den eneste slags gedegræs, du har, og så kan du ende med endnu større angreb af det, end vi allerede har. har. Sådan frygt er en af ​​grundene til, at insekt-resistente Bt-afgrøder-som indeholder gener fra bakterien Bacillus thuringiensis -er blevet ramt af aktivister.

I USA er det usandsynligt, at transgen majs udgør en stor risiko for hybridisering, fordi den ikke har nogen nære slægtninge. Men det har Mexico teocinte , den vilde plante, der kan være stamfader til moderne majs. Hvad ville der ske, hvis mexicanske landmænd plantede biokonstrueret majs? Kan de nye gener påvirke konditionen af teocinte , som nogle landbrugsøkologer ser som et potentielt lagerhus af værdifulde gener for fremtidige majsavlere? Med den information, vi har nu, siger Snow, er det svært at sige, hvornår de langsigtede risici er alvorlige nok til at forbyde visse afgrøder.

Bag økologernes frygt truer troen på, at molekylærbiologer, der arbejder med DNA på laboratoriebænken, ikke helt forstår, hvordan det opfører sig i marken. Ifølge Rosemary S. Hails fra British National Environmental Research Council's Institute of Virology and Environmental Microbiology er risikovurderingen af ​​transgene organismer et tværfagligt emne, som bør omfatte økologer, molekylærbiologer, agronomer og sociologer. I stedet har virksomheder en tendens til at uddelegere beslutninger om frigivelse af transgene afgrøder til molekylærbiologer - som ikke er uddannet til at værdsætte den fulde kompleksitet af, hvordan den genetiske kode interagerer med miljøfaktorer.

Hvor hurtigt ville et nyt ukrudt komme rundt? spørger Snow. Ingen ved det rigtigt. Jeg går ud fra, at de fleste af disse afgrøder til sidst vil blive godkendt, og folk som mig vil undersøge, hvad konsekvenserne er. Så, efter at katten er ude af sækken, kan vi finde ud af, hvordan vi skal regulere denne teknologi.

En sulten verden

I betragtning af disse risici, hvorfor støtter så mange af disse videnskabsmænd den fortsatte udvikling af landbrugsbioteknologi? Et svar er hekseblom. Witchweed, det almindelige navn for tre arter i slægten Råbe , er en parasitisk plante, der lever af rødderne af korn og bælgfrugter i store dele af Afrika. Angreb på majs, sorghum og hirse - kontinentets tre vigtigste kornafgrøder - Råbe , efter Gebisa Ejetas opfattelse, en agronom ved Purdue University, er en plage for afrikansk landbrug. Det er blevet anslået, at ukrudtet ødelægger 40 procent af kontinentets samlede kornhøst - et svimlende tab på verdens mest sultne steder.

Fra et biologisk perspektiv, Råbe er fascinerende. Dens frø, der er mindre end sandkorn, ligger i dvale i så længe som 20 år og vågner kun, når de vækkes af et kemikalie, der udsendes af værtsplantens rødder. Mens de stadig er under jorden, udvikler parasitplanterne rodlignende organer kaldet haustorium, som trænger ind i værtsrødderne og suger næringsstoffer. Scorer eller hundredvis af Råbe planter kan angribe den samme vært. Heksekrudt vokser til sidst til marker med fem fod høje planter med smukke lyserøde blomster, men på det tidspunkt har den for længst ødelagt de afgrøder, den lever af. Fordi hver plante producerer så meget som 100.000 frø, er heksekrudt næsten umuligt at udrydde - USA brugte fire årtier på at udslette et enkelt lille udbrud i Carolinas.

Fordi heksekrudt hurtigt tilpasser sig nye værter, bliver tabene i Afrika ved med at vokse. Da parasitten gjorde det umuligt at dyrke sorghum i det østlige Sudan, forsøgte desperate bønder at dyrke perlehirse. Først var hirse immun. Men i løbet af få år anrettede hekseblom også den nye afgrøde. Folk sulter bogstaveligt talt pga Råbe , siger Ejeta.

Hvem holder øje med drivhuset?

Usikkerheden skyldes til dels manglen på en stringent lovgivningsramme til at sortere de risici, der er forbundet med landbrugsbioteknologi. Plastikburene, der dækker solsikkernes hoveder, hjælper med at holde det transgene pollen ude af miljøet, et generelt krav for at opnå en føderal tilladelse til at dyrke en testafgrøde af biomanipulerede planter. Men bortset fra at overvåge grundene, stiller regeringen få betingelser for bioteknologiske tests. Hovedårsagen er, at Kongressen ikke har vedtaget nogen specifik miljølov for gensplejset landbrug. I stedet evalueres transgene afgrøder af tre overlappende føderale agenturer: Food and Drug Administration, Environmental Protection Agency og Department of Agriculture.

Hver regeringsmyndighed har et forskelligt lovbestemt ansvar, hvilket nogle gange fører til uregelmæssigheder - og huller i reglerne. FDA ser for eksempel ikke på sikkerheden af ​​fødevarer, der er blevet konstrueret til at udtrykke pesticider, fordi pesticider ved lov er undtaget fra agenturets kompetenceområde. Det gør EPA heller ikke, som er forpligtet til at behandle sådanne fødevarer som pesticider. Fordi pesticider selvfølgelig er giftige stoffer, fastlægger styrelsen kun menneskelige tolerancer for hver forbindelse. (Som svar på kritikernes bekymringer meddelte agenturet i foråret, at det muligvis genovervejer sin tilgang.) På sin side forsøger USDA blot at sikre, at afgrøden vokser på den måde, som producenten siger, den vil. De usammenhængende juridiske mandater, bemærker EPA's bioteknologirådgiver Elizabeth Milewski, gør livet interessant.

En bekymrende konsekvens af dette kludetæppe af regler er, at ingen har direkte ansvar for at se på langsigtede virkninger på miljøet. Vi har en første tilnærmelsesvis forståelse af populationsbiologien af ​​disse planter og insekter, mikrober og viruspopulationer, siger Neal Stewart, biolog ved University of North Carolina i Greensboro. Men vi ved meget lidt om samfundets økologi og stort set intet om økosystemets økologi af, hvad disse gener vil gøre. Og vi forfølger ikke denne viden aktivt. Stewarts bekymringer bar frugt i maj, da Cornell-forskere rapporterede, at pollen fra Bt-majs kan dræbe monarksommerfugles larver.

Ifølge Sally McCammon, videnskabsrådgiver for USDA Animal and Plant Health Inspection Service, kan bioteknologiske feltforsøg være af enhver størrelse og vare i et hvilket som helst tidsrum, selvom et eller to år er standarden. Set fra virksomhedernes synspunkt er testene forsøg på at finde ud af, om nye afgrødesorter vil klare sig efter hensigten. Regeringens hovedopgave, siger McCammon, er at bekræfte, at testen er biologisk indeholdt. Transgene planter skal holdes adskilt fra planter, de kan krydsbestøve. Bagefter skal man gøre rede for det, siger McCammon. Vi sørger for, at du poser det, du tager ud, og at plantematerialet bliver pløjet under.

Disse foranstaltninger er nødvendige, ifølge Snows måde at tænke på. Men ved at sikre, at transgene gener ikke slipper ud i miljøet, gør de det også umuligt at lære, hvad der vil ske, hvis de gør det. De økologiske spørgsmål bliver ikke engang rørt ved, siger hun. Faktisk er det ulovligt at røre ved dem. Hun mener, at miljøet og industrien ville være bedre tjent med at indføre et andet testniveau for økologiske spørgsmål. Et andet skridt, efter hendes mening, ville være at finansiere akademisk forskning i de økologiske farer - i øjeblikket den eneste kilde til føderale midler, bioteknologi-risikopanelet i USDA, har et budget på mindre end 2 millioner dollars.

Tekniske kontroller kan også være mulige, siger Gressel fra Weizmann Instituttet. De fleste transgene afgrøder har i dag et enkelt fremmed gen. Men virksomheder arbejder allerede på at indsætte flere gener samtidigt i plantens genom. I en maj-artikel i tidsskriftet Trends in Biotechnology hævder Gressel, at hvis disse flere gener blev indsat tæt på hinanden på kromosomet, ville potentielle hybrider arve dem alle på én gang. Og hvis de sekundære gener kodede for egenskaber som at forhindre dvale, ville hybriderne være mindre, ikke mere, farlige end deres vilde forældre. For afgrøder er manglende evne til at ligge i dvale ligegyldigt, fordi frøet høstes og genplantes hvert år. Men et ukrudt, der ikke er i stand til at producere frø, der kan forblive i dvale, indtil et passende tidspunkt at spire, har en betydelig ulempe. Hybrid-ukrudtet vil være svagere, ikke stærkere, siger Gressel.

Jeg er mere bekymret for fremtiden end nutiden, siger Ellstrand. Indtil videre er det okay - vi har ikke dræbertomater, der flyver gennem luften. Men vi skal være betænksomme og forsigtige med, hvad vi laver, og der er nogle mennesker og nogle dele af branchen, hvor de har en bedre tradition for det end andre. Folk, der har arbejdet med planter udenfor i det virkelige liv, ser ud til at have bedre styr på det end folk, der har arbejdet med kemikalier hele deres liv. Hvis vi bliver ved med at være opmærksomme på, hvad der sker på området, kan vi muligvis få denne teknologi til at realisere sit løfte.

skjule