Kako GMO-i mogu spasiti civilizaciju (a vjerojatno već imaju)

Dr. Michael Eisen, doktor gosta, profesor molekularne i stanične biologije na UC Berkeley

Duga povijest genetske promjene

Ljudi su prije počeli tisućama godina prikupljati i uzgajati jestivo zrno, voće i korijenje i divljačke životinje dobivaju meso, mlijeko i materijalna dobra. Od tada oblikujemo ove biljke i životinje kako bismo zadovoljili naše potrebe i želje. Usporedite kukuruz s njegovim pretkom, teosinte, stoku s aurohima iz kojih su izvedeni - ili bilo kojom drugom kulturom i stokom na koju se oslanjamo njihovim divljim rođacima - i pronaći ćete izvanrednu priču o ljudskoj poljoprivredi i transformativnoj snazi ​​umjetnih izbor.

Uspjeh koji su imali naši preci u stvaranju moderne kornukopije pripitomljenih biljaka i životinja još je ljepši po njihovom gotovo potpunom nerazumijevanju odakle dolaze nove osobine ili kako one prelaze s jedne generacije na drugu. Nisu znali da svaka osobina kojoj su favorizovani dolazi putem jedne ili više slučajnih promjena - mutacija - u genetičkom kodu vrste, prenosi se s roditelja na potomstvo u obliku DNK.

Nevidljivi za poljoprivrednike, stočare, pekare i pivare čiji su postupci dramatično promijenili način na koji domaće biljke i životinje izgledaju, ukusu, rastu i ponašaju se, tisuće godina umjetne selekcije dovele su do još zapanjujuće transformacije u genetskom sastavu tih vrsta. Do milijuna pojedinačnih promjena u slovima genetskog koda - zajedno s dobitcima, gubicima, umnožavanjem i reorganizacijom pojedinih gena, a ponekad i velikim promjenama u strukturama čitavih kromosoma - sada razdvajamo pripitomljene usjeve i stoku na koju se oslonimo u hranu od svojih predaka. Ljudska intervencija toliko je izmijenila tijek evolucije da biolozi smatraju da su mnogi pripitomljeni organizmi potpuno nova vrsta našeg vlastitog stvaranja.

Dakle, koliko je ljudska povijest povijest poljoprivrede, to je i povijest genetske modifikacije biljaka, životinja i mikroba - što je čovječanstvu omogućilo da prebrodi bezbroj prepreka s kojima se suočavao tisućljećima. Sigurno je reći da bez sistemske genetske modifikacije usjeva i stoke civilizacija ne bi postojala.

Čovječanstvo se sada suočava s novim i zastrašujućim nizom izazova, a poljoprivreda je opet u središtu. Moramo hraniti rastuću populaciju, ali poljoprivrednici i njihovi usjevi teško se prilagođavaju toplijim temperaturama i promijenjenim vremenskim obrascima. A stoka, stup našeg prehrambenog sustava tisućljećima, glavni su krivci za klimatske promjene, nestašicu vode, gubitak biološke raznolikosti i masovnu degradaciju i uništavanje šuma i drugih ekosustava - što nas prisiljava na brzi prijelaz na prehranu koja je pretežno biljna.

Da bismo odgovorili na ove izazove, moramo upotrijebiti sve tehnološke alate kojima raspolažemo. To uključuje naše znatno poboljšano razumijevanje mehanizama nasljednosti i molekularne osnove osobina koje nas zanimaju, i snažne nove alate koji nam omogućuju izmjenu DNK u svrhu stvaranja specifičnih vrijednih osobina, umjesto da čekamo da ih nasumično isporuči. vjetrovi mutacije.

Ali proces genetske modifikacije, središnji za napredak u poljoprivredi kroz povijest, postao je kontroverzan. Kao genetičar koji svakodnevno koristi moderne alate za modificiranje DNK u svom istraživanju i koji podučava o tim metodama i problemima koji ih okružuju, brinem se da će pogrešan strah od njihove upotrebe u poljoprivredi ometati naše napore u rješavanju klimatskih promjena, hrane nesigurnost i propadanje našeg prirodnog okoliša.

Od nasumične do kontrolirane genetske modifikacije

Stvaranje novih genoma namjernim selektivnim uzgojem drevno je ljudsko nastojanje, ali nedavni napredak u molekularnoj biologiji učinio je postupak preciznijim, fokusiranim, predvidljivijim, učinkovitijim i sigurnijim.

Prvo, više se ne moramo oslanjati na slučajne mutacije (proizvod pogrešaka koje nastaju prilikom kopiranja i prijenosa genetskog materijala između generacija) kao izvora korisnih novih osobina. Umjesto toga, možemo genome uređivati ​​na isti način na koji upotrebljavate obrađivač teksta, uklapajući DNK jedno slovo u drugo ili režući, kopirajući i lijepljenje unutar ili između vrsta više ili manje po volji.

Drugo, s našim sve boljim razumijevanjem genetske osnove za važne osobine biljaka i životinja i snažnim alatima za razumijevanje posljedica promjena na molekularnoj i fiziološkoj razini, zapravo možemo biti mnogo konzervativniji i precizniji s modifikacijama koje predstaviti.

Kritičari genetskog inženjeringa prikazuju suvremene poljoprivredne znanstvenike kako se igraju Bogom u prirodi na opasne načine s nepoznatim posljedicama. Ali u stvarnosti, razina kontrole ovih novih alata pokazuje nam da su naši preci igrali nepredvidivu igru ​​genetske rulete. Svaki put kad su farmeri i uzgajivači ranije uzgajali biljku ili životinju iz pripitomljenih stada ili ih križali s divljim sortama, stvorili su genom potpuno nov na planeti. Ovi nasumično stvoreni GMO-i razlikovali su se od onih koji su im prethodili na daleko veće i posljedice daleko manje predvidljive od onih koje je stvorio moderni, namjerni genetski inženjering. Zatim su rezultate ovih nekontroliranih genetskih eksperimenata uveli u opskrbu hranom, slijepi za posljedice i bez nadzora.

Suprotno tome, današnji genetski modificirani organizmi su nevjerojatno skromni. Uključuju manje, pažljivije razmotrene, kontrolirane i konzervativne promjene na DNK nego ikad prije u ljudskoj povijesti.

To ne znači da je postupak savršen.

Imamo nepotpuno razumijevanje biologije, pa čak i namjerne, precizne promjene mogu imati nenamjerene posljedice ili, što je češće, jednostavno ne daju željene pozitivne učinke. No, s obzirom na goruću potrebu za nastavkom poboljšanja prehrambenih vrsta, potrebno je hraniti deset milijardi ljudi - istovremeno minimizirajući utjecaj poljoprivrede na našu klimu - potpuno iskoristiti prednosti našeg modernog repertoara genetskih tehnika nije ništa drugo. Ono što nije važno nije kako stvaramo organizme s novim genima, već ono što stvaramo i kako će to imati koristi od čovječanstva.

Inženjerski mikrobi u medicini i hrani

Iako je moderna genetska modifikacija za industrijsku (za razliku od istraživačke) upotrebe najpoznatija u zasadima biljaka, ona je započela kod mikroba gdje je gotovo odmah dala transformativne, životno važne doprinose u medicini.

Tri milijuna Amerikanaca ima dijabetes tipa 1, bolest u kojoj njihova tijela prestaju stvarati esencijalni hormon inzulin. Dijabetes tipa 1 bio je koban do ranih 1900-ih, kada su kanadski istraživači pokazali da se može upravljati svakodnevnim ubrizgavanjem inzulina pročišćenog od svinja. Iako je ljude održavao u životu, svinjski inzulin nije bila savršena zamjena za njegov ljudski kolega i često je doveo do imunoloških reakcija.

U kasnim 1970-ima, istraživači u malom kalifornijskom startupu biotehnologije uspjeli su konstruirati soj bakterije E. coli koja je nosila ljudski gen za inzulin, što im je omogućilo da ga proizvode za injekciju dijabetičari. Ovaj rekombinantni humani inzulin sigurniji je, pouzdaniji i učinkovitiji od svinjskog inzulina, a imao je ogroman pozitivan utjecaj na živote preko 100 000 djece i adolescenata kojima je dijagnosticiran dijabetes tipa 1 svake godine. Deseci lijekova i cjepiva koji spašavaju život - koji se koriste za sprečavanje ili liječenje srčanih udara, raka, artritisa i ozbiljnih infekcija - sada se proizvode genetski modificiranim bakterijama i kvascima.

Isti se postupak sve više koristi za proizvodnju proteina koji se koriste u hrani. Najistaknutiji primjer je kimozin, enzim koji se koristi za skuvanje mlijeka za proizvodnju sira. Kimozin se nalazi u želucima sisavaca, gdje njegovo djelovanje olakšava ekstrakciju hranjivih tvari iz mlijeka njihovih majki. Sirnjaci su tradicionalno dobivali himozin u sirištu, pripravak prokuhanog mlijeka uzet iz stomaka zaklane teladi. No, rastuća potražnja za sirom stvorila je potrebu za sigurnijom, dosljednijom i isplativijom zamjenom sirila.

Prije više od 25 godina, nadahnuti uspjehom rekombinantnog inzulina, znanstvenici u Europi uveli su gen koji kodira goveđi kimozin u stanice kvasca, što omogućava kvascu da proizvodi kimozin koji se može ekstrahirati i pročistiti za upotrebu u siru. Kemozin proizveden fermentacijom (FPC) bio je prvi rekombinantni protein koji je američka Uprava za hranu i lijekove odobrila za upotrebu u hrani. Danas otprilike 50% sira proizvedenog diljem svijeta proizvodi se FPC-om, a umjesto bjelančevinama izvađenim iz želučanih stomaka i svijet im je bolji.

Od sira do mesa

Prije nekoliko godina Impossible Foods, tvrtka koju savjetujem od svog pokretanja, suočila se sa sličnim izazovom. Nemoguća hrana osnovana je radi suzbijanja klimatskih promjena eliminiranjem potrebe za poljoprivredom životinja, ekološki destruktivnom ljudskom aktivnošću i glavnim izvorom stakleničkih plinova koji pokreću globalno zagrijavanje. Njihova misija je zamjena životinja kao prehrambene tehnologije identificiranjem sastojaka iz biljaka koji se mogu upotrijebiti za rekreiranje složenih tekstura, okusa i izgleda mesa, ribe, mliječnih proizvoda, jaja i druge hrane koju tradicionalno dobivamo od životinja.

Njihov prvi proizvod, Nemogući burger, proizvodi se gotovo u cijelosti od običnih kultura: pšenice, kukuruza, soje, kokosa i krumpira. Ali ključni sastojak, heme, molekula koja mesu daje krvavi okus kada je sirova i stvara intenzivne, mesnate okuse i arome kada se kuha, nije tako lako dobiti. Glavni izvor hema u mesu je proteinski mioglobin. Ispada da soja proizvodi funkcionalno identičan protein poznat kao leghemoglobin. Nažalost, to se stvara u korijenu, a iskopati korijen soje teško je, skupo i užasno za tlo.

Stoga su znanstvenici iz Impossible Food-a napravili vrstu kvasca za proizvodnju legure hemoglobina od soje. Kao i kod kimozina, i ovaj kvasac uzgaja u fermentorima poput onih koje biste pronašli u pivnici, ali umjesto da pivo dobiju puno leghemoglobina, mogu ga napraviti po cijeni koja im omogućuje prodaju burgera po konkurentnoj cijeni.

Ako ne volite genetski inženjering, možete tvrditi da nam ne trebaju mesa na biljnoj bazi. Ljudi mogu (i mnogi mogu) voditi savršeno zdrave i sretne živote jedući drugu biljnu hranu. Međutim, meso je - u mnogim oblicima - sastavni dio globalne prehrane, pa čak i dok ljudi shvaćaju utjecaj mesa na okoliš, globalna potrošnja i dalje raste, a ne opada.

Davanjem alternativa životinjskom mesu proizvedenim od biljaka, a koje su jednako privlačne potrošačima, dramatično bi se usporilo globalno zagrijavanje i umanjili drugi negativni utjecaji na uzgoj životinja na okoliš. Ali da biste to učinili, trebate puno heme; a da biste dobili heme, potreban vam je genetski inženjering.

Budući da nemogući hamburgeri napravljeni s leghemoglobinom stvaraju 87% manje stakleničkih plinova, zahtijevaju 95% manje zemlje i koriste 75% manje vode za proizvodnju od hamburgera od krava, bilo bi krajnje neodgovorno prema planeti i njenim ljudima da ne krenu tim putem.

Genetski inženjering za zdrav planet

Iako vjerujem da je većina strahova od postojećih GMO-a izgubljena, razumijem da ljudi imaju pitanja i nedoumice u vezi s GMO-om. Novi alati koji postupak čine učinkovitijim i preciznijim čine ga još snažnijim. Čak i kod znanstvenika poput mene koji manipuliraju DNK svakodnevno, postoji nešto što nadahnjuje u našoj sposobnosti inženjerskog života.

Ljudi imaju dugu povijest iskorištavanja mogućnosti pruženih novim moćnim tehnologijama za poboljšanje našeg života, ali neke su ih koristile i neodgovorno. U svijetu kojim vlada potraga za profitom, previše je primjera ljudi koji koriste tehnologije kako bi se obogatili na štetu zdravlja i sigurnosti ljudi i planeta. Znanstvenici ne mogu bezdušno reći: "Ne brinite. Vjeruj nam."

Postoje rizici povezani s korištenjem ili zlouporabom bilo koje tehnologije i genetskog inženjeringa nisu iznimka. No, usprkos egzistencijalnim prijetnjama klimatskih promjena, uništavanju našeg prirodnog svijeta i sve većoj nesigurnosti u hrani i prehrani, rizici bezrazložnog odbacivanja napretka u modernoj biotehnologiji daleko su daleko veći.

Moramo zaslužiti povjerenje šire javnosti da to djeluje. Započinje s transparentnošću - objašnjavanjem što točno radimo i zašto. To zahtijeva posvećenost svakog znanstvenika i organizacije koja koristi biotehnologiju da se upitamo da li koristimo pravi pristup. A to zahtijeva obrazovanje, slušanje kritičara i druženje s njim.

Prije šest godina pristao sam služiti kao znanstveni savjetnik Impossible Foods jer vjerujem u njihovu misiju. Inovacija načina na koji uzgajamo i proizvodimo hranu jedan je od najboljih načina kako znanstvenici mogu riješiti izazove sa kojima smo danas suočeni. Nemoguća hrana je model kako se biotehnologija može odgovorno koristiti u korist planete i njenih ljudi.

Provjerite lokacije koje poslužuju Nemogući Burger i naša često postavljana pitanja za više informacija. Još pitanja? Kontaktirajte nas na hello@impossiblefoods.com.

Dr. Michael Eisen profesor je molekularne i stanične biologije na Sveučilištu Berkeley, istražitelj Medicinskog instituta Howard Hughes i suosnivač Public Library of Science. Savjetnik je Impossible Foodsa i dioničar je u tvrtki. Ima B.S. iz matematike i dr. sc. iz biofizike, oboje sa Sveučilišta Harvard. Bio je postdoktorski suradnik od 1996. do 2000. godine u laboratoriju na Sveučilištu Stanford u Patricku O. Brownu, izvršnom direktoru i osnivaču Impossible Foods. Od 2000. godine, dr. Eisen je na fakultetu UC Berkeley, gdje predaje genetiku i vodi istraživački laboratorij koji proučava kako životinjski genomi kodiraju prostorne obrasce ekspresije gena tijekom razvoja.