2018. január–február: jegyzet, orvostudomány, portré, lézer, innováció, tudomány, atomenergia, energiagazdálkodás, startup, agrárium, zöldkörnyezet, genomika, fenntarthatóság, kiállítás/konferencia, robotika, it
2018. február 6.

Szerző:
Paulik Katalin

Még nyitott kérdés a génszerkesztés

Hogyan fogja az Európai Unió szabályozni a genomszerkesztéssel előállított élő szer­vezeteket? Miért fontos különbséget tenni az idegen gén beépítése (GMO – az angol Genetically Modified Organism kifejezés rövidítése) és a génszerkesztés között? Dudits Dénes genetikus-agrármérnök szerint új innovációs lehetőségeket jelentene a mezőgazdaságban, ha a genomszerkesztés termékeit nem tekintenék GMO-nak. Az akadémikus úgy gondolja, a genomszerkesztési technológiák beépülnek a versenyképes nemesítés folyamatába, ami segítheti a hazai fajta-előállítás sikerességét.


A génszerkesztéssel tervezetten változtatható a növények és az állatok genetikai anyaga. Ha az ily módon előállított termékeket nem tekintjük GMO-knak, egy új innovációs lehetőség nyílik meg a növénynemesítők előtt, mondta tavaly ősszel, a Magyar Tudomány Ünnepén tartott előadásában. Hogy szükség van a nemesítési módszerek fejlesztésére, nem kétséges, de miként fejlődtek, miben különböznek egymástól a hagyományos és az új molekuláris techniká­-kat alkalmazó módszerek?

− A hagyományos növénynemesítés, mint a szelekció, a keresztezés − bizonyos mértékben a mutációs nemesítés szintén idesorolható − olyan módszerek, amelyekkel csak véletlenszerűen lehet módosítani egy adott élőlény génösszetételét. A géntechnológia elindulásával teljesen új korszak kezdődött a nemesítésben, gének izolálásával és beépítésével, amelyek más fajból is származhatnak: például amikor baktérium eredetű gént építenek be a kukoricába vagy a búzába, akkor történik az úgynevezett genetikailag módosított élőlények, az elátkozott GMO-k előállítása. Míg a klasszikus nemesítési módszerek nem irányíthatók, a nemesítő nem tudja, hogy keresztezéskor a gének szintjén mi történik, és csak az utód felnevelését követően, a külső tulajdonságok alapján értékel­hető az eredmény, addig ennél sokkal precízebb módszert jelent a GM (genetikailag módosított – a szerk.) növények, állatok előállítása. Ugyan ebben az esetben is véletlenszerű a gén beépülésének a helye, az viszont tudható, hogy milyen fehérjét kódol és milyen tulajdonságot fog kialakítani. Itt is van tehát egy bizonytalansági tényező, de már lényeges az előrelépés a precizitás felé.

A klasszikus nemesítési módszerek nem irányíthatók, nem tudható, hogy keresztezéskor a gének szintjén mi történik, csak az utód felnevelését követően, a külső tulajdonságok alapján értékelhető az eredmény.
A géntechnológia nemesítési célú felhasználása, ami sokkal pontosabb, célzott beavatkozásokat tett lehetővé, új helyzetet teremtett, de mi a precíziós nemesítés és milyen innovációt jelent az agráriumban?

− Öt éve kezdődött egy különösen nagy jelentőségű felfedezés­sorozat, amely Nobel-díjra is érdemes tudományos eredményt hozott. Az úgynevezett genomszerkesztési módszerek alapjául egy régóta tanulmányozott mikrobiális fág-baktérium kölcsönhatás tanulmányozása szolgált. Az eljárás lényege, hogy a milliárdnyi nukleotid (DNS-építő elem) között kell megtalálni azt az egyet, amelyet ki szeretnénk cserélni. A genomszerkesztési módszerek révén vált lehetségessé a cél DNS-régió felismerése, és annak a nukleotidnak a cseréje, amelytől a növény vagy állat tulajdonságainak számunkra kedvező változását várjuk.

Még nem tisztázott, hogy az úgynevezett genomszerkesztésből származó termékek GMO-k vagy sem, és erre vonatkozó európai döntés még nincs. A genomszerkesztésből származó kevésbé barnuló gomba az USA-ban nem minősül GMO-nak.

A technológia folyamatosan fejlődik, egyre jobban sikerül figyelemmel kísérni és kiküszöbölni a nem tervezett hatásokat, azaz hogy a nem kívánt változás előforduljon. Lényeges előrelépést jelent a növénynemesítésben, hogy ezekkel a módszerekkel megvalósíthatóvá válik a célzott mutációk létrehozása idegen gén beépítése nélkül is.

Az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában a mi csoportunk is foglalkozik az új génszerkesztési módszerekkel a kukorica stressztűrésével összefüggésben. Kísérleteinkben rövid szintetikus DNS-molekulákat, úgynevezett oligonukleotidokat (ON) haszná­lunk a kiválasztott célgén megváltoztatására, és számítógépes programmal meghatározzuk, hogy milyen nukleotidok épüljenek be a szintézis során. Egy másik genomszerkesztési technológiát is használunk a kutatásainkhoz, a CRISPR/Cas9 rendszert: ebben az esetben egy RNS-molekula vezeti a Cas9 DNS-hasító nukleázt a célszekvenciához. Ez a legegyszerűbb, legolcsóbb és legelterjedtebb molekuláris biológiai módszer jelenleg, amely alkalmas arra, hogy előre meghatározott helyen mutációt hozzon létre a genomban. Mi növényekkel dolgozunk, de a genomszerkesztési eljárások az állat-biotechnológiában is rohamosan terjednek, és a leggyakrabban használt módszer az állatok esetében is a CRISPR/Cas9 rendszer. Precíziós nemesítéshez kapcsolódó genomszerkesztési technológiák fejlesztése folyik például kísérleti állatokban Gödöl­lőn, a Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ Biotechnoló­giai Kutatóközpontban, ahol Hiripi László munkatársaival a nyúl miosztatin mutációját hozta létre géncsendesítéssel. Régóta is­mert, hogy a miosztatin gén gátolja az izomnövekedést, de ha elhallgattatják, akkor nagyobb hústömegű állatok tenyészthetők. Magyarországon a kutatólaboratóriumokban alkalmazzák a különböző genomszerkesztési technológiákat, de hogy ebből mikor lesz a gazdaságban hasznosítható termék, azon lehet vitatkozni. A fő problémát az okozza, hogy még nem tisztázott: a génszerkesztésből származó termékek GMO-k vagy sem. Az Egyesült Államokban nem tekintik annak, erre vonatkozó európai döntés viszont még nincs.

„A CRISPR lehetővé tette genetikai változások végrehajtását az egyes élőlényekben, és azt is, hogy a változás folytatódjon az utódokban. Ez erkölcsi aggályokat vet fel, különösen az emberi embrió vagy a csíravonal-szerkesztés tekintetében, ami állandó változásokhoz vezethet a DNS-ben, és átadható a jövő generációinak. Aktívan részt vettem e kérdések meg­vitatásában. Tudósként úgy érzem, meg kell magyaráznunk, mit csinálunk, és miért tesszük, anélkül, hogy diktálni szeretnénk, hogyan kell ezeket a felfedezéseket és technológiákat használni. A nyilvánossággal folytatott beszélgetésekben való részvétel nagyon fontos, különösen most, amikor sok kérdés merül fel a tudományos ismeretekkel, a tények értékével és azzal kapcsolatban, hogyan használhatók a tudományos adatok ahhoz, hogy segítsék a kormányokat a szabályozásról és a finanszírozásról hozott döntéseikben.” (Forrás: A Chemical & Engineering News folyóirat 2017-es interjúja Jennifer Doudnával, a CRISPR/Cas9 társfelfedezőjével.)
Mi a különbség a génmódosítás és a precíziós nemesítés között?

− A legnagyobb különbség az, hogy amíg a GMO-k esetében funkcionális gént építenek be, addig a precíziós nemesítés során csupán egy vagy néhány nukleotidot cserélnek ki a kiválasztott gén DNS-ében, továbbá lehetséges még DNS-szakaszok kivágása, illetve beépítése is. Ezek a beavatkozások úgy is megvalósíthatók, hogy a termékek ne tartalmazzanak idegen fajból származó DNS-t. A génszerkesztést lényegében irányított mutagenezisnek tekinthetjük. Érdemes azt is figyelembe venni, hogy olyan szervezeteket eredményezhet, amelyek akár természetes, spontán mutációs események termékei is lehetnek, ezért komoly nehézséget jelent a kimutatásuk, mert szinte lehetetlen megkülönböztetni a mesterséges vagy a természetes okokból származó nukleotidváltozásokat. Ennek abból a szempontból van jelentősége, hogy a jelenleg iránymutató uniós definíció szerint a mutánsok, a poliploidok és a sejtfúzióból származó szervezetek nem számítanak GMO-nak. Ez a kér­dés azonban még nyitott. Az EU-szabályozás pedig késik, mert meg akarják várni az Európai Bíróság állásfoglalását, amelyet a francia Legfelsőbb Bíróság kezdeményezett. Úgy gondolom, hogy ez a bírósági állásfoglalás sokban befolyásolja majd a jövőben a génszerkesztéses technológia megítélését, besorolását Európában.

A génszerkesztés lényegében irányított mutagenezis, mely olyan szervezeteket eredményezhet, amelyek akár természetes, spontán mutációs események termékei is lehetnek, ezért komoly nehézséget jelent a kimutatásuk, mert szinte lehetetlen megkülönböztetni hogy természetes mutáció vagy laboratóriumi génszerkesztés eredményeként jött-e létre az új növény- vagy állatfajta.
Minden termesztett növény- vagy tenyésztett állatfajtánk génmódosított, mondta az előadásában. Hol a határ?

− Inkább azt lehet mondani, hogy akkor születik GMO a géntechnológiával történő génmódosítás során, ha saját vagy idegen gént építenek be. Mint az Európai Akadémiák Tudományos Tanácsadó Testülete (EASAC) állásfoglalásában javasolja, a genomszerkesztéssel előállított szervezetek nem tekinthetők GMO-nak, amennyiben idegen gén beépítésére nem kerül sor. A választóvonalat ott lehet meghúzni, hogy van-e idegen génbeépítés vagy nincs. Ha nincs, akkor irányított mutagenezisnek vagy génszerkesztésnek lehet nevezni a nemesítés módszerét. Az állásfoglalás legfontosabb üzenete az, hogy a szabályozás során nem annyira a konkrét technológiát, mint inkább a várható alkalmazásait kell alapul venni. Ha ezt elfogadnák a politikusok, akkor nem kellene az új nemesítési módszerre külön szabályozást kidolgozni.

Az MTA egyik legfontosabb megállapítása – összhangban az európai akadémiákkal –, hogy a genomszerkesztés mint precíziós nemesítés alapvetően különbözhet a genetikailag módosított organizmusok (GMO-k) létrehozásától. Esetében lehetőség van arra, hogy más fajból származó, idegen gén beépítése nélkül lehessen az élő szervezetek tulajdonságait jobbítani. A genomszerkesztés során a megtervezett DNS-módosítás a természetben is lejátszódó folyamatokhoz hasonlóan valósítható meg, a korábbiaknál sokkal precízebben, ezzel is csökkentve a nem kívánt hatások kockázatát. A genomszerkesztéssel nemesített fajták termesztésére és termékeik forgalmazására vonatkozó uniós szabályozás késik. A jelenlegi állásfoglalással az MTA támogatja az EASAC (European Academies Science Advisory Council, Európai Akadémiák Tudományos Tanácsadó Testülete) most megjelent javaslatát: „Arra kérjük az EU-szabályozás megfogalmazóit, hogy mondják ki: a genomszerkesztéssel létrehozott termékek, amennyiben nem tartalmaznak idegen fajból származó DNS-t, nem esnek a genetikailag módosított szervezetekre (GMO-ra) vonatkozó szabályozás alá.”
Az MTA 2017. december 6-án közzétett állásfoglalása szerint társadalmi vitára és tájékoztatásra van szükség az új genomszerkesztési módszerek – különösen a legelterjedtebb CRISPR/Cas9 technológia – lehetőségeiről és esetleges kockázatairól.
Ha nincs az a módszer, amellyel ki lehetne mutatni, akkor szabályozni sem lehet? Milyen irányban fejlődik a nemesítés?

− Nem egyszerű eldönteni, hogy természetes mutáció vagy laboratóriumi génszerkesztés eredményeként jött-e létre az új növény- vagy állatfajta. Amit a világcégek eddig génbeépítéssel állítottak elő, azt most szerkesztéssel fogják megoldani, például a gyomirtószer-rezisztens növények esetében. A szakirodalomban megjelentek olyan cikkek is, amelyek szerint egyetlenegy nukleotidcserével el lehet érni, hogy a növény szárazságtűrő legyen.

Az emberi beavatkozás nélküli, spontán módon bekövetkező genetikai változások minden 100 milliomodik nukleotidot érinthetik. Az így létrejött variabilitás fontos mozgatórugója a természetben zajló evolúciónak. A növények nemesítése során, a siker érdekében szükség van arra, hogy a mutációk gyakoriságát mesterségesen növeljük. Kémiai mutagénekkel vagy besugárzással elérhető, hogy 1000 nukleotidonként egy mutáció történjen. Bár a mutációs nemesítés sikerét több mint 3200 növényfajta tanúsítja, súlyos korlátot jelent, hogy az in­dukált mutációs események irányíthatatlanul érinthetik a genom bármely részét. Ezért ezzel párhuzamosan több technológia kifejlesztése is folyik, hogy kontrolláltan, egy kiválasztott gén meghatározott nukleotidjának kicserélésével tervezetten legyen megváltoztatható a kódolt fehérje szerkezete, és megszülethessen a kívánt tulajdonsággal rendelkező növény.
(Forrás: Balázs Ervin, Dudits Dénes [szerk.]: Precíziós nemesítés. Kulcs az agrárinnovációhoz. Agroinform, 2017.)
Mennyire megbízhatóak az eddigi eredmények?

− Ezek többnyire még laboratóriumi közlési fázisban vannak, de meg vagyok róla győződve, hogy nagyon hamar be fognak kerülni a gyakorlatba. A nemesítés eleve hosszú folyamat, nyolc-tíz évig tart egy-egy fajta előállítása hagyományos úton. És az új technológiával, hasonlóan a génmódosításhoz, sem lehet kikerülni a hagyományos lépések egy részét. Úgy szoktuk mondani, hogy ezek nemesítési alapanyagok, ami azt jelenti, hogy a növénynemesítőnek még akár kereszteznie, szelektálnia kell, majd értékelnie az eredményt a saját tenyészkertjében, mielőtt bejelenthetné a Nébihnek (Nemzeti Élelmiszerlánc-biztonsági Hivatal – a szerk.) fajtaminősítésre.

Mindeközben a hagyományos és a mutációs nemesítés is sikeres, tehát meg fognak maradni még hosszú ideig a különböző nemesítési módszerek, illetve lehet egymással kombinálni azokat?

− Igen, integrálódni fognak. A génszerkesztéssel az az elképzelésünk, hogy a már jól működő hibridek szüleiben kellene a módosítást elvégezni. Azt biztosan lehet állítani, hogy ez a technológia nagyon hamar el fog terjedni.

De mennyire változnak meg a növények? Mondjuk a zöldség, gyümölcs nem romlik meg sokáig, de az íze, illata, állaga megváltozik. A nemesítők erre is figyelnek?

− A cél az, hogy jobb termékek szülessenek, mint például a kevésbé barnuló gomba vagy alma. A növényeknél már látjuk az eredményt, de ugyanez vonatkozik az állatnemesítésre is. Nem lehet visszamenni kétszáz évvel ezelőtti állapotokhoz, a tudomány és a nemesítési technológia eredményeit nem szabad csak azért kidobni, mert a régi tájfajták után nosztalgiázunk. Ez nem vezet sehová. Ráadásul a konkurencia egyre erősebb, és mi azt szeretnénk elérni, hogy a hazai nemesítőknek is a rendelkezésükre álljon ez a technológia, hogy ők is éljenek az új lehetőségekkel. Például tavaly a szárazság miatt a kukorica terméscsökkenése − nem végleges adatok szerint − százmilliárd forintba került az országnak. A búzánál több évben is húszszázalékos volt a terméskiesés az aszály következtében. A klímaváltozás miatt szükség lesz az öntözési technológiák fejlesztése mellett szárazságtűrő növények termesztésére is. Természetesen hagyományos nemesítési módszerekkel is elő­állíthatók aszályrezisztens hibridek, de ezeknél segíthet a géntechnológia. Úgy gondolom, hogy a precíziós nemesítés egy eddig el­képzelhetetlen, nagyon hatásos eszköze lehet az agrárinnovációnak.

A klímaváltozás miatt szükséges az öntözési technológiák fej­lesztése mellett szárazságtűrő növények termesztése is. Bár természetesen hagyományos nemesítési módszerekkel is előállíthatók aszályrezisztens hibridek, de ezeknél is segíthet a géntechnológia.
A klímaváltozás, a szélsőségek egyre gyakoribbá válása a nemesítőket is komoly dilemma elé állítja. Tavaly nyár elején hetekig a megszokottnál nagyobb mennyiségű eső esett, és utána majdnem két hónapig tartó teljes szárazság volt. Hogy lehet ezekre a helyzetekre felkészülni?

− Ez a tudományos kutatások feladata. Meg kell értenünk, hogy milyen molekuláris folyamatok zajlanak a stresszelt növényekben, melyek azok a gének, fehérjék, kölcsönhatási hálózatok, amelyek akár a sok, akár a kevés vízre reagálnak.

Lehet úgy módosítani a növényeket, hogy ellenálljanak mind a csapadéknak, mind az aszálynak?

− Lehet. Azért, mert vannak olyan közös szabályozási mechanizmusok a növényben, amelyek működésbe lépnek stresszhelyzetben, mind alacsony vagy magas hőmérsékleten, mind vízbőség vagy vízhiány esetén. Előfordul, hogy egy védekezési reakciónak is van közös alapja, ha egy fizikai és egy biológiai károsító hatás, akár egy kórokozó a stressz kiváltója. Ha sikerül optimalizálnunk ezeket a közös alapokat, akkor van esély arra, hogy elérjük a kívánt célt. A környezeti hatásokra adott reakcióért felelős mechanizmusok feltárása ezért igen bonyolult, és egyben igen fontos feladat. Így hosszú ideig lesz még munkájuk mind a kutatóknak, mind a nemesítőknek. Nincs mindent örökre megoldó csodagén, mert a természet újabb és újabb kihívások elé állít bennünket.

Visszatérve a génmódosításra, úgy véli, hogy a GMO-któl való félelem is alaptalan? Mégis miért ekkora az ellenállás a társadalom és az EU döntéshozói részéről? Egyébként a lelkesedés mellett a genomszerkesztés gyors előretörése is váltott ki vitákat.

− Igen, alaptalannak gondolom, és ma már maga a mezőgazdasági gyakorlat is ezt támasztja alá. 2016-ban 180 millió hektáron termesztenek GM növényt a világon, az elmúlt 10-12 évben 110 milliárd haszonállatot etettek GM takarmánnyal, mégsem ismert káros hatás. Nincs tudományos bizonyíték arra, hogy úgy általában ártalmasak lennének a génmódosított növények. Ugyanakkor sok a tájékozatlanságból fakadó megalapozatlan félelem mind a társadalom, mind a politikusok részéről. A kutatóknak pedig korlátozott a mozgásterük arra, hogy a tudományosan megalapozott információkat eljuttassák. Bonyolult kérdések ezek, de ha igaznak bizonyul az az előrejelzés, hogy 2050-re kilencmilliárdan leszünk, ennyi embert kizárólag biogazdálkodásból élelmezni biztosan nem lehet majd. A növénytermesztés a kihívásoknak úgy tud megfelelni, ha kémiai vagy biológiai növényvédelmet alkalmaz, illetve rezisztens fajtákat használ. A rezisztens fajtákról azt gondolom, hogy a környezetbarát mezőgazdaság alapját adják, és közben segítik a gazdaságosságot.

A növénytermesztés a kihívásoknak úgy tud megfelelni, ha kémiai vagy biológiai növényvédelmet alkalmaz, illetve rezisztens fajtákat használ, melyek a környezetbarát mezőgazdaság alapját adva segítik a gazdaságosságot.
A tudósok között mennyire van szakmai egyetértés ebben a kérdésben?

−Az érintett kutatók túlnyomó többsége világosan látja a technológia jelentőségét, persze vannak olyanok is, akik GMO ellenesek. Természetesen a hiteles tájékoztatásban igen nagy a média felelőssége. Jelent meg néhány tanulmány a világsajtóban arról, hogy a génmódosított szója rákkeltő hatású, de utána a szakmai hibák miatt vissza kellett vonni a cikket. Ezt már veszélyesnek tartom. Azt viszont látni kell, hogy a precíziós nemesítés egy olyan új technológia, amely nem állt a rendelkezésünkre a múltban, amikor ez a szabályozás megszületett. Fontos lenne, hogy élesen megkülönböztessük a génbeépítést és az irányított mutagenezist. A precíziós nemesítés új szabályozási koncepciót sürgetne, amelyben nem a nemesítés módszerét, hanem a termék tulajdonságait veszi alapul az engedélyező hatóság. Így elindulhatna egy új innovációs vonal a mezőgazdaságban.•

 
Innotéka