Vad är genetisk modifiering?

Genetisk modifiering är processen för att förändra den organiska genetiska sammansättningen. Detta har gjorts indirekt i tusentals år genom kontrollerad eller selektiv avel av växter och djur. Modern bioteknik har gjort det lättare och snabbare att rikta in en specifik gen för mer exakt förändring av organismen genom genteknik.

Termerna "modifierad" och "konstruerad" används ofta utbytbart i samband med märkning av genetiskt modifierade livsmedel, eller "GMO," livsmedel. Inom bioteknik står GMO för genetiskt modifierad organisme, medan termen inom livsmedelsindustrin uteslutande hänför sig till livsmedel som har utformats medvetet och som inte är selektivt uppfödda organismer. Denna skillnad leder till förvirring bland konsumenter, och därför föredrar den amerikanska livsmedels- och drogadministrationen (FDA) termen genetiskt konstruerad (GE) för livsmedel.

En kort historia om genetisk modifiering

Genetisk modifiering går tillbaka till forntida tider, när människor påverkade genetik genom selektivt avelsorganismer, enligt en artikel av Gabriel Rangel, en folkhälsovetenskapsmän vid Harvard University. Vid upprepning under flera generationer leder denna process till dramatiska förändringar i arten.

Hundar var troligtvis de första djuren som målmedvetet var genetiskt modifierade, med början på den ansträngningen från ungefär 32 000 år, enligt Rangel. Vilda vargar anslöt sig till våra jägare-samlarförfäder i Östasien, där hundarna tömdes och uppföddes för att ha ökad foglighet. Under tusentals år avlade människor hundar med olika önskad personlighet och fysiska egenskaper, vilket så småningom leder till det stora utbudet av hundar vi ser idag.

Den tidigaste kända genetiskt modifierade växten är vete. Denna värdefulla gröda tros ha sitt ursprung i Mellanöstern och norra Afrika i det område som kallas Fertile Crescent, enligt en 2015-artikel publicerad i Journal of Traditional and Complementary Medicine. Forntida jordbrukare avlade selektivt vete gräs som började omkring 9000 f.Kr. att skapa tämjade sorter med större korn och hårdare frön. År 8000 f.Kr. hade odlingen av tamsvete spridit sig över Europa och Asien. Den fortsatta selektiva uppfödningen av vete resulterade i de tusentals sorter som odlas idag.

Majs har också upplevt några av de mest dramatiska genetiska förändringarna under de senaste tusen åren. Häftningsgrödan härstammar från en växt som kallas teosinte, ett vildt gräs med små öron som bara hade några få kärnor. Med tiden uppfödde bönderna selektivt teosintegräserna för att skapa majs med stora öron sprängda av kärnor.

Utöver dessa grödor har mycket av de produkter vi äter idag - inklusive bananer, äpplen och tomater - genomgått flera generationer av selektiv uppfödning, enligt Rangel.

Tekniken som specifikt skär och överför en bit rekombinant DNA (rDNA) från en organisme till en annan utvecklades 1973 av Herbert Boyer och Stanley Cohen, forskare vid University of California, San Francisco respektive Stanford University. Paret överförde en bit DNA från en bakteriestam till en annan, vilket möjliggjorde antibiotikaresistens i de modifierade bakterierna. Året efter införde två amerikanska molekylbiologer, Beatrice Mintz och Rudolf Jaenisch, främmande genetiskt material i musembryon i det första experimentet för att genetiskt modifiera djur med hjälp av genteknik.

Forskare modifierade också bakterier för att användas som mediciner. 1982 syntetiserades humant insulin från genetiskt konstruerade E coli bakterier, blir den första genetiskt konstruerade humana medicinen godkänd av FDA, enligt Rangel.

Genetiskt modifierad mat

Det finns fyra primära metoder för att genetiskt modifiera grödor, enligt Ohio State University:

• Selektiv avel: Två plantorstammar introduceras och avlas för att producera avkommor med specifika egenskaper. Mellan 10 000 och 300 000 gener kan påverkas. Detta är den äldsta metoden för genetisk modifiering och ingår normalt inte i GMO-livsmedelskategorin.
• Mutagenes: Växtfrön utsätts medvetet för kemikalier eller strålning för att mutera organismerna. Avkomman med önskade egenskaper hålls och avlas ytterligare. Mutagenes ingår inte vanligtvis i GMO-livsmedelskategorin.
• RNA-interferens: Enskilda oönskade gener i växter inaktiveras för att ta bort oönskade egenskaper.
• Transgener: En gen tas från en art och implanteras i en annan för att införa ett önskvärt drag.

De två sista metoderna som anges betraktas som typer av genteknik. Idag har vissa grödor genomgått genteknik för att förbättra grödorna, motståndskraften mot insektsskador och immunitet mot växtsjukdomar samt för att införa ökat näringsvärde, enligt FDA. På marknaden kallas dessa genetiskt modifierade eller GMO-grödor.

"GMO-grödor gav mycket löfte när det gäller att lösa jordbruksfrågor", säger Nitya Jacob, grödforskare vid Oxford College of Emory University i Georgia.

Den första genetiskt konstruerade grödan som godkändes för odling i USA var Flavr Savr-tomaten 1994. (För att odlas i USA måste genetiskt modifierade livsmedel accepteras av både Miljöskyddsbyrån (EPA) och FDA.) ny tomat hade en längre hållbarhet tack vare deaktiveringen av genen som får tomater att börja bli squishy så snart de plockas. Tomaten lovades också att ha förbättrad smak, enligt University of California Division of Agriculture and Natural Resources.

I dag är bomull, majs och sojabönor de vanligaste grödorna som odlas i USA. Nästan 93 procent av sojabönorna och 88 procent av majsgrödorna är genetiskt modifierade, enligt FDA. Många GMO-grödor, såsom modifierad bomull, har konstruerats för att vara resistenta mot insekter, vilket avsevärt minskar behovet av bekämpningsmedel som kan förorena grundvatten och den omgivande miljön, enligt U.S. Department of Agriculture (USDA).

Under de senaste åren har den utbredda odlingen av GMO-grödor blivit allt mer kontroversiell.

"Ett problem är GMO: s påverkan på miljön," sade Jacob. "Till exempel kan pollen från GMO-grödor driva till fält av icke-GMO-grödor såväl som till ogräsbestånd, vilket kan leda till att icke-GMO: er får GMO-egenskaper på grund av korsbestämning."

En handfull stora bioteknologiföretag har monopoliserat GMO-grödindustrin, sade Jacob, vilket gör det svårt för enskilda småskaliga jordbrukare att tjäna sitt liv. Men även om vissa jordbrukare kan drivas ur verksamhet, de som arbetar med bioteknikföretagen kan skörda de ekonomiska fördelarna med ökade grödor och minskade bekämpningsmedelkostnader, har USDA sagt.

Märkning av GMO-livsmedel är viktigt för en majoritet av befolkningen i USA, enligt undersökningar som gjorts av Consumer Reports, The New York Times och The Mellman Group. Människor som är starkt för GMO-märkning anser att konsumenterna bör kunna bestämma om de vill köpa genetiskt modifierade livsmedel.

Men, sade Jacob, det finns inga tydliga vetenskapliga bevis på att genetiskt modifierade organismer är farliga för människors hälsa.

Genmodifierande djur och människor

Idag uppfödas djur ofta selektivt för att förbättra tillväxthastigheten och muskelmassan och uppmuntra sjukdomsresistens. Till exempel har vissa linjer kycklingar som odlas för kött uppfödts för att växa 300 procent snabbare idag än de gjorde på 1960-talet, enligt en artikel från 2010 publicerad i Journal of Anatomy. För närvarande är inga animaliska produkter på marknaden i USA, inklusive kyckling eller nötkött, genetiskt konstruerade, och därför klassificeras ingen som GMO- eller GE-livsmedelsprodukter.

Under de senaste decennierna har forskare genetiskt modifierat labbdjur för att avgöra hur bioteknik en dag kan hjälpa till att behandla mänsklig sjukdom och reparera vävnadsskador hos människor, enligt National Human Genome Research Institute. En av de nyaste formerna av denna teknik kallas CRISPR (uttalas "crisper").

Tekniken bygger på förmågan hos det bakteriella immunsystemet att använda CRISPR-regioner och Cas9-enzymer för att inaktivera främmande DNA som kommer in i en bakteriecell. Samma teknik gör det möjligt för forskare att rikta in en specifik gen eller grupp av gener för modifiering, säger Gretchen Edwalds-Gilbert, docent i biologi vid Scripps College i Kalifornien.

Forskare använder CRISPR-teknik för att söka efter botemedel mot cancer och för att hitta och redigera enskilda DNA-delar som kan leda till framtida sjukdomar hos en individ. Stamcellterapi kan också utnyttja genteknik, i regenerering av skadad vävnad, till exempel från en stroke eller hjärtattack, sade Edwalds-Gilbert.

I en mycket kontroversiell studie påstår åtminstone en forskare att ha testat CRISPR-tekniken på mänskliga embryon med målet att eliminera potentialen för vissa sjukdomar. Den vetenskapsmannen har mött hård granskning och sattes under husarrest i deras hemland Kina under en tid.

Det moraliska dilemmaet

Tekniken kan finnas tillgänglig, men borde forskare genomföra genetiska modifieringsstudier hos människor? Det beror, säger Rivka Weinberg, professor i filosofi vid Scripps College.

"När det gäller något som en [ny] teknik måste du tänka på avsikten och olika användningar av den," sade Weinberg.

Majoriteten av medicinska prövningar för behandlingar som använder genteknik utförs på samtyckande patienter. Men genteknik på ett foster är en annan historia.

"Experiment på mänskliga ämnen utan deras samtycke är i sig naturligt problematiskt," sade Weinberg. "Det finns inte bara risker, [utan också] riskerna kartläggs inte. Vi vet inte ens vad vi riskerar."

Om nästa generations teknik var tillgänglig och visat sig vara säker, skulle invändningarna mot att testa den hos människor vara minimala, sade Weinberg. Men det är inte fallet.

"Det stora problemet med alla dessa experimentella tekniker är att de är experimentella," sade Weinberg. "En av de främsta orsakerna till att människor blev så förskräckta av den kinesiska forskaren som använde CRISPR-teknik på embryon är för att det är ett så tidigt stadium av experiment. Det är inte genteknik. Du experimenterar bara med dem."

De allra flesta förespråkare för genteknik inser att tekniken inte är redo att testas på människor ännu och uppger att processen kommer att användas för gott. Målet med genetisk modifiering, sade Jacob, "har alltid varit att ta itu med de problem som för närvarande står inför det mänskliga samhället."

Vidare läsning:

• Läs svar på Världshälsoorganisationens vanliga frågor om GMO-livsmedel.
• Se "Hur man gör en GMO" av Chelsea Powell, på Harvard Universitys doktorandblogg.
• Läs mer om mänsklig genetisk modifiering från Center for Genetics and Society.