BEVEZETÉS
-A modern biotechnológia agrár- és élelmiszeripari alkalmazása (AKI, Budapest, 2007) -A növénybiotechnológia jelentősége, hazai lehetőségei (Dudits D. In: Dudits D és Heszky L. Növényi biotechnológia és géntechnológia, 2000)
';;;;L..~{-~-::<:')AKI
(:"",.,,,.,:.,'::::',:;(
1. A modern biotechnológia agrár- és élelmiszeripari alkalmazása Az evolúció története a földi bioszféra kialakulásával egyidőben kezdődött. A melegvizű tengerekben kifejlődött élőlények örökítőanyagában (DNS) a genetikai állomány évmilliók során folyamatosan zajló, véletlen változásai, átrendeződései határozták meg a bioszféra jelenlegi állapotát; kialakult a genetikai sokszínűség, amit ma a biodiverzitás fogalmával írunk le. Az élőlények háziasítása, később nemesítése felgyorsította egyes növény-, illetve állatfajok átalakulását. Míg a növénytermesztők és állattenyésztők még évezredek, évszázadok alatt hoztak létre, változtattak meg egyegy fajt, illetve fajtát, a nemesítők a keresztezéssel, az előnyös tulajdonságok tudatos kiemelésével lényegesen lerövidítették a háziasított fajok alkalmazkodását az emberi elvárásokhoz. A biológiai tudomány fejlődése a xx. században felgyorsult. A XXI. század kezdetén egy meghatározott szakasz átültetése egyik fajból a másikba, az évmilliókban kikerülésével ismeretlen genetikai minták létrehozása egyaránt foglalkoztatja.
soha nem látott ütemben tulajdonságért felelős DNSmérhető evolúciós folyamat a tudósokat és laikusokat
A molekuláris biológia fejlődésével lehetőség nyílt az élő szervezetek, először a mikroorganizmusok, a növények, majd az állatok és napjainkban az ember örökítőanyagának megváltoztatására. A genom mesterséges átalakítása a genetikai módosítás, génmérnökség, génsebészeti beavatkozás, géntechnológia vagy génmanipuláció megnevezés ekkel széles körben ismertté vált. Egy meghatározott tulajdonságért felelős DNS-szakaszt, gént izolálnak valamely növény- vagy állatfajból és azt beépítik egy másik szervezetbe, ahol a gén - amennyiben expresszálódik - a kívánt változást idézi elő. A génsebészeti beavatkozás ok eredményeit az 1970-es években még csak a kutatólaboratóriumokban, az 1980-as évektől már egyes iparágakban is alkalmazták. A módosított génállományú baktériumok és gombák segítségével a megszokottnál olcsóbban és hatékonyabban lehetett gyógyszeralapanyagokat, hormonokat és enzimeket előállítani, amelyeket főleg a humángyógyászatban, majd az élelmiszeriparban hasznosítottak. A genetikailag módosított szervezeteket (GMO) zárt rendszerben használták, így a környezet veszélyeztetése, a biodiverzitásra gyakorolt hatás vagy az élelmiszer-biztonsági kockázat fel sem merült, mint probléma. A fogyasztókat eleinte nem foglalkoztatták a számukra túlságosan bonyolult és látszólag kevés gyakorlati haszonnal kecsegtető kísérletek eredményei. Nem érzékelték, hogy a modern biotechnológia kialakulásával a tudomány rendkívüli áttörésre készül. A Föld népessége folyamatosan nő, ezért egyre nagyobb területet kell művelés alá vonni. Míg a XX. század elején a világ népessége nem érte el a 2 milliárd főt, addig 2000-re több mint megháromszorozódott, meghaladta a 6 milliárd főt. A jelenlegi 1,1%-os évi népességnövekedéssel számolva 20 IS-re már 7,2 milliárd fő lesz a Föld népessége [OECD, 2006]. E kihívásra válaszként olyan mezőgazdasági technológiai fejlesztések szükségesek, amelyek lehetövé teszik az évi mintegy S milliárd tonna globális élelmiszer-előállítás legalá bb 500/0-os növelését az elkövetkező néhány
3
5
~:;::;:~~::. )-
AKI
c',,': ,.".:.::.,:....:(
évtizedben. Ennek egyik lehetséges és kézenfekvő módja a mezőgazdasági növények egyes tulajdonságainak megváltoztatása. Az első generációs genetikailag módosított (GM) növények főként agronómiai és környezetvédelmi célokat (pl. növényvédőszer-felhasználás csökkentése) szolgált, közvetlenül a fogyasztók érdekeit nem. E körbe elsősorban a növényi kártevőknek (gombák, vírusok, baktériumok vagy rovarok) ellenálló, illetve növényvédőszerhatóanyagokkal szemben toleráns növények tartoznak. A gazdálkodók a biztosabb és nagyobb terméshozanunal kecsegtető első generációs GM növényektől jelentős többletbevételt reméltek, a fogyasztók azonban nem érzékelték ezek közvetlen előnyeit, így többségük kétkedővé, majd elutasítóvá vált a GMO-tartalmú élelmiszerekkel szemben. A második generációs fejlesztések már alapvetően humán élelmezési célokra (pl. transz-zsírsavakban dús szója- és repceolaj) összpontosítanak [Riley és Hoffman, 1999]. A megváltoztatott beltartalommal és érzékszervi tulajdonságokkal rendelkező, hosszabb ideig eltartható gabona- és zöldségfélék előnyei a fogyasztók számára is közvetlenül érzékelhetők. A módosítások a növények anyagcseréjét érintik. Szintén második generációs fejlesztés a kedvezőtlen éghajlati vagy környezeti adottságok között is megbízható an teljesítő (szárazság-, hideg-, sótűrő stb.) növényfajták létrehozása, amelyek a fejlődő országokban a növekvő élelmiszer igényt elégíthetik ki. A harmadik generációs GM növényeket már nem elsősorban élelmiszeripari célra, hanem pl. szerves molekulák előállítására és hatóanyag-termelésre (pl. ehető vakcinát termelő banán) fejlesztik. Az élelmiszeripar viszonylag hamar alkalmazni kezdte a biotechnológiai kutatások eredményeit, elsőként az erjesztésben és adalékanyagok termelésében. Többek között sütéshez, illetve salátákhoz felhasználható repce- és szójaolajat, továbbá tejzsírpótlót, kakaóvajpótlót, diétás zsírokat, színezékeket, illat- és ízanyagokat, tejalvadásban szerepet játszó enzimet fejlesztettek ki. Az élelmiszeripari biotechnológia magában foglalja a széles körben alkalmazott hagyományos technológiákat is, mint pl. a sör- és sajtgyártást, valamint minden olyan eljárást, amely élő szervezetekkel, így élesztőgombákkal és baktériumokkal vagy azok részeivel dolgozik. Az ún. modem biotechnológia fogai mát gyakran azonosítják a génsebészet, génterápia fogalmakkal. A fogyasztók tudatosabbá válásával a korlátlan lehetőségeket kínáló génmérnökség élelmiszer-biztonsági és etikai aggályokat váltott ki. A természetben található növények és állatok génkészletének megváltoztatása után a kutatók a humán genom, az emberi örökítőanyag megváltoztatásával, annak lemásolásával, az ember klónozásával kísérleteznek. A biotechnológia immár olyan lehetőségeket teremtett és olyan távlatokat nyitott a tudomány művelői számára, amit az átlagos képzettségű emberek, fogyasztók nem tudnak követni. Amióta 1996-ban először takarítottak be GM szójababot, a biotechnológia, valamint annak élelmiszeripari alkalmazása az egyik legvitatottabb, legellentmondásosabb témakörré vált.
6
16. A növény-biotechnológia
növekvő szeropvállalása a fenntartható fejlődés fe tételeinek megteremtésében. hazai lehetőségek és feladatok (Dudits D.)
5 ,-
A
_ llYWWWW!E&:k!iEm:::awX!!iR'Bi4MEEfJE1!'if:E!Ei'i!3lS''E-..x
LZS!_&:
wx:us::s::c::
..
302
A NÖVÉNYI GÉNTECHNOLÓGIA TÁRSADALMI JELENTŐSÉGE ÉS PROBLÉMÁI
A fenntartható fejlődés koncepciója, amely 1987ben a .Közös jövőnk" című dokumentumban fogalmazódott meg, tudomásul veszi, hogy "visszatérni a természetbe" megvalósíthatatlan utópia. Ugyanakkor megfogalmazódik: mindent meg kell tenni az ember által használt természeti környezettel való jó és takarékos gazdálkodás érdekében úgy, mint ahogy az a vállalati vezető cselekszik, aki cégét gyermekeire akarja hagyományozni. Ez nagyon nagy kihívás és feladat az emberiség számára, különösen, ha ki akarjuk elégíteni a növekvő népesség (előrejelzések szerint 2050-ben II milliárd ember) élelmiszerigényét. Már az elkövetkező 20-30 évben szükség lesz az élelmiszertermelés megduplázására úgy, hogya hasznosítható terület folyamatosan csökken, a klímaváltozások (extrém időjárási viszonyok) korlátozzák a növénytermesztés lehetőségeit. Különösen nagy hangsúllyal megfogalmazódó igény a környezet szennyezésének mérséklése a környezetbarát mezőgazdasági technológiák kiterjedt bevezetéséveI. Az élelmiszerigények mennyiségi és minőségi kielégitésében, a környezeti terhelés mérséklésében a növény-biotechnológia szerepe meghatározó jelentőségű. Tekintettel a termesztett növények teljesítőképességének biológiai és fizikai korlátaira, a közel 40%-os terméskiesésre, amit a gyomok, betegségek és kártevők okoznak, nyilván szükség van új technológiákra, amelyek alapját a molekuláris és sejtbiológiai megközelítések adhatják elsősarban a fajta-előállító növénynemesítés metodikai hátterének kiszélesítésével. A növénynemesítés évszázadok óta folyamatosan javítja a termesztett növények termőképességét új, kedvező génállományú tenyészanyagok előállításával, kiszelektálásával és ellenőrzött felszaporításával. A növénynemesítő keresztezéssei változtatja meg a növények génösszetételét, és a fenotípus értékelésévei szelektálja ki a kívánt tulajdonságú egyedeket. Mint az előző fejezetekben láthattuk, a rekombináns DNS-módszerek lehetővé teszik agronómiailag fontos gének izolálását és visszaépítését a növények genomjába. Ez a növénynemesítés folyamatával egybeépülő tevékenység új eszköz a kívánt célok elérésében. Míg keresztezés alkalmával a nagyszámú gént érintő, előre nem irányítható rekombinációs folyamatok sora játszódik le, addig a transzformáció egy vagy néhány jól ismert gént épít be. Természetesen egyetlen gén is igen sokirányú hatást fejthet ki. Ezért van szükség a transzgénikus genotípusok nagyszámban történő előállítására, a tenyészanyagok éveken át történő értékelésére. Lehetséges, hogy újabb keresztezések révén kell továbbjavítani az elsődleges transzgénikus anyagokat. A növénynemesítők gyakran nyúlnak a rokon vadfajokhoz mint génforrásokhoz. Egy bizonyos rokonsági körön belül ivaros keresztezéssei megvalósítható a génátvitel. Ezt a kört bővítheti a szomatikus hibridizáció, bár ezek a módszerek egyidejűleg nagyszámú gén átvitelét biztosítják. A géntechnológia ezzel szemben lehetővé teszi tetszőleges élő szervezet (vírus, baktérium, gomba, állat) génjének felhasználását, ezért láthat-
tuk, hogy milyen sokféle géntechnológiai megközelítéssei próbálkoznak a kutatók. Nyilvánvaló, hogya többféle elképzelés közül csak bizonyos megoldások vezetnek növénynemesítési felhasználásra érdemes tenyészanyaghoz. A génforrások körének bővülésévei a növényekben elő nem forduló fehérjék, anyagcsereutak jelennek meg, ezért különös alapossággal kell értékelni a lehetséges kockázatokat akár a fogyasztás szemszögéből, akár a természetes növénypopulációkra kifejtett hatás oldaláról. Az utóbbi szempont csak akkor kerül előtérbe, ha a termesztett növény kereszteződik vadon élő rokon fajokkal. így a búza, kukorica és burgonya teljesen biztonságos, a beépített gén nem szabadulhat ki. A repcében vagy lucernában lévő transzgén spontán kereszteződéssei átépülhet gyompopulációk génállományába. Ezt a tényt figyelembe kell venni a kibocsátást megelőző hatásvizsgálatok során. Természetesen a beépített transzgén és a repce, lucerna többi génjei azonos eséllyel kerülhetnek át a gyomok génállományába. Eddig nem lehetett megfigyelni a gyomok nemesítődését, ami a kultúrnövények és gyomok közötti génátvitel biológiai jelentőségét nem erősíti meg. A biotechnológiai módszerekkel nemesített fajták termesztése világszerte gyors ütemben növekszik. A transzgénikus tenyészanyagok szabadföldi kipróbálása engedélyhez kötött, így a rendelkezésre álló adatok igen szemléletesen mutatják a növekedés ütemét. A 16/1 ábra az OECD országokban engedélyezett kísérletek számát mutatja. Érdemes megemlíteni, hogya legtöbb kísérlet (37%) kukoricával folyik. Ezt követi a burgonya, a repce és a szója. A kísérletek 8S%-át Észak-Amerikában végezték. A növekedés szintén igen gyors a transzgénikus fajták termesztési területét tekintve. 1996.
1997. 1998. 1999.
2,0 millió ha 12,8 millió ha 27,8 millió ha (Kína nélkül) 40,1 millió ha
Igazán pontos adatok a világban folyó termesztésről nincsenek. Becslések szerint 1998-ban csak Kínában 9 millió hektáron termesztettek rovarrezisztens gyapotot. Bármennyire hiányosak az adatok, az biztosan megállapítható, hogya növekedés üteme figyelemre méltó, különösen, ha értékeljük a földrajzi megoszlást. Míg Észak-Amerikában és Dél-Amerika egyes országaiban (Argentína, Brazília) kiterjedten termesztenek géntechnológiával nemesített (CN) fajtákat, addig Európában lényegében kísérIeti stádiumban van az anyagok értékelése. Ennek a technológiai szakadéknak komoly gazdasági kihatásai vannak. Nehéz pontosan előre jelezni a fej-Iődés várható irányait és ütemét. A kialakult különbség részben észrevehető a közvélemény eltérő nyitottságá-ban a géntechnológiai termékek fogyasztását illetően. Míg az amerikai vásárlók igen jelentős arányban (70-80%) készek genetikai lag módosított (GMO) termékeket vásárolni, addig az európaiak
-FENNTARTHATÓFEJLŐDÉS
303
2000 "9----------------------------------------------
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
O • 1986
1987
1988
1989
76/7. ábra: A trenszgénikus
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1338
növényekkel végzett szabadföldi kisérletek számának ugrásszerű növekedése az elmúlt években
(Forrás: OECD adatbázis; http://www-pecd-prg/ehs/service.htmJ
elzárkóznak. Különösen Németország és Ausztria közvéleménye ellenzi a GMO termékek forgalmazását. Igen indulatos, sokszor reális valóságtartalmat nélkülöző viták tanúi lehetünk. Bonyolítja a tisztánlátást, hogya sajtó szenzációt hajszolva felnagyít ja a vélt vagy valós problémákat. Mint a korábbi fejezetekben láthattuk, a transzgénikus fajták előállítása egy bonyolult folyamat, a részletek megértése bizonyos felkészültséget igényel. A használt módszerek az elmúlt években kerültek kidolgozásra, így még nem szerepelhettek a tananyagban. Komoly energiákat igényel a népszerűsítés és a felvilágosítás. Mindezeket alapul véve, differenciált ütemű, a világ különböző részein eltérő mértékű fejlődésre számíthatunk a biotechnológiai termékek elterjedését illetően. Meghatározó tényező az, hogy az Európai Unió milyen politika mellett dönt. Az elzárkózás mögött valószínűsíthető a gazdaságvédelmi törekvés is, hiszen ezen a területen az amerikai technológiai fölény elvitathatatlan. Látva az eddig elért eredményeket, a jelentős gazdasági kihatásokat, nagyon nehezen elképzelhető, hogy a jelenlegi európai elszakadás hosszabb ideig fennmarad. Még a fejlett, túltermelő európai mezőgazdaság is rákényszerül a rezisztens fajták használatára, amely egyben a kémiai növényvédelem környezetkárosító hatásainak a mérséklését is jelenti. Elkerülhetetlen a súlyosan szennyezett talajok, a vízek terhelésének csökkentése. Láthattuk, hogy számos géntechnológiai
megközelítés a minőségi paramétereket javítja. Ipari alapanyagokat előállító növények is génbeépítéssel szolgáltathatnak optimális termékeket. Ha figyelembe vesszük azt, hogy a géntechnológiával kiegészített növénynemesítés a hatékonyság növelése révén jobb terméket jelentő fajták előállításával tudja csak versenyképességét biztositani, akkor nem merész előrejelzés, az hogya nem is olyan távoli jövőben a fajtak túlnyomó többségének előállitásánál használni fogják a géntechnológia nyújtotta előnyöket. így a géntechnológia integráns része lesz a nemesítésnek, mint ahogy az ma a keresztezés, a szelekció, és a poliploidizáció. A technológia elterjedésének ütemét sok tényező befolyásolja, rnint a kutatás előrehaladása, a módszerek tökéletesedése. A vásárlói szokásokat meghatározza majd a termék ára, minősége és az egészséget kímélő sajátosságai. A biotermesztés alapját a rezisztens tenyészanyagok termesztése jelenti, mert csak így lehet a kémiai védekezést mellőzni. Mint a korábbi fejezetekben láthattuk, a rezisztenciagének ma már izolálhatók és a gazdasági növények széles körébe beépíthetők. A valódi biotermesztés jövője csak úgy biztosítható, ha a gazdák élnek a géntechnológiával nemesített fajták által nyújtott előnyökkel. A hazai biotechnológia jövőbeni fejlődésének irányait több tényező is jelentősen befolyásolja. Néhány kertészeti mikroszaporitó laboratóriumtól eltekintve, idehaza is a fajta-előállító
növénynemesítés
az elsőd-
304
A NÖVÉNYI GÉNTECHNOLÓGIA TÁRSADALMI JELENTŐSÉGE ÉS PROBLÉMÁI
leges hasznosítója a sejt- és molekuláris módszerekre épülő technológiáknak. A jelenlegi tevékenység és a jövőbeni fejlődés meghatározója az a tény, hogy Magyarország talaj- és klimatikus viszonyai kiváltságos feltételeket biztosítanak a vetőmagtermesztés számára. Ehhez társul még az ország nemzetközileg is elismert tradíciója a fajta-előállításban. Mind a nemesítés, mind a vetőmagtermesztés nagy szaktudást igényel, és jelentős az a hozzáadott szellemi tőke, amely a termékben, a jó minőségű vetőmagban megtestesül. Mindezek indokolják a mezőgazdaság ezen húzó ágazatának kiemelt fejlesztését. A biotechnológiai és génsebészeti módszerek bevezetése hazánkban viszonylag korán megtörtént. Párhuzamosan az alapkutatási eredmények megszületésével, jelentős erőfeszítések történtek, amelyre támaszkodva ma már szinte minden hazai nemesítő intézetben működik növény-szövettenyésztő laboratórium és rendelkezésre áll a génbeépítéshez szükséges metodikai háttér. A Szegedi Biológiai Központból 13 éve közölték az első idehaza előáll ított transzgénikus növényről szóló közleményt. A szegedi kukorica- és búzanemesítők már publikáltak cikkeket transzgénikus növények előállitásáról. Martonvásáron az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézetében és Gödöllőn a Mezőgazdasági Biotechnológiai Központban génpuskát használnak a gén-beépítéshez. Az utóbbi intézetben előállított vírusrezisztens dohány és burgonya tenyészanyagok agronómiai értékelése folyamatban van. A keszthelyi és nyíregyházi burgonyanemesítők rendelkeznek transzgénikus tenyészanyagokkal. A GATE Genetikai és Növénynemesítési Tanszék által előá II ított transzgén i kus szegfűvonalakat üvegházi körülmények között értékelik. Tehát minden alap adott ahhoz, hogy nemesítőink támaszkodjanak a meglévő lehetőségekre. Jelenleg az agronómiai gének korlátozott száma gátolja a szélesebb körű transzformációs programok kivitelezését. Ezért a jövőbeni fejlesztések kiemélt célja új, originális elgondolásra épülő géntechnológiai stratégiák kidolgozása és növénynemesítési felhasználása. A kapacitások szűkösek, ezért összehangolt, országos projektekre van szükség, amelyek biztosítják a molekuláris biológusok és növénynemesítők együttműködését. Természetesen körültekintő mérlegelés szükséges a növényfaj és a javítandó tulajdonság megválasztásához. Az ilyen döntések már gazdasági és piaci szempontokat is figyelembe vesznele Mivel a magyar mezőgazdaság legfontosabb piacát az Európai Unió országai jelentik és ebben a régióban van a legerősebb konkurencia, fejlesztéseinket az EU-politikához célszerű igazítani, bár más piacok szintén fontos szerepet játszanak. Láttuk, hogy Európa jelentős hátrányban van az USA-hoz, Kanadához viszonyítva. Késik a géntechnológiai termékek piaci bevezetése, ugyanakkor nagyon jelentős erőforrásokat mozgósitanak a kutatásra, fejlesztésre. Magyarország számára egy kedvező stratégia lehet az, hogy kihasználjuk az EU-csatlakozásig hátra lévő éveket és előnyös helyzetet
próbálunk termékei nk számára biztosítani. Ehhez a fejlesztéseket már most meg kell kezdeni. A tömegáruk helyett egyedi, specifikum értékű termékek felé kell tevékenységünket irányítani. A kiemelkedő minőségű búza (lisztminőség és sütőipari érték, fuzáriumrezisztencia) mellett a kertészeti növények (dinnye, uborka) vagy a gyógynövények nyújthatnak kedvező piaci lehetőségeket. A hazai növénynemesítési és biotechnológiai tevékenység lehetőségeit ma már lényegesen befolyásolja az a tény, hogy nagyszámban és jelentős kapacitással működnek az országban nemesítési és agrokémiai világcégek. így jelen van több amerikai cég is, akik vezető szerepet játszanak a géntechnológiai fejlesztésekben. A világcégekkel kialakítandó kapcsolat több szempontból is kínál kiaknázható lehetőségeket. Megfelelő feltétel rendszer kidolgozása alapot adhat a kölcsönös előnyökre épülő együttműködésekhez, és így lehetővé válhat, hogya hazai nemesítők felhasználhassák a csúcstechnológiát jelentő géneket. Ezek jelenléte az új, korszerű fajtákban alapfeltétel lehet a jövőbeni fajtaminősítések során. Másik oldalról támogatandó lenne, hogya világcégek építsenek a hazai kutatási, fejlesztési kapacitásokra, a magyar nemesítők tevékenységére. A kölcsönös előnyökre alapozott együttműködések kedvező helyzetet jelenthetnek nemcsak az európai versenyben, hanem a piac megszerzésében világszerte. E köny anyagának összeállításakor megdöbbentő tapasztalatot jelentett, hogy milyen nagyszámú tudományos közlemény használja a géntechnológiai rnódszereket mind új tudományos felismerések, mind nemesítési célú gyakorlati eredmények elérése érdekeben. Nem lehet nem észrevenni, hogy egy igen jelentős technológiai forradalom tanúi, részesei vagyunk, amely minden bizonnyal hatást gyakorol a következő évezred emberének mindennapjaira. Mint minden emberi próbálkozás, ez a technológia is hordozhat magában kockázatot, de ez nem jelenti azt, hogy ne éljünk az előnyök adta lehetőségekkel, és természetesen minden lehetséges eszközzel a problémák elkerülésére kell törekednünk. Csak kiterjedt alapkutatással, a növények életfolymatainak megismerésével lehet biztonságossá tenni a géntechnológia felhasználásával előállított termékeket. Egy fejlődési spirál kezdetén vagyunk, és állandó erőfeszítést igényel mindenegyes újabb fok megtétele. Ma még nehezen jósolható meg, hogy miként érvényesül a géntechnológia szerepvállalása az élelemiszert túltermelő fejlett világ, illetve az éhínség súlytotta fejlődő világ országainak mezőgazdaságában. Mindenesetre súlyos mulasztás lenne, ha a magyar mezőgazdaság és fejlesztéspolitika nem készülne fel az új technológiák bevezetésévei összefüggő kihívásokra. A kutatói közösség eddig is törekedett a módszerek bevezetésévei újdonságértékű eredményekkel ezt a felkészülést segíteni és a versenyképességet biztosítani.
