I USA kan bøndene kjøpe et produkt som reduserer behovet for gjødsling, gir økte avlinger og lavere klimagassutslipp. Hemmeligheten er avansert genteknologi. Foreløpig er ikke Chris Voigts nyvinninger tilgjengelig for norske bønder.
Av Sigrid Bratlie
I fjor truet langvarige perioder med regn med å ødelegge maisavlingene i flere amerikanske delstater fordi nitrogen fra gjødsel raskt ble skylt bort. Redningen ble genmodifiserte nitrogenfikserende bakterier. Bakteriene holder seg nemlig stabilt nært plantens røtter slik at nitrogentilgangen opprettholdes selv når det regner.
– Dette kan potensielt revolusjonere hvordan vi driver landbruk. Som bonde og tidligere agronom mener jeg dette er en game changer, sier en av bøndene som har prøvd produktet, Kevin Poppel fra Minnesota til firmaet.
Her hjemme er meningene delte om avansert genteknologi er veien å gå også for norsk landbruk:
– Når vi ser hvor stor betydning genteknologi kan få for å løse store samfunnsutfordringer, for eksempel med nitrogenfikserende bakterier, kan en altfor restriktiv tilnærming få vesentlige negative konsekvenser, sier Trygve Brautaset, leder for Senter for Digitalt Liv Norge og medlem av Bioteknologirådet.
– Vi må utforske mulighetene som ligger i bio- og genteknologi. Med de utfordringene verden står overfor, særlig med tanke på klimaendringene, må alle steiner snus, sier Ola Hedstein, administrerende direktør i Norsk Landbrukssamvirke.
– Vi har gode og trygge alternativer for nitrogenfiksering i planter. Det er derfor fornuftig å legge føre-var prinsippet til grunn i vurderingene av disse bakteriene slik lovverket i Norge og EU krever, sier Aina Bartmann, leder i Nettverk for GMOfri mat og fôr.
Genetisk programmering
Så hva er det én av verdens fremste eksperter innen syntetisk biologi og genteknologi, amerikaneren Chris Voigt fra Massachusetts Institute of Technology, gjør? Voigt er dataprogrammerer, men han bruker ikke Java eller andre programmeringsspråk vi kjenner fra informasjonsteknologiens verden. Han bruker naturens programmeringsspråk – DNA. Nylig var han på Norgesturné i regi av Senter for Digitalt Liv Norge for å fortelle om hvordan genetisk omprogrammerte bakterier kan få stor betydning for hvordan vi produserer mat, behandler sykdom og utvikler fremtidens materialer.
En celle fungerer langt på vei på samme måte som en datamaskin. Cellen styres av ulike genprogrammer, som er skrevet med programmeringsspråket DNA. Med samme logikk som når man omprogrammerer en datamaskin, kan man dermed omprogrammere en celle. Med genteknologi kan man skrive om DNA-koden for å få cellene til å utføre nye oppgaver.
Omprogrammerte tarmbakterier og kamuflasjemaling
Voigts «favorittmaskiner» er bakterier. Disse bruker han blant annet for å utvikle et byggemateriale med omprogrammerte bakterier som kan oppdage og nøytralisere antibiotika resistente bakterier og andre farlige mikroorganismer, for eksempel i områder med smitteutbrudd, for å holde hjelpepersonell trygge. Han jobber også sammen med det amerikanske forsvaret for å forsøke å lage en slags «bakteriemaling» som kan skifte farge etter omgivelsene, for eksempel brukt som dynamisk kamuflasje på en ubåt eller et annet militært fartøy.
Mye av dette kan høres ut som science fiction, og det er fortsatt et godt stykke igjen til konseptene er klare for å tas i bruk utenfor laboratoriet. Andre prosjekter er derimot allerede i ferd med å få stor betydning for samfunnet. I fjor skrev vi om hvordan omprogrammerte tarmbakterier kan brukes som medisin for pasienter med alvorlige stoffskiftesykdommer som Føllings sykdom og hyperammonemi. Igjen er det Voigt som står bak. De foreløpige forskningsresultatene er så gode at de første behandlingene har fått såkalt «fast track»- status av amerikanske legemiddelmyndigheter for å fremskynde utvikling og godkjenning.
– Voigt får ting til å fungere, sier Brautaset, som selv jobber med genteknologi og syntetisk biologi ved NTNU.
«Chris Voigts «favorittmaskiner» er bakterier.»
Bakterier ga avlingsboost
Ett produkt som allerede er i kommersiell bruk i USA, er omprogrammerte jordbakterier som kan fiksere nitrogen for maisplanter, kalt Pivot Bio PROVEN™. Ved å endre på opptil 20 gener i bakteriene, øker bakteriene sin evne til å ta opp nitrogen fra lufta og leve i symbiose med maisplantens røtter. Noen planter, som erteplanter, får nitrogenet de trenger fra bakterier i jorda. Det er denne naturlige symbiosen som Voigt og hans folk ved hjelp av genteknologi har etterlignet. Bakteriene tilføres sammen med frøene når de plantes. Feltforsøk de siste årene viser at bakteriene kan fiksere opptil 2,5 kg nitrogen per dekar (1000 kvadratmeter), som tilsvarer omtrent en tredjedel av det maisplantene trenger. Dette reduserer behovet for gjødsling betydelig, som gjør at det blir mindre avrenning av nitrogen til omgivelsene og mindre utslipp av klimagassen nitrogenoksid – også kjent som lystgass. Dagens bruk av gjødsel står for omtrent fem prosent av alle klimagassutslipp. Pivot Bio PROVEN ga i tillegg økt avling med nesten 20 kg mais per dekar. Resultatene var så gode at årets produktbeholdning ble utsolgt få måneder etter det ble lagt ut for salg i USA.
Det er ikke bare i USA regn skaper problemer for landbruket. Også i Norge er klimaet i ferd med å bli markant våtere på grunn av klimaendringene. Det vil føre til økt avrenning av nitrogen, ifølge Norsk Institutt for Bioøkonomi (Nibio). Mer gjødsling for å kompensere for avrenningen vil igjen forsterke problemene med klimagassutslipp. Kan omprogrammerte nitrogenfikserende bakterier bli en del av løsningen i Norge? Ikke med det første.
Omprogrammering = genmodifisering
I USA reguleres ikke PROVEN-bakteriene særskilt fordi de kun inneholder genetiske sekvenser fra nært beslektede arter og heller ikke anses å utgjøre noen særskilt trussel mot helse eller miljø. I Norge og EU reguleres derimot de omprogrammerte bakteriene som genmodifiserte organismer og trenger godkjenning etter GMO-regelverket.
Selskapet Pivot Bio mener det europeiske byråkratiet er så uoverkommelig at det ikke er aktuelt å søke om godkjenning for PROVEN-bakteriene. De har heller satset på en annen tilnærming. Med stråling og kjemikalier lager de mutasjoner i bakterienes DNA som etterligner effekten av omprogrammeringene i PROVEN-bakteriene. Organismer fremstilt med slik såkalt mutagenese er nemlig ikke spesielt regulert i EU. Metoden er imidlertid mindre presis og mindre effektiv enn genteknologi. Selskapet kan derfor ikke si hvor lang tid det tar å nå målet og når europeiske bønder kan forvente at produktet er på markedet.
Kanskje vil ikke dette bekymre den gjennomsnittlige norske bonden. Mais er jo tross alt ikke den matplanten det dyrkes mest av her til lands. Men saken kan fort bli høyaktuell også her. I pipelinen har Pivot Bio nemlig også omprogrammerte bakterier som kan fiksere nitrogen for hvete. I Norge dyrkes omtrent 400.000 tonn hvete hvert år, og er en av våre viktigste kornsorter. Kunstgjødsel er en viktig innsatsfaktor for å få gode avlinger. Går vi glipp av noe ved å være restriktive eller er det fornuftig å være føre var?
Nitrogen på avveie?
Bartmann mener det er riktig å være restriktiv:
– Ifølge flere forskningsrapporter er mengden plantetilgjengelig nitrogen i verden langt over jordas tålegrense. Det er viktig å lete etter gode metoder for å sikre planter riktig mengde nitrogen, samtidig må vi ha søkelys på faren for lystgasstap og avrenning ved overskudd av nitrogen, sier hun.
Det er ikke bare kunstgjødsel som bidrar til problemet. Nitrogenfikserende planter kan også føre til overskudd av nitrogen i jorda. Bartmann mener derfor det er et godt agronomisk prinsipp å veksle mellom ulike typer vekster, såkalt vekstskifte.
– Ensidig satsing på nitrogenfikserende planter kan forsterke problemene, mener hun.
Resultatene fra Pivot Bios feltforsøk tyder imidlertid på at PROVEN-bakteriene ikke fører til opphopning og avrenning av nitrogen fordi nitrogenproduksjonen begrenses til et kort vindu i plantens vekstsesong. Ifølge firmaet forårsaker bakteriene heller ikke omdanning av nitrogen til lystgass. Men er det andre ting man kan bør være oppmerksom på?
Gener på avveie?
– Før genredigerte bakterier eventuelt kan godkjennes for bruk i stor skala, må det forskes langt mer på mulige effekter. Det er vanskelig å «ta bakterier tilbake igjen» hvis noe går galt. Bakterier er eksperter på å ta opp DNA fra andre organismer. I hvilken grad vil de aktuelle bakteriene spre sitt DNA videre til andre bakterier? Hva kan skje hvis bakterien endrer seg? Og hvordan påvirkes andre egenskaper i planten av denne bakterien? spør Bartmann.
I Oslo forklarte Voigt at det fra et evolusjonsmessig perspektiv ikke er grunn til å tro at nitrogenfiksering gir bakteriene konkurransefortrinn i miljøet, men at nitrogenfiksering tvert imot er en kostnad for bakteriene.
Ansvarlig bruk av genteknologi
Spørsmålet er hvor sikre vi bør være og om usikkerhet veier tyngre enn muligheten for å redusere klima- og miljøavtrykket fra nitrogenbruken i matproduksjonen.
– Vi trenger regulering som ivaretar hensynet til forbrukerne og miljøet, men som ikke legger urimelige hindringer i veien for å bruke teknologien til samfunnsnyttige formål, sier Hedstein.
Brautaset mener det også er viktig med nyanser i samfunnsdebatten om GMO.
– Genteknologi kan brukes på svært ulike måter og til veldig ulike formål. Nettopp formålene vil ha betydning for aksept for teknologien i befolkningen.
At det blir mer krevende for folk å forstå stadig mer kompliserte teknologier, mener han imidlertid er en utfordring.
– Det vil være avgjørende at folk kan stole på at fagfolk og eksperter tar gode valg og bruker teknologi på måter som er trygge og samfunnsnyttige. Samtidig må forskerne vise seg tilliten verdig gjennom åpenhet og ansvarlig forskning, understreker NTNU professoren.
