Planten van de 21ste eeuw

1
Planten
van
de
21ste
eeuw.
Ethische
vragen
bij
nieuwe
veredelingstechnieken
J. Vanderleyden
1. Inleiding
Wat de natuur de mens aanbiedt, wordt door de mens aangewend om in zijn eigen
onderhoud te voorzien. Gaandeweg heeft de mens via technische ingrepen zijn
eigen stempel op de natuur weten te drukken. Veredeling van planten is daarvan
een sprekend voorbeeld. Alle gewassen die vandaag voor onze voeding gebruikt
worden, waar ook ter wereld, zijn het resultaat van eeuwenlange veredeling (kruisen
van verschillende ouders).
Een noodzakelijke vereiste hiervoor is variabiliteit, het bestaan van verschillende
variëteiten van een bepaald gewas. Het ontstaan van variabiliteit / diversiteit is een
essentieel gegeven in de evolutie. Veredelaars ervaarden bij het kruisen echter snel
het bestaan van soortbarrières. Tarwevariëteiten kunnen onderling gekruist worden
maar niet met maïsvariëteiten.
Moleculaire veredeling van gewassen, in
tegenstelling tot de klassieke veredeling, laat toe deze soortbarrière te doorbreken.
Moleculaire veredeling is de toepassing van fundamentele kennis betreffende
erfelijkheid, gradueel opgebouwd sinds de experimenten van Mendel (eind 19de
eeuw), en in een versneld tempo ontwikkeld door het ontrafelen van de structuur van
het erfelijk materiaal, het DNA, door Watson en Crick (midden 20ste eeuw). De
nauwere banden tussen biologie (organismen, cellen) en chemie (moleculen)
mondden uit in een nieuwe discipline, de moleculaire biologie. Biologie gekoppeld
aan technologie, de biotechnologie, werd anderzijds verfijnd tot moleculaire
biotechnologie door de ontwikkeling van nieuwe technieken, specifiek voor
biomoleculen.
Vanzelfsprekend leidde dit tot nieuwe toepassingen, zijnde de
ontwikkeling van recombinant organismen (genetisch gewijzigde organismen,
transgene planten en dieren), wanneer toegepast op het erfelijk materiaal van cellen,
het DNA.
2
2. Cellen en moleculen
Alle levende organismen zijn opgebouwd uit cellen, de functionele eenheden van
leven. Een volwassen mens bestaat uit ongeveer 1014 cellen. Alhoewel er zeer veel
verschillende levensvormen en cellen voorkomen, vertonen alle cellen op moleculair
niveau een opvallende overeenkomst, met name wat betreft de macromoleculen.
Alle cellen bevatten 4 onderscheiden macromoleculen, met name nucleïnezuren
(DNA en RNA), eiwitten (ook proteïnen genoemd), lipiden en polysachariden. De
proteïnen zijn de werktuigen van een cel: ze katalyseren (enzymen) de chemische
reacties van cellen (metabolisme), ze zorgen voor communicatie met de omgeving
en tussen cellen onderling, ze zorgen voor de vermenigvuldiging van cellen
(celdeling).
Levercellen verschillen van spiercellen (bestaan van verschillende
celtypes binnen éénzelfdemulticellulair organisme) omdat ze verschillende eiwitten
(werktuigen) bevatten (kwalitatieve en kwantitatieve verschillen).
Elke cel
synthetiseert eiwitten op basis van de genetische informatie, het DNA, dat een cel
bevat, m.a.w. het DNA codeert de eiwitten. Dit is het universeel principe van alle
levende materie, het genetische dogma.
In principe bevat iedere cel van een
gegeven individu (plant, dier, mens) hetzelfde DNA.
Nochtans komen in een
multicellulair organisme verschillende celtypes voor, m.a.w. de genetische
informatie van een cel wordt slechts gedeeltelijk en selectief vertaald in eiwitten, en
dit verschillend voor ieder celtype. Bij iedere celdeling wordt echter de volledige
genetische informatie doorgegeven aan de dochtercellen.
Elke wijziging in
genetische informatie van een cel wordt doorgegeven aan dochtercellen. Elke
wijziging in het genetisch materiaal van een voortplantingscel wordt in principe
doorgegeven aan de nakomelingen.
Iedere soort (species) beschikt over unieke genetische informatie. Functioneel is
deze informatie opgedeeld in genen. Een bacterie bevat ongeveer 3000 genen, een
menselijke cel bevat ongeveer 30.000 genen, verdeeld over verschillende
chromosomen (23 paar chromosomen voor de mens). Een gen bevat de informatie
voor de aanmaak van een gegeven eiwit (niet alle genen coderen voor eiwitten).
Deze informatie zit bevat in de opeenvolging van de bouwstenen (de nucleotiden)
van het DNA. De aard van de bouwstenen en de chemische binding tussen de
nucleotiden onderling zijn universeel voor alle nucleïnezuren (DNA en RNA). Als
3
chemische moleculen zijn nucleïnezuren, net zoals eiwitten, dus identiek in alle
levende organismen. Als informatiedragende moleculen zijn nucleïnezuren uniek
voor ieder individu of klonen van één individu.
3. Recombinant DNA technologie
Met de ontdekking van de (universele) structuur van DNA en de zuivering (uit
cellen) van enzymen (eiwitten) die DNA of de bouwstenen ervan als substraat
gebruiken, werd het mogelijk een aantal basisbewerkingen op DNA uit te voeren in
een proefbuis, zoals knippen (restrictie endonucleasen), plakken (ligasen) en
synthese van DNA (DNA polymerase). Recombinant DNA technologie integreert
verschillende van deze basisbewerkingen en laat toe nieuwe combinaties van DNA
te maken, ongeacht de herkomst. Wanneer deze nieuwe combinaties opnieuw in een
cel gebracht worden, ontstaat de mogelijkheid dat deze cel één of meerdere eiwitten
aanmaakt, die voorheen in deze cel nooit aanwezig waren. Deze technologie laat
niet enkel toe heel gericht een vreemd eiwit in een cel tot expressie te brengen, maar
laat toe genetisch materiaal tussen soorten uit te wisselen. Het resultaat hiervan is
de creatie van recombinant DNA organismen. De termen transgene organismen en
genetisch gewijzigde organismen zijn hiervoor synoniemen en verwijzen naar
organismen waarvan de genetische informatie op zodanige manier gewijzigd is dat
ze niet kan ontstaan zijn zonder menselijke tussenkomst.
4. Klassieke veredeling van planten
Alle landbouwproducten zijn het resultaat van intensieve veredelingsprogramma’s.
Bij de klassieke veredeling worden via kruising en selectie goede eigenschappen
van twee of meerdere variëteiten verenigd in een nieuwe variëteit. In principe wordt
hierbij de helft van het erfelijk materiaal van de ene ouderplant vermengd met de
helft van het DNA van de andere ouderplant. Zo ontstaan nakomelingen met een
unieke mengeling van nieuwe kenmerken en bestaande eigenschappen van de
ouderplanten. In de praktijk wil de veredelaar echter een variëteit die meer dan 99 %
van het genetisch materiaal van één ouderplant bevat – omdat deze bijvoorbeeld
reeds mooie en grote vruchten voortbrengt – en slechts 1 % of minder van het
genetisch materiaal van de tweede ouderplant omdat deze één of een beperkt aantal
eigenschappen – bijvoorbeeld resistentie tegen een bepaalde ziekte – toevoegt aan
4
de nieuwe variëteit. Dit wordt gerealiseerd door herhaalde terugkruisingen van
nakomelingen met de eerste ouderplant, een intensief en langdurig proces, waarbij
jarenlange ervaring van de teler vereist is.
5. Moleculaire veredeling van planten: transgene planten van de eerste generatie
Bij moleculaire veredeling wordt het DNA dat de gewenste eigenschap draagt, dit is
een gen, vooraf geïsoleerd uit om het even welk organisme, en na al dan niet
voorafgaande wijziging, rechtstreeks ingebracht in het genetische materiaal van de
variëteit die men wenst te verbeteren. In vergelijking met de klassieke veredeling is
men voor de herkomst van de nieuwe eigenschap dus niet beperkt tot de soort. Bij
planten werd de recombinant DNA technologie voor het eerst toegepast voor de
ontwikkeling van herbicide tolerante of insect resistente gewassen.
Herbicide
tolerante gewassen zijn planten die bestand zijn tegen bepaalde onkruidverdelgers.
Insect resistente gewassen maken stoffen aan die giftig zijn voor sommige insecten
maar onschadelijk voor andere organismen.
resistentie
zijn
(monogenetisch).
eigenschappen
die
elk
Herbicide tolerantie en insect
bepaald
worden
door
één
gen
Dit maakt de constructie van de overeenkomstige gewassen
relatief éénvoudig. In beide gevallen werd het gen voor de nieuwe eigenschap
geïsoleerd uit bacteriën.
Een andere voorbeeld van deze eerste generatie van
transgene planten zijn tomatenplanten waarvan de vruchten minder snel rijp worden.
De kleur en aroma’s kunnen zich ten volle ontwikkelen nog voor de pluk, zonder de
natuurlijk gepaard gaande afbraak van de stevigheid van de vrucht. Ook in dit geval
gaat het om een monogenetisch kenmerk. De voordelen van deze transgene planten
liggen voornamelijk bij de producent. De belangrijkste transgene gewassen die
vandaag geteeld worden zijn soja, maïs, katoen en koolzaad. In de VS en Canada
was in 1999 nagenoeg 50 % van de totale oppervlakte voor soja ingenomen door
herbicide tolerante soja, resultaat van moleculaire veredeling. Voornamelijk de VS,
Argentinië en Canada hebben het voortouw genomen in de productie van transgene
teelten. Europa heeft een eerder afwachtende houding aangenomen. Bepaalde
transgene gewassen (soja, maïs en koolzaad) zijn toegelaten op de markt (invoer)
maar worden niet geteeld in Europa.
5
6. Risico’s verbonden aan transgene planten
Reeds vrij vroeg tijdens de ontwikkeling van de recombinant DNA technologie
wezen verschillende organisaties op de mogelijke gevaren van deze techniek. Het
niet respecteren van de natuurlijke soortbarrière bij het uitwisselen van erfelijk
materiaal tussen verschillende soorten werd en wordt afgedaan als tegennatuurlijk.
Er werd en wordt gewezen op het risico van ongecontroleerde verspreiding van
genen in de natuur, onkruiden die zelf resistent zouden worden tegen herbiciden,
insect resistente planten die onschadelijke insecten zouden uitroeien, of meer
algemeen, op zich onschadelijke eiwitten (genproducten) tot expressie gebracht in
andere cellen dan deze waarin ze van nature voorkomen zouden giftig kunnen zijn
voor mens of dier. Wetenschappers hebben moeite noch tijd gespaard om risico’s in
dit verband te meten en in kaart te brengen. Toch blijven twee niet onbelangrijke
aspecten de maatschappij beroeren. Risicoanalyse is niet louter een objectief
gegeven, aangezien perceptie van een risico een belangrijke factor is. Ten tweede is
het technisch moeilijk om lange termijn effecten te bestuderen. De enige manier is
via extrapolatie in de tijd, maar dit brengt ongekende factoren met zich mee. Als
algemeen principe wordt aanvaard dat transgene planten alvorens op de markt te
komen, geval per geval moeten getest worden. Belangrijk uiteraard is dat het
draaiboek voor testen moet voorhanden zijn. De weerstand tegen transgene planten
bij de bevolking is zeker niet afgenomen, zelfs in tegendeel. Discussies omtrent
voor- en nadelen van transgene gewassen, het afwegen van risico en nut, worden
reeds lang niet meer op rationele basis maar steeds meer op emotionele basis
gevoerd. Dit heeft zeker te maken, alleszins in Europa, met recente problemen rond
de veiligheid en kwaliteit van onze voeding zoals de gekke koeienziekte (BSE) en
dioxine. De consument stelt zich, gezien deze problemen, terecht vragen over de
veiligheid van zijn voedsel. De transgene gewassen die vandaag op de markt zijn,
leveren geen voordeel voor de consument. De consument wenst bijgevolg geen
bijkomend risico, hoe klein ook, te aanvaarden.
7. Verdere ontwikkelingen
De transgene planten die de markt vandaag aanbiedt, zijn ongetwijfeld slechts een
voorbode van de nieuwe tweede generatie van transgene planten die vandaag door
onderzoekers worden ontwikkeld.
6
De recombinant DNA technologie, zoals hoger geschetst, heeft in de eerste plaats
een revolutie teweeggebracht in de snelheid waarmee biologische processen
ontrafeld kunnen worden, en dit tot in de kleinste details. Een technologie die
toelaat om de totale genetische informatie van een organisme te ontrafelen (de
zogenaamde genoomsequeneringsprojecten) heeft uiteraard verstrekkende gevolgen
in het leren begrijpen van het leven zelf. Voor tal van eigenschappen die een
potentieel voordeel opleveren wanneer toegevoegd aan de huidige gewassen, kennen
we vandaag de overeenkomstige genetische informatie. Met de snelle otwikkeling
van genoomprojecten, zowel van microorganismen, planten, dieren en mens zullen
we beschikken over een gigantisch arsenaal aan kenmerken (genen). In principe kan
elk kenmerk, van welke oorsprong ook, toegevoegd worden aan elk bestaand
organisme. Anderzijds evolueert de technologie op zich razendsnel, zodanig dat het
mogelijk is meerdere nieuwe genen tegelijkertijd in te bouwen in het genetisch
materiaal van planten. De genetische architectuur van cellen zal m.a.w. in de nabije
toekomst nog veel gerichter en nog drastischer kunnen aangepast worden aan
specifieke behoeften. De droogte of koude resistentie van gewassen kan verhoogd
worden, de voedingswaarde van gewassen kan verbeterd worden, de industriële
verwerking van landbouwproducten kan vergemakkelijkt worden. Voor elk van
deze scenario’s is de uitvoering momenteel in volle ontwikkeling. Daarenboven laat
de verfijning van de technologie toe mogelijke risicoscenario’s verder in te perken.
Transgene planten van de tweede generatie kunnen duidelijk voordeel opleveren
voor producent en consument.
Het is niet onrealistisch te veronderstellen dat
hierdoor de houding van de consument zal wijzigen, aangezien de balans tussen
risico en nut de andere kant kan uitslaan.
8. Vraag en nood aan duidelijke reglementering
De introductie van de eerste generatie van transgene planten is ontegensprekelijk
verre van optimaal verlopen.
Reglementering ter zake liep de feiten achterna.
Zowel de producent als de consument is vragende partij voor een transparante
wetgeving. Europa heeft hierbij zeker niet het goede voorbeeld gegeven. De
consument heeft recht op correcte en tijdige informatie. De producent daarenboven
heeft, in een vrije markteconomie, het recht zijn producten te beschermen via
intellectuele eigendomsrechten. Wetenschappers en wetgever moeten streven naar
7
een betere dialoog, agro-industrie en consumentenorganisaties moeten ruimer
overleg plegen,
nieuwe
maatschappelijke visie.
ontwikkelingen
moeten
gepaard
gaan
met
een
Hoe dan ook is de toepassing van de moleculaire
biotechnologie in de land- en tuinbouw een verdere stap in de ontwikkeling van de
maatschappij die in wezen technisch is geworden.
9. Ethische slotbeschouwingen
De problematiek van transgene gewassen kan niet los gezien worden van andere
ontwikkelingen die onze maatschappij kenmerken. Reeds lang wordt gepleit voor
een duurzaam beleid. Een duurzaam beleid kenmerkt zich door een lange termijn
visie waarbij de mens zorgzaam omspringt met de natuurlijke grondstoffen,
rekening houdend met de dwingende nood en verplichting om voldoende voedsel te
produceren
voor
ontwikkelingen
de
toenemende
dienen
tegen dit
wereldbevolking.
kader
geprojecteerd
Alle
technologische
te worden.
De
overeenkomstige voor- en nadelen dienen grondig afgewogen te worden. Valt de
ontwikkeling en het gebruik van insecticiden, vaak eveneens giftig voor hogere
diersoorten en de mens, te verkiezen boven de ontwikkeling van planten die zelf hun
milieu-vriendelijke insecticiden produceren? Is het een goed idee bepaalde teelten
te introduceren in streken die per definitie weinig geschikt zijn voor een bepaald
gewas, zelfs al kan men via recombinant DNA technologie dat gewas zodanig
aanpassen dat het kan geteeld worden op nieuwe locaties, terwijl de niet transgene
planten goed geteeld kunnen worden in andere streken?
Ten koste van welke
investeringen? Ten koste van welke socio-economische veranderingen?