Natuurlijke ggo’s

Over genetisch gemodificeerde gewassen wordt vaak gezegd dat ze niet natuurlijk zijn omdat dergelijke gewassen nooit in de natuur zouden kunnen ontstaan. Dat ze onnatuurlijk zijn omdat ze soort- of speciesgrenzen overschrijden, iets wat volgens dergelijke mensen in de natuur onmogelijk is. Maar is dit echt zo onnatuurlijk en worden in de natuur dus geen soort of species grenzen overschreden? En misschien even belangrijk,  kan men via klassieke veredeling enkel gewassen bekomen die ook in de natuur zouden kunnen ontstaan?

Of is het toch allemaal weer heel wat genuanceerder als het gekende zwart-wit beeld dat zovele mensen over genetisch gemodificeerde gewassen trachten te verspreiden? Deze pagina is dan ook een poging om enkele van die opvattingen aan de werkelijkheid te toetsen. En zoals zo vaak als het over ggo’s gaat, zal blijken dat de meeste van die opvattingen, die eenzijdig ggo’s in een onnatuurlijk hoekje trachten te duwen, op weinig meer dan dogma’s gebaseerd zijn…

1) Klassieke veredeling is helemaal niet zo “natuurlijk” als vele mensen trachten te doen uitschijnen. 

De tijd dat gewassen enkel veredeld werden door specifieke selectie van aantrekkelijke planten ligt al meer als 100 jaar achter ons. Sinds de ontdekking van de wetten van Mendel is plantenveredeling in een stroomversnelling gekomen met het gebruik van vele technieken die nogal ver staan van wat velen onder “natuurlijk” verstaan. De eerste nieuwe technieken die in die tijd hun intrede deden waren het herhaaldelijk uitvoeren van geforceerde zelfbestuiving en het veredelen van de eerste hybride gewassen.

Hieronder een overzicht van een aantal veredelingstechnieken (en voorbeelden) die heden ten dage (en reeds verschillende decennia) gebruikt worden binnen de klassieke veredeling. Al deze technieken worden als volkomen veilig beschouwd en behoeven dan ook (itt genetische modificatie) geen gedegen risico-analyse.

  • Planten hebben vaak verschillende ploïdiegraad en dit zorgt binnen de veredeling voor heel wat problemen, waaronder steriele planten en planten die niet gekruist kunnen worden. Als men genen uit relatief weinig verwante species, die onderling niet kruisbaar zijn, toch wenst in te kruisen, moet men vaak via verschillende “tussenspecies” deze genen overbrengen en dient men de ploïdiegraad aan te passen om veredelen verder mogelijk te maken. Dit is iets wat bv. nodig was tijdens het veredelingsproces van de biologische aardappelrassen bionica en toluca. Na veredeling van een 4n x 2n plant verkrijgt men triploïde (3n) planten die hexaploïd (6n) gemaakt worden via polyploïdisatie, na kruising met een diploïde plant verkrijgt men uiteindelijk tetraploïde (4n) planten die opnieuw kruisbaar zijn met Solanum tuberosum (4n). Om deze polyploïdisatie te verwezenlijken wordt er een mitosegif toegevoegd (vaak colchicine), dit gif zorgt ervoor dat de normale celdeling verstoord wordt (voorkomt overgang tussen metafase en anafase). Tijdens de celdeling verdubbelt het aantal chromosomen, waarna de cel deelt en elke nieuwe cel de helft van de chromosomen verkrijgt. Mitosegiffen, zoals colchicine verstoren deze natuurlijke gang van zaken door de opsplitsing van de oorspronkelijke cel te voorkomen. Op die manier blijft het dubbele aantal chromosomen aanwezig en verdubbelt bijgevolg ook de ploïdiegraad.
  • Ook een labo is tegenwoordig in plantenveredeling alomtegenwoordig. Een van de technieken die daar gebruikt worden is embryo rescue, een van de eerste succesvolle in-vitro culturen die in de praktijk gebracht werden. Embryo rescue wordt gebruikt om plant-embryo’s die normaal niet levensvatbaar zouden zijn te helpen in hun ontwikkeling. Deze techniek wordt meestal gebruikt om interspecifieke (tussen verschillende species) of intergenerische (tussen verschillende genera) planten tot ontwikkeling te laten komen, omdat bij gebruik van die technieken (hybridisatie) vaak zaden geproduceerd worden die in de natuur niet levensvatbaar zouden zijn. Via deze in vitro celkweek kunnen uit deze plant embryo’s toch levensvatbare planten opgekweekt worden.
  • Introgressieveredeling wordt gebruikt om een eigenschap van een donor- in te brengen in een receptorplant. Hiervoor wordt een kruising uitgevoerd tussen deze twee species. Via homologe recombinatie kunnen deze species DNA uitwisselen. Daarna zijn nog vele terugkruisingen nodig om de extra en ongewenste eigenschappen die mee ingekruist werden via linkage drag weg te kruisen. Als men echter planten wenst te kruisen tussen verschillende genera is er geen homologe recombinatie mogelijk tussen de respectievelijke chromosomen, wegens niet verwant genoeg om natuurlijk te recombineren. Dan kan men gebruik maken van een techniek die men translocatieveredeling noemt. Hierbij worden gammastralen gebruikt om stukken chromosoom af te breken en op een andere en volledig random plaats opnieuw “vast te plakken”. Het zijn de zaden die na een eerste kruising bestraald worden, in de volgende generaties wordt op zoek gegaan naar die planten die zo veel als mogelijk (intact) DNA van de receptor plant behouden hebben en zo weinig mogelijk DNA (buiten de gewenste eigenschap) van de donor plant mee kregen. Doordat het ingebrachte stuk chromosoom op eender welke plaats in eender welk chromosoom van de receptor plant geïncorporeerd kan worden, is de frequentie van geslaagde translocatieveredelingseventen laag. Meestal zijn ook verschillende translocatieveredelingsstappen nodig doordat men nooit enkel het gen waarin men geïnteresseerd is, inbrengt, maar ook (vergelijkbaar met linkage drag) grote stukken nabijgelegen chromosoommateriaal mee transformeert. In de figuur hieronder vind je een vergelijking van de introgressieveredeling,  translocatieveredeling en cisgenese.  Het is duidelijk dat translocatieveredeling van de drie vermelde technieken de meest ingrijpende  is en bijgevolg ook met voorsprong het meest veranderingen met zich mee kan brengen op genomisch niveau.

    Jacobsen & Schouten, 2007

  • De meest ingrijpende veredelingstechniek is waarschijnlijk nog steeds mutatie veredeling. Hierbij worden chemische agentia of radioactieve straling  gebruikt om mutaties in de planten te introduceren met de bedoeling een wenselijke karakteristiek te bekomen. Sinds het toepassen van mutatieveredeling werden ongeveer 2.500 dergelijke variëteiten op de markt gebracht waaronder verschillende rijst, graan en maïs variëteiten, maar ook bv. de roze pompelmoes of pepermunt (gebruikt in kauwgum). Mutatieveredeling wordt meestal uitgevoerd in wat men “gamma gardens” noemt. Daarbij worden de verschillende planten aangeplant rondom een radio-actieve bron die in het midden staat en dan verschillende maanden blootgesteld aan die radio-actieve straling die de oorzaak van de vele mutaties is. De meeste planten sterven of vertonen tumorvorming, maar sommige geven blijk van fenotypische kenmerken die dan uiteindelijk tot nieuwe variëteiten leiden.

Dit is maar een heel beperkt overzicht van wat moderne plantenveredeling eigenlijk inhoudt en toch blijkt al snel dat plantenveredeling al lang niet meer zo “natuurlijk” is, als sommige mensen trachten te beweren. Iedere veredelingstechniek, hoe “natuurlijk” of “onnatuurlijk” ze ook is, leidt tot mutaties en veranderingen op genniveau, en iedere mutatie kan tot een ongewenst effect leiden. Het blijft echter een vaststaand feit dat ggo’s een gedegen risico analyse ondergaan, terwijl dergelijke risico-analyse bij bovenstaande (en veel ingrijpendere) technieken volkomen afwezig is. Een mooi overzicht van de relatieve mogelijkheid tot het ontstaan van ongewenste genetische effecten in functie van de verschillende veredelingstechnieken vind je in de figuur hieronder.

FIGURE ES-1 Relative likelihood of unintended genetic effects associated with various methods of plant genetic modification. The gray tails indicate the committee’s conclusions about the relative degree of the range of potential unintended changes; the dark bars indicate the relative degree of genetic disruption for each method. It is unlikely that all methods of either genetic engineering, genetic modification, or conventional breeding will have equal probability of resulting in unintended changes. Therefore, it is the final product of a given modification, rather than the modification method or process, that is more likely to result in an unintended adverse effect. For example, of the methods shown, a selection from a homogenous population is least likely to express unintended effects, and the range of those that do appear is quite limited. In contrast, induced mutagenesis is the most genetically disruptive and, consequently, most likely to display unintended effects from the widest potential range of phenotypic effects.

 2) De natuur bevat honderden, wss zelfs duizenden voorbeelden waarbij genetisch materiaal soort en species grenzen heeft overschreden. 

In tegenstelling tot wat vele mensen blijkbaar denken of willen geloven zijn soort en species grenzen helemaal niet absoluut. De natuur toont ons honderden voorbeelden waarbij genen of volledige organismen deze grenzen overgestoken hebben gedurende de evolutie. En met de recente vooruitgang op gebied van sequenering en bio-informatica kun je er prat op gaan dat er in de toekomst nog duizenden dergelijke gebeurtenissen ontdekt zullen worden. Hieronder vind je dan ook een heel beperkt aantal voorbeelden van natuurlijke ggo’s of organismen die in zich een stukje genetisch materiaal van een ander species bevatten.

  • De mens zelf is eigenlijk het perfecte voorbeeld van een natuurlijke ggo. Onze mitochondriën zijn volgens de algemeen aanvaardde  endosymbiontentheorie  (net als chloroplasten in planten) afkomstig van door deze cellen opgenomen prokaryoten. Ook ons humaan genoom vertoont heel wat sporen van andere organismen, zo blijkt uit onderzoek dat ongeveer 10% van ons genetisch materiaal eigenlijk afkomstig blijkt te zijn van virussen.
  • Vele plant species in verschillende families blijken een T-DNA sequentie te bevatten, details over hun afkomst vaak nog onbekend zijn, alhoewel van sommigen reeds werd aangetoond dat ze afkomstig waren van een natuurlijke Agrobacterium  transformatie via infectie. De aanwezigheid van Agrobacterium T-DNA in Nicotiana-species werd voor het eerst aangetoond in 1983 door White et al. In de bijgevoegde tabel uit Suzuki et al. 2002 worden de verschillende Nicotiana-species getoond die een T-DNA insertie uit Agrobacterium rhizogenes bevatten. In het Nicotiana genus zijn, zoals je in de figuur kan zien, verschillende onafhankelijke transformaties gebeurd (ca. 5 miljoen jaar geleden) en die hebben een rol gespeeld in de evolutie van het genus.
  • Planten die normaal niet seksueel kunnen voortplanten, kunnen als ze elkaar raken in een “contact zone” (een techniek ook gebruikt bij enten) volledige chloroplast en/of mitochondria genomen doorgeven en op die manier volledig nieuwe gewassen met nieuwe eigenschappen doen ontstaan.
  • Een eiwit dat enkel aanwezig is in de cellen die voor het contact zorgen tussen uterus en placenta, syncytin genoemd, blijkt afkomstig van virussen. De hieruit gevormde cellaag of syncytiotrophoblast is essentieel voor een foetus en stelt deze laatste in staat om nutriënten van zijn moeder te bekomen.
  • De analyse van EST (expressed sequence tags) data openbaarde de aanwezigheid van een eenzaadlobbigen specifiek nucleair gen in het tweezaadlobbige Striga hermonthica. 
  • De Coffee Borer Beetle, een kever, is een gevreesde pest in koffieplantages en een van de weinig organismen die in staat zijn om het galactomannaan in de koffiebonen te verteren. Deze kever maakt een mannanase aan waarmee deze polysacchariden gehydrolyseerd kunnen worden. Het gen dat codeert voor dit mannanase (HhMAN1) is van bacteriële oorsprong en via horizontale gentransfer in het genoom van de coffee borer beetle terecht gekomen.

Dit is natuurlijk maar een heel beperkt overzicht van natuurlijke ggo’s en dient enkel om aan te tonen dat de natuur ons letterlijk duizenden voorbeelden toont van species overschrijdende uitwisseling van genetisch materiaal. Veel meer voorbeelden vind je op de blog van David E. Tribe die ondertussen al meer als 100 voorbeelden van dergelijke natuurlijke ggo’s verzamelde. Ook hier op biolyrics worden geregeld posts aan natuurlijke ggo’s besteed.

Genetisch gemodificeerde planten blijken dus als je rationeel naar de feiten kijkt minstens even “natuurlijk” of “onnatuurlijk” te zijn als de gewassen bekomen via andere veredelingstechnieken.