Genmodifiserte planter har fått arvestoffet endret ved hjelp av genteknologiske metoder. Formålet er å gi plantene nye, nyttige egenskaper. Genmodifisering av planter har skapt intens debatt i flere tiår, både i Norge og andre land.
Det meste av maten vi spiser i dag er fremstilt ved hjelp av tradisjonelle avlsmetoder. Mennesker har gjennom tusenvis av år valgt ut individer med gunstige egenskaper og latt dem krysse seg med hverandre. På denne måten har vi endret genetikken til ville plantearter slik at mange av plantene vi har i dag ligner lite på sine ville forgjengere. Mange av dagens matplanter er menneskeskapte arter basert på blanding av ulike arter. For planter har også kjemikalier og bestråling vært brukt for å fremprovosere en rekke tilfeldige mutasjoner i genomet. Hvordan slike tilfeldig mutasjonene påvirker planten er også tilfeldig, men i noen tilfeller kan det gi plantesorter forbedrede egenskaper. Det å endre planters genetikk ved avl kan ta lang tid og gir ikke alltid ønsket resultat, fordi en sammen med det trekket man ønsker ofte også får med uønskede trekk på kjøpet. Moderne genteknologi gjør det mulig å gjøre målrettede endringer i genene til planter direkte. Med genteknologi er det også mulig å introdusere nye gener på tvers av artsgrensene. Slik kan mennesker lage organismer med helt nye egenskaper, eller nye kombinasjoner av egenskaper, til stor nytte for både forskning, matproduksjon og industri.
Her skal vi ta for oss hvordan genteknologi har vært brukt, og brukes i dag, til å endre egenskaper hos planter, og forklare likheter og forskjeller mellom metodene som brukes for å gjøre genetiske endringer.
Genmodifiserte planter – hvilke egenskaper har de?
Genmodifiserte planter har fått arvestoffet sitt endret ved hjelp av genteknologiske metoder for å gi plantene nye, nyttige egenskaper. I grove trekk kan en dele genmodifiserte planter i to grupper:
- Planter med endrede dyrkingsegenskaper som gir økt produksjon, reduserer avlingstap på grunn sykdom og klimamessige forhold, eller gjør dyrkningen enklere for bonden.
- Planter med egenskaper forbrukerne ønsker, som forbedret næringsinnhold, økt holdbarhet, eller spesielt attraktivt utseende.
De første GM-plantene – klassiske transgene planter
De første genmodifiserte plantene tilgjengelig for salg ble utviklet på 1990-tallet og ble fremstilt ved klassiske genspleisingsmetoder som baserer seg på tilfeldig innsetting av DNA i plantegenomet, ofte på tvers av artsgrensene. Slike planter kaller vi transgene (se temaside om genteknologi som endrer gener). En virusresistent tobakksplante som kom i salg i Kina i 1992 var antagelig den første genmodifiserte planten som kom på markedet, mens den første genmodifiserte matplanten som ble godkjent for salg var tomaten Flavr Savr som ble tilgjengelig på det amerikanske markedet i 1994. FlavrSavr-tomaten var modifisert slik at den skulle være mer holdbar enn andre tomater, men likevel holde på næringsstoffer og smak, men denne tomatsorten ga dårlig avlinger og avkastning for bonden og forsvant ut av markedet igjen etter få år. Flere andre GMO planter som ble utviklet omtrent samtidig med FlavrSavr er derimot fortsatt på markedet, og felles for flere av dem er at de er laget for at det skulle være enklere for bøndene å dyrke dem.
To hovedtyper genmodifiserte planter som ble utviklet på begynnelsen av 1990 tallet dominerer fremdeles markedet i dag: Planter som tåler noen sprøytemidler for ugress, og planter som produserer sin egen insektsgift. I 1995, godkjente amerikanske miljømyndigheter produksjon og salg av flere såkalte Bt-planter: mais, bomull, potet og tobakk. Bt-planter har fått satt inn ett eller flere gener fra jordbakterien Bacillus thuringiensis som gjør at plantene kan produsere Cry-protein, en insektgift som gjør plantene motstandsdyktige mot visse skadeinsekt, særlig larver av noen sommerfuglarter og billearter. Planter med egen insektsresistens blir brukt som ett alternativ til å sprøyte avlingene med insektsgift.
Sammen med Bt-avlinger er ugressmiddelresistente plantesorter dominerende på det kommersielle markedet. Mange har nok hørt om «Roundup Ready»-planter. Dette er planter som har fått satt inn et gen som gjør at de tåler ugressmiddelet glyfosat. Den første Roundup Ready-planten var en soyaplante utviklet i 1996 av Monsanto, som også selger sprøytemiddelet Roundup som plantene er laget for å tåle. Ved sprøyting med Roundup forsvinner tilnærmet alt ugresset, mens den genmodifiserte planten blir stående igjen på åkeren. Slik blir ugressbekjempingen enklere for bøndene fordi de kan sprøyte i vekstsesongen ikke bare før/etter. I 2019 ble konvensjonelle GMO-avlinger, de fleste av dem med insektsresistens eller sprøytemiddelresistens, dyrket i 29 land verden over. USA, Brazil, Argentina, Canada, India, Paraguay, Kina, Sør-Afrika, Pakistan og Bolivia er de viktigste produsentlandene. I USA, som topper denne listen, har over 90% av maisen som ble dyrket i 2018-2019 enten fått satt inn gener for insektsresistens, sprøytemiddelresistens eller begge deler. På verdensbasis var 78 prosent av produksjonen av soya og rundt 76 prosent av bomull genmodifisert (tall fra 2018).
Det dyrkes og selges også blant annet transgene papaya, tomater og paprika som er resistent mot ulike virussykdommer, aubergine som er resistent mot insektsangrep, eple som ikke får brunt fruktkjøtt ved skade eller skrelling, og kanskje mest spektakulært: «Pinkglow ananas» (en instagram-vennlig ananas med rosa fruktkjøtt).
I en fremtid med en stadig voksende verdensbefolkning og et klima i endring kan genteknologi også bli viktig for å lage hardføre matplanter tilpasset mer ekstrem klimatiske forhold. Hvete er blant verdens mest dyrkede kornplanter, men i mange land trues hveteavlingen av tørke. Nylig ble en tørkeresistent, genmodifisert hvete med et gen fra solsikke, godkjent for dyrking i Argentina. Den er også godkjent som bearbeidet produkt (mel) for bruk i mat og dyrefôr i flere land.
Flertallet av de konvensjonelle, genmodifisert matplantene som har kommet på markedet, er laget for å være enklere å dyrke. Golden Rice (gyllen ris), som ble utviklet i 1999 ble laget med en annen hensikt. Risplanten har fått satt inn gener som gjør at den kan produsere betakaroten, et stoff som kan omdannes til A-vitamin i kroppen og det samme stoffet som gir gulrot sin flotte oransje farge. Betakaroten gir også den genmodifiserte risen en gyllen farge. Golden Rice ble laget for å hjelpe mennesker som lider av vitamin A-mangel. Mangel på vitamin A er et stort helseproblem i flere utviklingsland. Det er den viktigste årsaken til blindhet hos barn på verdensbasis, og en viktig årsak til komplikasjoner og overdødelighet som en følge av infeksjonssykdommer som også rammer verdens fattigste. Golden Rice kan dermed hevdes å være den første genmodifiserte planten utviklet for humanitære formål. Men omfattende dokumentasjonskrav fra regulatoriske myndigheter i land der det er aktuelt å dyrke denne risen har ført til at veien frem mot godkjenning for denne GMO-en har vært lang. I 2021 ble Filipinene det første landet i verden til å godkjenne kommersiell produksjon av Golden Rice, mer enn 20 år etter at den gyllne risen ble utviklet.
I Norge reguleres levende GMO-er (organismer som har potensiale til å spre seg i naturen) etter genteknologiloven. Disse organismene er det Miljøforvaltningen som har ansvaret for å vurdere om skal bli godkjent i Norge. Mat- og fôrprodukter laget av GMO-er, som plantemel og oljeprodukter, og som ikke inneholder levende, genmodifisert materiale vurderes etter matloven. I juni 2023 ble det første produktet laget av genmodifisert råvare godkjent etter matloven i Norge; en olje laget av genmodifisert raps med høyere omega-3-innhold enn vanlig raps, som skal brukes i fiskefôr.
Når det gjelder produkter som er laget fra genmodifiserte råvarer som ikke er mat eller fôr, som for eksempel klær fra genmodifisert bomull eller biodrivstoff laget fra genmodifiserte råvarer, er det ingen spesielle krav til godkjenning. Slike produkter kan derfor importeres fritt, og det er stor sannsynlighet for at buksen du har på deg akkurat nå er laget av GMO-bomull.
Genredigerte planter – med nye typer egenskaper
GMO-plantene nevnt så langt er alle eksempler på transgene planter laget ved hjelp av klassiske genspleisingsmetoder. I dag har man imidlertid også genteknologiske metoder som gjør det mulig å gjøre målrettede endringer i genene som allerede finnes i planten. Disse metodene kalles med en fellesbetegnelse «genredigering». Ved genredigering kan man sette inn nytt genetisk materiale i en organisme, men metoden gjør det også mulig å fjerne en DNA-sekvens, eller å gjøre mindre endringer i genomet, som å fjerne enkelt bokstaver i DNA-koden. Slik kan man for eksempel «slå av» gener som gjør dyr og planter sårbare for sykdom. (Les mer om både klassiske metoder for å gjøre endringer i arvematerialet og genredigering på temaside om genteknologi). Den nye genredigeringsmetoden Crispr (se temaside om genredigering og Crispr) har de siste årene blitt den klart mest brukte metoden for å gjøre slike målrettede, genetiske endringer i både planter, dyr og mikroorganismer. Metoden er relativt enkel og rimelig å bruke, og har ført til at det nå utvikles nye plantesorter, også med andre typer egenskaper enn de konvensjonelle transgene GMO-ene. Blant annet utvikles det såkalt funksjonell mat, mat med økt innhold av stoffer som hevdes å ha ulike helseeffekter.
Det første produktet fra en genredigert plante, som ble tilgjengelig på det amerikanske markedet i 2019, var olje fra soyaplanter genredigert for å produsere soyabønner med sunnere fettsyresammensetning. Men den første Crispr-planten som kan kjøpes i en matbutikk er en tomat som ble tilgjengelig på det japanske markedet i 2021. Denne tomaten er genredigert til å inneholde et høyt nivå av Gamma-aminosmørsyre (GABA), en kjemisk forbindelse som skal kunne redusere blodtrykket, fremme avslapning og gi bedre immunforsvar. GABA er regnet som en helsefremmende i Japan og selges som helsekost, på samme måte som C-vitamin her i Norge. Tomater inneholder naturlig GABA, men forskerne har gjort en liten endring i genomet til tomatplanten som fører til at aktiviteten til et enzym som lager GABA naturlig i planten øker.
I tillegg til de få genredigerte matvarene som har rukket å nå ut på markedet, er en rekke nye genredigerte planter med påståtte helsefordeler eller forbedrede dyrkningsegenskaper under utvikling eller venter på godkjenning for salg i ulike deler av verden. En fullstendig oversikt er vanskelig å lage, da genredigerte planter uten innsatt fremmed DNA i mange land reguleres på samme måte som planter fremstilt ved konvensjonell planteavl, og dermed ikke krever særskilt godkjenning. Et amerikansk biotekselskap har utviklet genredigert hvete med høyere innhold av kostfiber enn vanlig hvete. Britiske forskere har utviklet en hvetesort med lavt innhold av aminosyren asparagin, en aminosyre som kan omdannes til et kreftfremkallende stoff ved oppvarming, for eksempel når brød stekes eller toasten til lørdagsfrokosten ristes for hardt. Andre eksempler på genredigerte matplanter er soyabønner med endret fettsyreinnhold, poteter som ikke blir brune eller som tåler kuldelagring eller soppangrep bedre. Her hjemme jobber norske forskere blant annet med å utvikle genredigerte jordbær som er motstandsdyktige mot soppsykdommen gråskimmel, og genredigerte poteter som er motstandsdyktige mot akkurat den typen tørråte som finnes i norske potetåkre. I dag brukes halvparten av alle soppmidler som brukes i landbruket i Norge nettopp mot tørråte, og genredigerte tørråteresistente poteter kan dermed bidra til mindre sprøytemiddelbruk og kan spare potetbøndene for store summer årlig.
Hvordan lages genmodifiserte planter?
Det finnes flere ulike måter å få det genetiske materialet inn i en plante (Figur 1).
A: Agrobacterium transformasjon: Agrobacterium tumefaciens er en jordbakterie som kan infisere planter og gi plantesykdommen krongalle. Som en del av infeksjonsprosessen overfører bakterien en del av sitt eget DNA til plantecellene. Genene som overføres sitter på et plasmid (ett sirkulært DNA molekyl) som bakterien fører inn i plantecellen. Bakteriegenene blir en del av plantecellens genom og planten vil lese av disse genene som sine egne gener og danne svulstlignende utvekster på stengler og røtter.
Ved å erstatte bakteriegenene på plasmidet som gir krongalle med gener man ønsker å sette inn i plantene kan forskere bruke Agrobacterium til å transformere (genmodifisere) planteceller. Fra transformerte plantedeler kan man dyrke frem en ny plante som man kan man høste transformerte frø fra, og slik oppnå avkom som utrykker de innsatte genene i alle sine celler.
B: Genkanon og mikrobombardement: Agrobacterium infiserer fra naturens side hovedsakelig tofrøbladede planter, og er lite effektiv for genmodifisering av viktige kornplanter som hvete og ris. For disse plantene har man derfor ofte brukt andre metoder for innsetting av DNA. Nakent DNA kan for eksempel leveres inn i cellene ved å feste det til utsiden av mikroskopiske partikler og «skyte» partiklene inn i plantecellene ved hjelp av en genkanon. Mange av de første kommersielt tilgjengelige genmodifiserte plantene ble fremstilt på denne måten. En ulempe ved metoden er at de overførte genene blir tilfeldig satt inn i genomet, og ofte i både intakte og forkortede utgaver. Dette kan gi uforutsigbart utrykk av de nye egenskapene.
C: Elektroporering: Et annet alternativ er elektroporering. Planteceller strippes for sin stive, beskyttende plantevegg. Slike strippede planteceller kalles protoplaster og kan ta opp fritt DNA fra omgivelsene om de gis et lite elektrisk støt som midlertidig forstyrrer cellemembranen. Protoplastene kan deretter bygge opp nye cellevegger og dyrkes frem til hele, fruktbare, transgene planter. Bruken av denne metoden begrenses av at det for mange plantearter kan være vanskelig å holde protoplastene i live og regenerere nye planter fra dem.
Genredigering med Crispr: Det er utviklet ulike metodevarianter for å gjøre Crispr-genredigering i planter. men vanligvis settes gensekvens for guide-RNA og Cas (klippeproteinet) inn i plantegenomet ved prosesser som ligner metodene som er etablert for å lage andre transgene planter. I planten vil gensaksen uttrykkes og gjøre jobben sin. Fordi Crispr-Cas er satt inn i plantegenomet er førstegenerasjons Crispr-Cas-redigerte planter transgene. Etter å ha identifisert genredigerte planter kan man imidlertid krysse gensaksen ut igjen, slik at transgenet er borte i tredje, eller påfølgende generasjoner. Disse plantene vil da kun ha den genetiske endringen man ønsket å gjøre og vil ikke være transgene.
Uansett hvilken metode som benyttes for å få det genetiske materialet inn i planten trenger man metoder for å kunne velge ut, selektere, de plantecellene som har fått satt inn genet man ønsker. Derfor blir det sammen med genet en ønsker uttrykt i planten også vanligvis satt inn et gen for en egenskap som gjør det mulig å skille de transformerte cellene fra celler som ikke har fått satt inn nytt genetisk materiale. Dette kan være en seleksjonsmarkør som gjør planten i stand til å vokse i nærheten av et middel som normalt er giftige for planten, ofte antibiotika eller en plantegift. Slik vil bare plantene som har fått satt inn nytt genetisk materiale overleve. Et annet alternativ er å sette inn ett reportergen som gjør at man visuelt kan avgjøre om cellene uttrykker det innsatte genet. For eksempel kan man bruke et gen som koder for fluorescerende protein.
GMO og etikk
Bruk av genmodifiserte planter er fremdeles omdiskutert og EU og Norge har verdens strengete regulering på dyrkning av GMO. I Norge er kun ett mat- eller fôrprodukt fremstilt fra en genmodifisert plante godkjent (les mer om denne i GENialt), men en stor del av verdens produksjon av særlig soya, mais og bomull er genmodifisert. Etter nesten 30 års bruk av slike planter ulike steder i verden går flere store samlestudier i favør av at de undersøkte GM-plantene er trygge for helse og miljø.
Andre hensyn enn helse og miljø spiller også en rolle i hvordan GMO-er blir oppfattet. Det kan for eksempel være ulike meninger i befolkningen om genteknologi i det hele tatt skal brukes til å endre planter, dyr, eller andre levende organismers arvemateriale. Noen kan mene at å endre på DNA-et, «oppskriften» på det som lever, er i strid med naturen eller skaperverket og dermed er grunnleggende galt. Andre vil kunne mene at genetisk endring innenfor en art (genredigering) er mer akseptabelt enn når gener flyttes mellom arter (klassisk genspleising). For andre igjen vil hensikten og egenskapen som endres være det avgjørende. En genetisk endring som gjør potet mindre mottagelige for soppangrep, og som dermed gjør at bonden kan bruke mindre soppmiddel på åkeren, vil av mange oppfattes som mer positivt enn en genetisk endring som gjør planten motstandsdyktige mot ugressmiddel slik at bonden kanskje vil bruke mer plantegift på åkeren. En genetisk endring som gjør griser motstandsdyktig mot sykdom kan også oppfattes som mer akseptabel enn en genetisk endring som får grisen til å vokse raskt, men samtidig kan genetisk endring av dyr oppfattes mindre akseptabelt en genetisk endring av planter.
Etiske forhold, og i hvor stor grad en GMO er nyttig for samfunnet og bidrar til en bærekraftig utvikling, påvirker trolig hvordan forbrukere oppfatter GMO-er. Disse kriteriene vektlegges også i norsk regulering av GMO-er. Matsikkerhet og matproduksjon er blant de største utfordringene verden står overfor i møte med klimaendringer og sterk befolkningsvekst, og også maktforhold og fordeling av ressurser har vært et viktig tema i GMO-debatten. En kritikk mot de klassiske GMO-ene er at de er utviklet og patentert av store multinasjonale selskaper på bekostning av både småbønder i lavinntektsland og forbrukere.
Crispr-teknologien som gjør det enklere og rimeligere enn før å endre på organismers DNA kan bidra til at det ikke lenger kun er de største selskapene som har råd og ressurser til å bruke genteknologi til å utvikle nye sorter. Resultatet er at det de siste årene er utviklet mange nye plante- og dyresorter med andre egenskaper enn de klassiske transgene GMO-ene. Både EU og FNs mat- og landbruksorganisasjon peker på genredigering som en teknologi med potensiale til å bidra til en mer bærekraftig matproduksjon i møte med klimaendringer. Teknologien kan for eksempel brukes til å lage sorter som er mer motstandsdyktige mot sykdom, krever mindre bruk av plantevernmidler, er bedre tilpasset miljøforhold eller klima, har forbedrede ernæringsmessige egenskaper eller bedre lagringsegenskaper. Men at teknologien er rimelig og enkel å bruke, og kan brukes til å gjøre genetiske endringer som ligner mutasjoner som kan oppstå i naturen, kan også gjøre det vanskeligere å holde oversikt over og kontrollere hvordan teknologien brukes.
Spørsmål til diskusjon
- Hvorfor skal vi være ekstra strenge ved bruk av genteknologi på planter sammenlignet med konvensjonell planteavl? Hvorfor skal vi eventuelt ikke være det?
- Hvordan skal man balansere mulig nytte opp mot ønsket om å være føre var?
- Er det noen egenskaper hos planter som det vil være mer akseptabelt å bruke genteknologi for å oppnå? Er det noen egenskaper som er mindre akseptable?
- Det meste av bomullsproduksjonen i verden er genmodifisert. Er det noen forskjell på å genmodifisere planter for å produsere klær vi har på oss og for å produsere mat vi eller dyr spiser?
Innholdet på denne siden ble sist oppdatert i juli 2023. Send oss en e-post om du har kommentarer eller spørsmål til innholdet.
Referanser:
Clark, J., & Whitelaw, B. (2003). A future for transgenic livestock. Nat Rev Genet, 4(10), 825-833. https://doi.org/10.1038/nrg1183
Denby, C. M., Li, R. A., Vu, V. T., Costello, Z., Lin, W., Chan, L. J. G., Williams, J., Donaldson, B., Bamforth, C. W., Petzold, C. J., Scheller, H. V., Martin, H. G., & Keasling, J. D. (2018). Industrial brewing yeast engineered for the production of primary flavor determinants in hopped beer. Nature Communications, 9(1), 965. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03293-x
El-Mounadi, K., Morales-Floriano, M. L., & Garcia-Ruiz, H. (2020). Principles, Applications, and Biosafety of Plant Genome Editing Using CRISPR-Cas9 [Review]. Frontiers in Plant Science, 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00056
Hunter, P. (2019). The prospects for recombinant proteins from transgenic animals. EMBO reports, 20(8), e48757. https://doi.org/https://doi.org/10.15252/embr.201948757
Lobato-Gómez, M., Hewitt, S., Capell, T., Christou, P., Dhingra, A., & Girón-Calva, P. S. (2021). Transgenic and genome-edited fruits: background, constraints, benefits, and commercial opportunities. Horticulture Research, 8(1), 166. https://doi.org/10.1038/s41438-021-00601-3
Olempska-Beer, Z. S., Merker, R. I., Ditto, M. D., & DiNovi, M. J. (2006). Food-processing enzymes from recombinant microorganisms—a review. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 45(2), 144-158. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2006.05.001
Puetz, J., & Wurm, F. M. (2019). Recombinant proteins for industrial versus pharmaceutical purposes: a review of process and pricing. Processes, 7(8), 476.
