Table Of Content© Copyright by Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2012
Wydanie I
Recenzenci: prof. dr hab. Ewa Zimnoch-Guzowska
prof. dr hab. Piotr Węgleński
Okładkę opracowała – Marta Kuśmierczyk
Rysunek na okładce – Grzegorz Banaszkiewicz
Redaktor – Jan Kiryjow
Redaktor techniczny – Elżbieta Wojnarowska
Rysunki – Dorota Krug, Anna Rytel
Korekta – Agata Kropiwiec
ISBN 978-83-7583-373-7
Wydawnictwo SGGW, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa
tel. 22 593 55 20 (-22; -25 – sprzedaż), fax 22 593 55 21
e-mail: [email protected]
www.wydawnictwosggw.pl
Druk: Agencja Reklamowo-Wydawnicza A. Grzegorczyk, www.grzeg.com.pl
Spis treści
1. Doskonalenie organizmów na potrzeby człowieka
Katarzyna Niemirowicz-Szczytt ............................................................... 9
1.1. Wprowadzenie ............................................................................... 9
1.2. Źródła nowych cech (genów) ........................................................... 10
1.3. Metody doskonalenia organizmów .................................................. 12
1.4. Wymagania rejestrowe ................................................................... 13
1.5. Udział GMO w produkcji żywności na świecie ................................. 14
1.6. Podsumowanie. Czy możemy żyć bez GMO? ................................... 16
1.7. Bibliografia .................................................................................... 17
2. Otrzymywanie organizmów genetycznie zmodyfikowanych
Grzegorz Bartoszewski .......................................................................... 19
2.1. Wprowadzenie ............................................................................... 19
2.2. Uzyskiwanie genetycznie zmodyfikowanych bakterii i drożdży ........ 20
2.3. Uzyskiwanie genetycznie zmodyfikowanych roślin .......................... 24
2.4. Uzyskiwanie genetycznie zmodyfikowanych zwierząt ...................... 29
2.5. Podsumowanie ............................................................................... 33
2.6. Bibliografia .................................................................................... 33
3. Nowe właściwości genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów
Małgorzata Gniewosz ................................................................................. 35
3.1. Wprowadzenie ............................................................................... 35
3.2. G enetycznie modyfikowane mikroorganizmy
w produkcji biofarmaceutyków ...................................................... 35
3.3. G enetycznie modyfikowane mikroorganizmy
w produkcji żywności ..................................................................... 48
3.4. G enetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy
w produkcji biopaliw ...................................................................... 62
3.5. Podsumowanie .............................................................................. 64
3.6. Bibliografia .................................................................................... 65
4. Odmiany roślin uprawnych modyfikowane genetycznie
Wacław Orczyk ...................................................................................... 69
4.1. Wprowadzenie ............................................................................... 69
4.2. C echy użytkowe roślin zmienione metodami
inżynierii genetycznej ..................................................................... 70
4.3. Podsumowanie .............................................................................. 83
4.4. Bibliografia .................................................................................... 85
5. Nowe właściwości zwierząt modyfikowanych genetycznie
Lech Zwierzchowski ............................................................................... 87
5.1. Wprowadzenie ............................................................................... 87
5.2. T ransgeniczne zwierzęta w medycynie
i badaniach biomedycznych ........................................................... 88 3
Spis treści
5.3. Metody otrzymywania transgenicznych zwierząt ............................ 88
5.4. Konstrukcje genowe wykorzystywane w transgenezie zwierząt ....... 91
5.5. Transgeniczne zwierzęta jako modele chorób człowieka ................. 92
5.6. Transgeneza gruczołu mlekowego i białek mleka ........................... 94
5.7. Dlaczego gruczoł mlekowy? ........................................................... 96
5.8. Transgeniczne zwierzęta jako bioreaktory ..................................... 103
5.9. I nne możliwości produkcji ludzkich białek
przez transgeniczne zwierzęta ....................................................... 109
5.10. Transgeneza a produkcja mięsa ................................................... 111
5.11. Transgeneza a jakość tłuszczu zwierzęcego ................................... 113
5.12. Transgeneza ryb ........................................................................... 113
5.13. Produkcja wełny ........................................................................... 117
5.14. Transgeneza a odporność na choroby ........................................... 117
5.15. Transgeneza a ochrona środowiska .............................................. 118
5.16. Transgeneza a ksenotransplantacja .............................................. 119
5.17. Transgeniczne zwierzę jako „zabawka” ........................................... 119
5.18. Podsumowanie ............................................................................. 120
5.19. Bibliografia ................................................................................... 121
6. Regulacje prawne i odbiór społeczny GMO
Grzegorz Bartoszewski ........................................................................... 123
6.1. Wprowadzenie .............................................................................. 123
6.2. Regulacje międzynarodowe dotyczące stosowania GMO ................. 124
6.3. Prawodawstwo Unii Europejskiej dotyczące stosowania GMO ........ 125
6.4. Prawodawstwo polskie dotyczące stosowania GMO ....................... 130
6.5. Odbiór społeczny GMO ................................................................. 134
6.6. Podsumowanie ............................................................................. 137
6.7. Bibliografia .................................................................................. 138
7. GMO w środowisku rolniczym
Zbigniew T. Dąbrowski, Marcin Grabowski ............................................. 141
7.1. Wprowadzenie .............................................................................. 141
7.2. Wpływ roślin GM na organizmy niedocelowe ................................. 142
7.3. Oddziaływanie roślin GM na ekosystemy gleby .............................. 157
7.4. Przenoszenie pyłku roślin GM na pokrewne gatunki roślin ........... 160
7.5. Zagrożenia i korzyści uprawy odmian GM dla agrocenoz ............... 162
7.6. Podsumowanie ............................................................................. 171
7.7. Bibliografia .................................................................................. 172
8. Wyzwania i problemy analiz GMO – rola laboratoriów referencyjnych
Anna Linkiewicz, Janusz Zimny, Sławomir Sowa .................................... 177
8.1. Wprowadzenie .............................................................................. 177
8.2. W jakim celu wykonuje się analizy modyfikacji genetycznych? ...... 178
8.3. W jakim stopniu prawo Unii Europejskiej określa potrzebę
i zakres analiz GMO? ................................................................... 179
4 8.4. Standardowe metody analiz żywności i pasz GM ........................... 182
Spis treści
8.5. Zaawansowane metody analiz GMO .............................................. 184
8.6. Analizy przesiewowe i ilościowe GMO ........................................... 185
8.7. Nieautoryzowane GMO – jak je wykryć? ........................................ 187
8.8. Wykrywanie nieautoryzowanych GMO .......................................... 190
8.9. Podstawowe problemy analiz GMO ................................................ 190
8.10. H armonizacja metod analiz GMO. Laboratorium referencyjne UE
i Europejska Sieć Laboratoriów GMO platformą badań
i wymiany informacji o GMO ........................................................ 193
8.11. Podsumowanie ............................................................................. 194
8.12. Bibliografia ................................................................................... 195
9. Kontrowersje wokół żywności zmodyfikowanej genetycznie
Marcin Filipecki ...................................................................................... 197
9.1. Wprowadzenie .............................................................................. 197
9.2. Z astrzeżenia zdrowotne i błędy w badaniach
podważających bezpieczeństwo konsumpcji GMO ......................... 199
9.3. Zmienność biologiczna w paszy i żywności .................................... 200
9.4. Odporność na antybiotyki ............................................................ 201
9.5. Alergie .......................................................................................... 202
9.6. Efekty niezamierzone .................................................................... 203
9.7. Procedury oceny bezpieczeństwa odmian GM ................................ 204
9.8. Wpływ na środowisko ................................................................... 205
9.9. Koegzystencja ............................................................................... 208
9.10. Kontrowersje światopoglądowe ...................................................... 208
9.11. GMO a rolnictwo tradycyjne i ekologiczne ..................................... 209
9.12. Demagogia i język debaty .............................................................. 210
9.13. Podsumowanie ............................................................................. 213
9.14. Bibliografia ................................................................................... 214
Słownik terminów ....................................................................................... 217
Skorowidz rzeczowy .................................................................................... 225
5
Szanowni Czytelnicy!
Cieszy niezmiernie fakt, że możemy przekazać Państwu publikację pt. „GMO
w świetle najnowszych badań”, opracowaną przez zespół autorów pod redakcją
prof. dr hab. Katarzyny Niemirowicz-Szczytt.
Ta bardzo ważna książka jest efektem prowadzonych w naszym Instytucie
otwartych wykładów dla studentów i doktorantów uczelni warszawskich.
Rozwój nauk przyrodniczych i wykorzystanie odkryć naukowych przekłada
się na rozwój zarówno przemysłu, jak i rolnictwa i w efekcie wpływa na wzrost
poziomu życia społeczeństw.
Od wielkiego odkrycia podwójnej helisy D NA przez Watsona i Cricka, które
przełożyło się na dynamiczny rozwój biotechnologii w obszarze medycyny, prze-
mysłu i rolnictwa minęło niespełna 60 lat. W 1994 roku pojawił się pierwszy pro-
dukt roślinny genetycznie modyfikowany – pomidor, a po 18 latach (w roku 2012)
uprawy modyfikowane genetycznie zajmują na świecie około 150 mln ha. Nie
zawsze zdajemy sobie sprawę, że z produktami otrzymanymi z organizmów gene-
tycznie modyfikowanych mamy do czynienia na co dzień (nie tylko z nasionami
soi czy k ukurydzy). Spożywamy bowiem powszechnie produkty wytworzone przy
udziale mikroorganizmów genetycznie modyfikowanych. W przemyśle spożyw-
czym wykorzystuje się: e nzymy, aminokwasy, kwasy organiczne, kultury startero-
we i dodatki do żywności produkowane z udziałem genetycznie modyfikowanych
mikrorganizmów (GMM). Szeroko akceptowany jest fakt, że sery produkowane
z wykorzystaniem e nzymów pochodzących z GMM oraz wina produkowane przy
użyciu p ektynazy z GMM nie muszą być znakowane. Przemysł farmaceutyczny
wykorzystuje GMM do produkcji b iofarmaceutyków. Technologie wykorzystujące
GMM są stosowane przy produkcji szczepionek, m.in. przeciwko w irusowemu z a-
paleniu wątroby typu B czy b oreliozie.
Wielu autorów zajmujących się tą problematyką uważa, że modyfikowane
genetycznie rośliny przyczyniają się w efekcie do:
• zwiększenia produkcji pasz i żywności,
• pozyskania produktów o lepszych walorach odżywczych i zdrowotnych,
• zmniejszenia energochłonności i chemizacji rolnictwa. 7
Polska, jak wszystkie rozwinięte kraje, jest rynkiem, na którym produkty
pochodzące od G MO są na co dzień spotykane (l eki, dodatki do żywności, dodatki
tekstylne, pasze). Na potrzeby paszowe naszego kraju wykorzystywane jest 2 mln
ton importowanej wysokobiałkowej śruty rocznie, uzyskanej ze zmodyfikowanej
genetycznie s oi, która jest komponentem do wyprodukowania około 5 mln ton
mieszanek paszowych.
Mimo tak powszechnego stosowania modyfikacji genetycznych, społeczeń-
stwo nasze ma wiele obaw, związanych z negatywnymi następstwami zarówno dla
zdrowia, jak i środowiska. Obawy te dotyczą przede wszystkim następstw uwal-
niania do środowiska genetycznie zmodyfikowanych roślin. W tej kwestii jedyną
racjonalną drogą jest prowadzenie badań naukowych i informowanie społeczeń-
stwa o ich wynikach.
Wszyscy chcemy, żeby nasz kraj rozwijał się i, mówiąc słowami poety, po-
szedł (...) drogą mleczną, w cało-ludzkości gromnym huraganie (...). Konieczne jest
stworzenie podstaw do rozwoju biogospodarki w Polsce. Wymaga to przyjęcia
właściwych norm prawnych, sprzyjających rozwojowi nowoczesnych badań i go-
spodarki opartej na wiedzy, wykorzystującej nowoczesne biotechnologie. Bardzo
ważną kwestią jest właściwa edukacja społeczna oparta na rzetelnej wiedzy, pro-
wadzonych badaniach i monitoringu procesów wdrażania. W świetle dzisiejszej
wiedzy nie ma podstaw, aby uważać modyfikacje genetyczne za szkodliwe.
Żywię wielką nadzieję, że ta bardzo dobrze przygotowana książka przyczyni
się do lepszego zrozumienia problemu modyfikacji genetycznych i złagodzenia
napięć wokół tego tematu.
Prof. dr hab. Tomasz Borecki
Dyrektor Instytutu Problemów
Współczesnej Cywilizacji
im. Marka Dietricha
8
1
Doskonalenie organizmów
na potrzeby człowieka
KATARZYNA NIEMIROWICZ-SZCZYTT*
1.1. Wprowadzenie
Człowiek na swoje potrzeby doskonalił organizmy żywe od najdawniejszych cza-
sów. Początkowo robił to na zasadzie wyboru (selekcji) większych i lepiej przy-
stosowanych do chowu zwierząt, dorodnych kłosów i owoców roślin, dobrze fer-
mentujących drożdże zaczynów, soków, brzeczki, mleka. Nie prowadził świado-
mej hodowli tylko wybierał. W ten sposób udomawiał potrzebne mu organizmy.
Świadczą o tym wykopaliska archeologiczne, rysunki naskalne i źródła pisane.
Początki udomawiania roślin i zwierząt sięgają 15–10 tys. lat p.n.e. [Wasilewski
2005], różnych okresów paleolitu i neolitu w różnych regionach świata (m.in.
Bliski Wschód, Chiny, Ameryka Środkowa i Południowa).
Doskonalenie roślin i zwierząt postępowało wolno, trwało tysiące lat. Zmiany,
które utrwalano w roślinach i zwierzętach udomowionych, były korzystne dla czło-
wieka. W przypadku roślin były to np. większe i nieosypujące się ziarna (ziarnia-
ki), większe kwiaty i kwiatostany, większe owoce lub liście. W przypadku zwierząt
– większy przyrost masy ciała, większa wydajność wełny lub większa mleczność.
Doskonalenie tych cech było korzystne dla człowieka, lecz zmniejszało przeżywal-
ność udomowionych roślin i zwierząt w naturalnym środowisku. Były one coraz
bardziej zależne od opieki człowieka. Obecnie większość roślin uprawnych i zwie-
rząt domowych nie przeżywa w środowisku bez ingerencji człowieka.
Doskonalenie roślin, zwierząt, a nawet mikroorganizmów jest procesem wie-
lowymiarowym. Z jednej strony człowiek pozbawia je możliwości przeżycia w śro-
dowisku naturalnym, z drugiej strony wymusza wysoką produktywność i plen-
ność [Charon i Świtoński 2009, Michalik 2009]. Pogoń za wysokimi wskaźnikami
produktywności i plenności powoduje też utratę walorów żywieniowych mięsa,
mleka, jaj, zbóż, warzyw i owoców (np. bardzo intensywny chów brojlerów, niosek,
krów mlecznych, wielkotowarowa produkcja owoców i warzyw). Wiadomo nie od
* Katedra Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajo-
9
brazu, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Katarzyna Niemirowicz-Szczytt
dziś, że bardzo wysoka produktywność wiąże się z obniżeniem zawartości skład-
ników wartościowych żywieniowo.
Rośliny, zwierzęta i m ikroorganizmy doskonali się zarówno metodami kla-
sycznymi (hodowla konwencjonalna), jak i nowymi (nowe metody biotechnolo-
giczne) w sposób ciągły. Ten proces nie kończy się nigdy. Producenci zwierząt
żądają nowych ras kur, krów i owiec. Producenci roślin żądają nowych, plenniej-
szych i odporniejszych na stresy (choroby, s zkodniki, temperatury, suszę itp.)
odmian. Przemysł spożywczy żąda lepszych szczepów bakterii fermentacyjnych
[Grajek i Schmidt 2006]. Przemysł farmaceutyczny i kosmetyczny żąda nowych,
udoskonalonych mikroorganizmów do produkcji leków i substancji aktywnych
biologicznie. Ochrona środowiska żąda jeszcze lepszych ras bakterii i grzybów do
usuwania zanieczyszczeń środowiska. Potrzebne są m ikroorganizmy do produkcji
biopaliw (rozdział 3). Wszystko to dla zaspokojenia rosnących potrzeb człowieka.
1.2. Źródła nowych cech ( genów)
Hodowla nowych odmian roślin lub ras zwierząt potrzebuje form, które stanowi-
łyby nową jakość dla odbiorcy (producenta i konsumenta). Hodowca poszukuje
zatem takich osobników, które mają pożądane cechy lub których kombinacja
może dać nową jakość. Po dobrym rozpoznaniu dostępnych materiałów (kolekcje
mikroorganizmów, odmian roślin i zwierząt gromadzonych we własnym zakresie,
kolekcje banków genów) hodowca wykorzystuje, w pierwszej kolejności, osobniki
spokrewnione z obiektem hodowli. Najczęściej są to odmiany uprawne roślin lub
rasy zwierząt tego samego gatunku. Geny przenoszone są w wyniku tradycyjnego
krzyżowania. W potomstwie obserwuje się segregację danej cechy lub kombinacji
cech.
Podstawą uzyskania nowej kombinacji cech osobników potomnych jest s egre-
gacja i rekombinacja g enów. Zaletą takiego postępowania hodowcy jest uzyskanie
osobników zachowujących wysoki poziom cech użytkowych przy jednoczesnym
otrzymaniu nowej wartości danej cechy lub kombinacji cech. Wadą takiego postę-
powania może być brak pożądanego efektu z powodu silnego sprzężenia g enu(ów)
z innym genem(ami) o negatywnym działaniu, a w konsekwencji występuje nie-
możność uzyskania osobnika o wyłącznie korzystnych dla człowieka cechach.
Trzeba podkreślić, że wiele cech użytkowych, ważnych dla produktywno-
ści roślin i zwierząt, ma charakter cech poligenicznych, czyli warunkowanych
wieloma genami o małym jednostkowym działaniu. Do takich cech zaliczamy
cechy związane z produktywnością określonych organów użytkowych, np. plon
liści, owoców, nasion, masą ciała zwierząt, mlecznością, wielkością organów,
zawartością składników takich jak witaminy, b iałka, cukry w owocach, nasio-
nach, mięsie i sierści. W przypadku licznych p oligenów uczestniczących w wielu
szlakach metabolicznych stosuje się najczęściej strategię k umulowania (groma-
10 dzenia, p iramidowania) ich w pojedynczych osobnikach potomnych w wyniku
