Victor Habbick/Science Photo Library via Getty Images

Ar trebui reexaminată editarea genetică în agricultură?29 min read

De Ionuț Preda 25.07.2022

În ciuda controversatelor OMG-uri, editarea genetică a culturilor agricole ar putea fi una dintre puținele soluții la criza alimentară și cea climatică

Printre numeroasele crize pe care omenirea trebuia să le rezolve ieri, cea a securității alimentare poate avea cele mai vizibile și catastrofale efecte. Banca Mondială„Client-Smart Agriculture”, worldbank.org estimează că este necesară o creștere a producției de alimente cu 70% până în 2050, pentru a hrăni o populație globală ce va depăși 9 miliarde. Iar asta în condițiile în care agricultura actuală este vulnerabilă la schimbările climatice, tot mai multele fenomene extreme, fiind în același timp și unul dintre domeniile care contribuie semnificativ la emisiile de gaze cu efect de seră.

Nu ajută nici faptul că una dintre posibilele soluții științifice, modificarea genetică a culturilor agricole, are o problemă de imagine. Până recent, editarea genetică a fost sinonimă cu organismele modificate genetic (OMG-uri) – denumirea-umbrelă aplicată tuturor organismelor ale căror material genetic a fost alterat de către om. Mai ales în agricultură, OMG-urile au provocat dispute științifice, geopolitice, etice sau ecologice și au dat naștere destulor  conspirații.

Recent, tot mai mulți cercetători și companii de biotech încearcă să abordeze subiectul într-un mod mai sensibil.  Noua abordare: editarea genetică. Pe scurt, nu se mai transferă gene rezistente de la alune la tomate, ci sunt modificate direct genele tomatelor pentru a fi mai rezistente la dăunători și secetă. Teoretic, aceste modificări s-ar putea obține și prin metode tradiționale de încrucișare selectivă a plantelor. Doar că ar fi nevoie de mai mult efort și timp, iar cel din urmă nu se scurge în favoarea umanității.

editare genetică

Casarsa Guru/Getty Images

De ce sunt atât de controversate organismele modificate genetic?

În agricultură, practica OMG-urilor a început să ia amploare la mijlocul anilor 1990, atunci când Statele Unite au aprobat primele astfel de culturi pentru comercializare: tomate modificate genetic pentru a fi mai durabile, mai dense și mai rezistente la infecțiile fungice.„Flavr Savr” – wikipedia.org

Astfel de avantaje au convins fermierii din America de Nord, America Latină și unele state asiatice să adopte OMG-urile într-un ritm accelerat, astfel că în doar trei decenii culturile modificate genetic au ajuns să fie mult mai folosite decât echivalentele naturale.ISAAA Brief 55-2019: Executive Summary., isaaa.org

În același timp, „revoluția” OMG-urilor a provocat și o rezistență puternică la adoptarea lor în alte părți ale lumii, în special în Europa. La nivelul publicului, o contribuție semnificativă o are răspândirea unor informații false sau incomplete, precum a miturilor că alimentele modificate genetic ar fi periculoase pentru consumul uman, crescând riscul de alergii sau de cancer. De fapt, nu există cercetări majore sau relevante„Will GMOs Hurt My Body? The Public’s Concerns and How Scientists Have Addressed Them,” harvard,edu  care să lege OMG-urile aprobate până acum pentru consumul uman de riscuri crescute asupra sănătății (dar nici de beneficii).Un caz controversat este cel al unei cercetări din 2011, care susținea că porumbul modificat genetic tratat cu erbicidul RoundUp ar crește riscul de cancer la cobai. Studiul respectiv a fost criticat de mulți specialiști în domeniu și retras în 2013 de publicația inițială, Food and Technical Toxicology rezultatele fiind considerate neconcludente, deoarece tipul de cobai folosiți avea din start o incidență ridicată a tumorilor, iar eșantionul folosit era prea mic pentru a putea trage concluzii între grupurile de control, nature.com

Este la fel de adevărat că, deoarece încă este o tehnologie relativ nouă, nu a fost posibilă efectuarea unor studii care să documenteze efectele consumului și expunerii la alimente și culturi modificate de genetic pe perioade foarte lungi de timp sau pe durata unei vieți umane.

Alte îngrijorări legate de efectul folosirii OMG-urilor au, însă, o bază mai solidă. Multe se referă la practicile principalilor producători de semințe biomodificate, precum Monsanto, DuPont sau Bayer, care obligă fermierii, prin contract, să nu păstreze semințe pentru recolte viitoare, ci să le cumpere anual pe cele patentate de companii,„Supreme Court Supports Monsanto in Seed-Replication Case, nytimes.com politică extrem de costisitoare pentru fermierii mici. În unele cazuri, culturile sunt modificate pentru a fi imune la erbicidele și pesticidele comercializate de aceleași companii, precum în cazul Monsanto și a erbicidului Roundup, iar aplicarea constantă a acestor produse a dus și la apariția de buruieni sau dăunători„First Canadian Case of Insect Resistance to Genetically Engineered Corn Discovered”,- cban.ca rezistenți la aceste produse. În plus, folosirea OMG-urilor poate avea, efecte negative semnificative asupra ecosistemelor.„Environmental Impact of GMOs”, umass.edu

Acestea sunt doar câteva dintre motivele pentru care Uniunea Europeană are de mai bine de două decenii o politică extrem de strictă cu privire la culturile modificate genetic. Ele trebuie să treacă prin proceduri de verificare și aprobare complexe pentru a putea fi cultivate sau măcar importate în blocul comunitar. Multe dintre statele UE au interzis cultivarea soiurilor modificate genetic. România a fost,multă vreme, unul dintre puținele state în care se folosea singurul OMG aprobat până acum pentru cultivare în UE, soiul de porumb MON 810 de la Monsanto, dar l-a abandonat în 2015.„Romania says Resounding NO to GMOs”, arc2020.com

O alternativă la OMG-uri?

Dezvoltarea metodelor de editare genetică readuce în discuție definiția OMG-urilor, care diferă în funcție de zonă. De exemplu, în Statele Unite  un produs poate fi considerată OMG doar dacă a fost modificată cu ADN străin. În mod normal, semințele modificate genetic sunt obținute din plante crescute din țesuturi de laborator, cărora le-au fost adăugată informația genetică cu trăsăturile vizate obținute de la alte specii de plante. „How ARE GMOS Made?”, fda.gov (PDF)

Însă metodele moderne de editare, precum CRISPR-Cas9, pot să lucreze exclusiv cu genomul plantei, suprimând sau modificând gene care dictează diferite funcții ale acesteia.„Why Gene Editing Is the Next Food Revolution”, nationalgeographic.com Numindu-le editare genetică, promotorii acestora încearcă să le diferențieze de OMG-uri. Ei evidențiază faptul că practica nu este fundamental diferită de modurile tradiționale de a obține plante cu trăsături mai dezirabile,Încrucișarea intensivă soiurilor cu diferite linii genetice din aceeași cultură până la formarea unor super-soiuri cu trăsăturile dorite, precum cele de grâu sau orez care au stat la baza revoluției agriculturale din anii 1950-1960 diferența principală fiind viteza mult mai mare de dezvoltare.

CITEȘTE ȘI: 8 boli care ar putea fi tratate cu ajutorul editării genetice CRISPR

Până acum, strategia a funcționat parțial – în Statele Unite, culturile editate în acest mod nu sunt considerate a fi modificate genetic și nu trebuie să treacă prin procesul de aprobare a OMG-urilor. În schimb, Europa nu este la fel de deschisă metodei. Curtea de Justiție a UE a decis în 2018 că și culturile editate genetic trebuie tratate ca OMG-uri.„CRISPR plants now subject to tough GM laws in European Union,” nature.com  Dezvoltarea tehnologiei, schimbările climatice și criza mondială a alimentelor ar putea determina, totuși, reconsiderarea pozițiilor UE în această problemă.

Plante de A. thaliana analizate genetic în laborator. Jose A. Bernat Bacete/Getty Images

Producție mai mare de porumb și orez prin dezactivarea unei proteine

Există deja propuneri de folosire a editării genetice pentru a obține rezultate similare OMG-urilor. De exemplu, unul dintre avantajele principale ale culturilor modificate genetic este creșterea productivității., Ritmul creșterii e foarte dificil de egalat cu metodele clasice de obținere a soiurilor productive, deoarece acestea nu pot împrumuta gene ce cresc productivitatea de la alte specii de plante.„GMO crops have been increasing yield for 20 years, with more progress ahead”,cornell.edu

Un studiu publicat anul acesta în Science„Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice,” science.org arată că rezultate similare ar putea fi obținute prin simpla dezactivare a unei gene care codează proteina WD40, a cărei prezență reglează în mod negativ producția cerealelor. Dezactivarea ei a provocat o creștere a numărului boabelor de porumb cu cu 10% și a celor de orez cu 8% în plantele vizate, aparent fără apariția unor trăsături negative. Ceea ce este o creștere destul de semnificativă pentru dezactivarea unei singure gene, în condițiile care genomul porumbului are peste 30.000 de gene, iar funcțiile celor mai multe dintre acestea rămân necunoscute.

Plante mai rezistente la schimbările climatice

Temperaturile în creștere afectează și sistemul imunitar al plantelor, care, deși nu este la fel de complex precum cel al oamenilor, produce substanțe chimice ca răspuns la infecții bacteriale sau fungice sau la atacuri ale insectelor dăunătoare.

Un exemplu este acidul salicilic, un hormon important pentru mecanismele imunitare ale plantelor, care are și rolul de a diminua efectele negative ale temperaturiiPrecum reduceri ale ratei și eficienței fotosintezei asupra acestora. Problema este că mecanismul de producere al acidului poate fi întrerupt atunci când plantele sunt supuse la temperaturi mult mai ridicate decât cele cu care sunt obișnuite.

Un studiu recent„Increasing the resilience of plant immunity to a warming climate”, nature.com efectuat pe plante de Arabidopsis ThalianaCunoscută la noi sub numele de gâscariță, este una dintre speciile de plante cele mai folosite în cercetare din cauza diversității genetice, a similarității genomului acesteia cu multe culturi agricole majore și ușurinței creșterii a descoperit „vinovata” pentru această situație: gena CBP60g, a cărei funcție este codarea unei proteine care controlează producția de acid salicilic. Autorii au reușit să modifice expresia genei, mai întâi pentru a forța producerea constantă a hormonului, indiferent de temperatură, și ulterior pentru a-l produce doar atunci când este detectat un patogen.

Chiar dacă sună promițător, adaptarea metodei la alte plante va dura ceva timp – deocamdată, cercetătorii încearcă să recreeze rezultatele în plantele de rapiță. Iar metoda actuală prin care se face editarea genei în cauză vine cu probleme adiționale: pentru că se folosește o bacterie, care este introdusă în plantă cu instrucțiunile pentru reglarea producției de acid salicilic, orice cultură modificată în acest fel ar fi tratată chiar și în SUA ca un organism modificat genetic.

„Descătușarea” mecanismelor de rezistență a plantelor la situații extreme poate avea, însă, și efecte nedorite. De exemplu, unul din modurile în care plantele rezistente la secetă reușesc să rămâne verzi este întreruperea creșterii sau scăderea producției de fructe sau semințe, ceea ce deschide o discuție complicată despre balanța care ar trebui păstrată între protejarea culturii și randamentul acesteia.„Heat is bad for plant health. Here’s how gene editing could help.”, technologyreview.com Dar chiar și această dilemă și-ar putea găsi un răspuns prin bioinginerie: un studiu publicat de cercetători spanioli în 2020,„Drought Resistance by Engineering Plant Tissue-Specific Responses”, frontiersin.org  finanțat de Consiliul European al Cercetării, a observat că adăugarea mai multor receptori pentru anumiți hormoni în Arabidopsis Thaliana ar crește rezistența la secetă a plantei fără a-i penaliza productivitatea.

Christopher Furlong/Getty Images

Cursa pentru salvarea bananelor

În alte cazuri, editarea genetică ar putea fi singura soluție fezabilă pentru salvarea anumitor culturi.

Cel mai comercializat tip de banane la nivel global sunt cele din soiul Cavendish,„The banana is dying. The race is on to reinvent it before it’s too late, ”wired.com care însumează aproape jumătate din producția totală de banane a omenirii și 99% din exporturile globale. Diferența majoră față de alte culturi este că acestea sunt practic clone, deoarece bananierii care le produc sunt crescuți din bucăți separate din alți bananieri maturi. Semințele lor sunt sterile, ceea ce înseamnă că nu pot fi încrucișate în mod clasic cu alte soiuri.

Lipsa de diversitate genetică rezultată face bananierii foarte vulnerabili și aproape inadaptabili în mod natural la boli și dăunători. În ultimele decenii, o astfel de boală a început să pună mari probleme producătorilor din Asia și Africa: boala Panama sau TR4.Fusarium tropical race 4, o ciupercă care distruge arborii și solul în doar câteva luni Dacă TR4 va ajunge pe plantațiile din America Latină, care însumează peste 80% din totalul exporturilor, este foarte posibilă o criză mondială a comerțului cu banane.

De altfel, probleme similare au dus la popularizarea soiului Cavendish: până anii 1950, acesta era secundar în preferințele de export către Europa și Nord America soiului Gros Michel, până când acesta din urmă a fost afectat de o primă versiune cunoscută a bolii Panama, TR1. La acel moment, producătorii majori au trecut la Cavendish, pentru că acesta era rezistent lui TR1. Doar că acum nu există un soi alternativ care să poată fi trecut imediat la producția de masă pentru a satisface cerințele de export.

Deocamdată, pentru plantații, singurul mod de a opri transmiterea bolii este carantinarea zonelor afectate. Ceea ce, după cum am văzut în ultimii ani, este o soluție care poate fi ușor compromisă de o varietate de factori umani, de la lipsă de vigilență la ignoranță. Însă, o echipă de cercetători din Queensland, Australia,„2021 Panama TR4 Epidemiological Review Biosecurity Queensland Date”, gov.au lucrează de aproape două decenii la o variantă de banană Cavendish rezistentă la TR4. Aceasta încorporează o genă izolată de la o specie de banane sălbatice care oferă o protecție de între 70 și 100% împotriva bolii.

Problema este, din nou, că bananele modificate ar pica sub definiția OMG-urilor, venind cu toate probleme de reglementări și de imagine publică asociate. Cercetătorii australieni, dar și compania britanică Tropic Biosciences, lucrează în prezent la soluții pentru a implementa rezistența la TR4 în bananele Cavendish prin CRISPR;„CRISPR might be the banana’s only hope against a deadly fungus”, nature.com astfel de soluții mai au, însă, cel puțin câțiva ani de dezvoltare și teste până bananele ar putea primi aprobarea pentru comercializare.

Fructe și legume prea atractive ca să le arunci?

Chiar și cu culturi productive și rezistente la stres termic și boli, rămâne problema risipei alimentare, estimată de Banca Mondială la aproape o treime din totalul producției globale de alimente.„Global Food Loss and Waste”, worldbank.org Sunt căutate multe soluții în acest sens, de la eficientizarea lanțurilor de distribuție și producție la educarea consumatorilor. O soluție ar fi „înfrumusețarea” fructelor și legumelor din comerț.

De exemplu, compania americană Simplot plănuiește să folosească o tehnică numită RNAi silencingNumită și RNA interference, este o metodă prin care genele sunt dezactivate de către ARN ne-codant, precum micro-ARN-ul, wikipedia.org pentru a limita enzima responsabilă pentru petele de suprafață și schimbările de culoare ale cartofilor. Sună superficial, însă cantități deloc reduse de fructe sau legume perfect sănătoase sau bune de consum sunt aruncate de către consumatori sau rămân pe rafturile magazinelor până se strică din cauza petelor.„Farms aren’t tossing perfectly good produce. You are.”, washingtonpost.org Metoda previne expresia genelor responsabile prin degradarea ARN-ului asociat acestora. Cartofii modificați ar urma să ajungă la consumatori începând cu anul viitor.

Pe aceeași idee, dar de data aceasta folosind CRISPR,„Can gene editing reduce postharvest waste and loss of fruit, vegetables, and ornamentals?”, nature.com o echipă de cercetări americano-chiliană a observat că sporirea producției pigmenților de antocianină în tomate și alte tipuri de fructe le poate oferi culori mult mai vibrante și mai atractive pentru consumatori.

Genetica tot va ajuta cumva

Rămâne de văzut dacă astfel de proiecte vor reuși să schimbe parametrii dezbateri despre editarea genetică în agricultură, însă semnele timpurii par să fie de partea susținătorilor: Comisia Europeană a lansat anul trecut un proces de recenzie al reglementărilor în materia OMG-urilor, cu scopul de a trata diferit culturile editate genetic, pe care le numește „tehnici genomice noi”.„EU calls for rethink of GMO rules for gene-edited crops”, reuters.com

O relaxare a sentimentului anti-modificare genetică este oarecum de așteptat, mai ales în contextul în care genetica avansează cu pași repezi – în 2018, de exemplu, s-a reușit secvențierea genomului grâului,Sequencing of Wheat Genome Could Lead to a Breadier Future, smithsonianmagazine.org un succes care ar putea ajunge să fie privit pe viitor ca o parte importantă a unei noi revoluții agricole.



Text de

Ionuț Preda

Redactor cu câțiva ani de experiență în presa centrală. Este curios despre aplicarea tehnologiilor SF în lumea reală și evoluția ideilor de-a lungul istoriei.

TEHNOLOGIE|OVERVIEW

Tehnologiile noi de la Cupa Mondială nu spală încălcările drepturilor omului din Qatar

De
Tehnologiile noi propuse de cel mai atipic Campionat Mondial de Fotbal din istorie sunt umbrite de faptul că acesta este organizat de un stat autoritar
TEHNOLOGIE|OVERVIEW

Concedieri, parodii, procese: Twitter cu Musk

De
Musk a preluat Twitter la finalul lui octombrie, iar de atunci a concediat mai bine de 50% dintre angajați. Rețeaua de socializare este instabilă, iar o parte semnificativă dintre companii și-au oprit reclamele pe site.
ȘTIINȚĂ|RO-CERCETARE

Cercetătorii întreabă: filmele socialiste voiau succes la box office?

De
O retrospectivă a studiilor românești din luna octombrie: de la cinema la semne de cutremur și de la berze la ciuperci.
ȘTIINȚĂ|SCIENCE OF SPORT

Ce spun studiile despre roxadustat, substanța cu care s-ar fi dopat Simona Halep

De
Fosta lideră WTA este acuzată de dopaj cu roxadustat, o substanță controversată care acționează precum eritropoietina, dar se ia pe cale orală