Gene-Silencing und der "arktische" Apfel (Op-Ed)

Margaret Mellon ist eine Beraterin für Wissenschaftspolitik, die auf Nahrungsmittel und Landwirtschaft spezialisiert ist. Sie hat diesen Artikel zu Live Science beigetragen Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights.

Die Biotechnologie geht in den Garten Eden. Ein kanadisches Unternehmen, Okanagan Specialty Fruits, bietet einen gentechnisch veränderten Apfel an, der nach dem Quetschen oder Schneiden nicht braun wird. Das US-Landwirtschaftsministerium scheint kurz davor zu sein, den so genannten "arktischen" Apfel zu deregulieren, so dass er ohne weitere Aufsicht gepflanzt und verkauft werden kann. Das Unternehmen wird die Äpfel nicht gentechnisch kennzeichnen, sondern die Früchte unter der arktischen Apfelmarke verkaufen.

Für viele Menschen scheint eine reduzierte Bräunung nicht so eine große Sache zu sein. Die neuen Äpfel werden nicht billiger sein, besser schmecken oder weniger giftige Chemikalien enthalten als herkömmliche Äpfel. Aber Okanagan hofft, dass der Apfel den frisch geschnittenen Apfelschnitzeln, der Lebensmittelindustrie und den Verbrauchern gefallen wird, die nicht in der Lage sind, in Scheiben geschnittene Äpfel mit Zitronensaft zu bestreuen. [GMOs: Fakten über genetisch veränderte Lebensmittel]

Es ist noch nicht klar, wie verlockend die arktischen Äpfel sein werden. Cut-Apple-Prozessoren machen nur einen kleinen Teil der Apfelindustrie aus. Züchter von frischen Äpfeln - der viel größere Teil der Industrie - befürchten, dass gentechnisch veränderte Äpfel unerwünschte Kontroversen auslösen und vielleicht das Image des Apfels als traditionell gesundes Produkt trüben könnten. Auch einige Verbraucher mögen die Bräunung als einen Indikator für Frische schätzen.

Gene Silencing: Die nächste Welle von gentechnisch veränderten Pflanzen

Was auch immer die Herausforderungen für die Apfelindustrie sind, der arktische Apfel wirft ein viel größeres Problem für die Öffentlichkeit auf: Wie kann man die Risiken der nächsten großen Welle von gentechnisch veränderten Pflanzen und Lebensmitteln bewerten?

Ist der arktische Apfel ein Risiko für Gesundheit und Umwelt? Im Moment weiß die Regierung nichts davon. Denn der arktische Apfel ist das Produkt komplexer neuer Gentechnologie-Techniken, die das USDA gerade lernt zu bewerten.

Im Gegensatz zu früheren Cut-and-Spleiß-Techniken, die sich auf DNA konzentrieren, basieren die neuen Techniken auf der Manipulation von RNA-Molekülen.

RNA-Moleküle erkennen und binden an DNA-Sequenzen, wenn Zellen ihre routinemäßigen Aktivitäten ausführen. Organismen sind wie Orchester; Sie funktionieren nur dann gut, wenn jedes Instrument (oder Gen) spielt, wann es soll und auf der richtigen Ebene ist.

Herauszufinden, wie die Zehntausende von Genen, aus denen Organismen bestehen, zur richtigen Zeit auf den richtigen Ebenen spielen, war ein Hauptaugenmerk der Molekularbiologen in den letzten 15 Jahren. Craig Mello und Andrew Fire wurden 2006 mit dem Nobelpreis für die bahnbrechende Entdeckung geehrt, dass doppelsträngige RNA (dsRNA) Gene lähmen und beeinflussen kann, welche genetischen Instrumente wann spielen.

Seitdem haben Wissenschaftler viele weitere Arten von RNA entdeckt, die an der genetischen Orchestrierung beteiligt sind, butdsRNA bleibt für diese Prozesse von zentraler Bedeutung. Genetische Ingenieure können jetzt Gen-Silencing verwenden, um die Expression von Genen zurück zu wählen. Der arktische Apfel wurde entwickelt, um die Polyphenoloxidase (PPO) -Enzyme, die für das Braunwerden von Apfelfleisch nach dem Schneiden der Früchte verantwortlich sind, zum Schweigen zu bringen.

Bedenken, Gene auszuschalten

Gibt es einen Grund, sich Sorgen zu machen, Gene auszuschalten? Ja. RNA-Manipulationen können dazu führen, dass andere Gene als die, auf die sie zielen, ausgeschaltet oder ausgeschaltet werden.

Wie konnte das passieren? Nun, wie in Kommentaren zum USDA über den arktischen Apfel vom Zentrum für Lebensmittelsicherheit ausgeführt, stellt sich heraus, dass viele Gene ähnliche oder sogar identische DNA-Abschnitte enthalten. Eine dsRNA, die auf ein Gen ausgerichtet ist, könnte diese anderen Gene abschalten oder abschalten. Ähnliche DNA-Abschnitte können in nicht verwandten Genen gefunden werden, die um das Genom verstreut sind oder, wie im Falle des arktischen Apfels, in einer Familie von Genen, die eng mit den Zielgenen verwandt sind.

Die PPO-Gene, die in Äpfeln eine Bräunung verursachen, gehören zu einer Familie von 10 oder 11 eng verwandten Genen. Der Prozess von Okanagan zielt nur auf vier der Gene ab, aber da die Gensequenzen sehr ähnlich sind, wird es wahrscheinlich Auswirkungen auf alle haben.

Wieso spielt das eine Rolle? PPO-Genfamilien erfüllen mehrere Funktionen in Pflanzen. Über die PPO-Genfamilie in Äpfeln ist wenig bekannt, aber in anderen Pflanzen ist bekannt, dass PPO-Gene Schädlings- und Stressresistenz verstärken. Dies wirft die Frage auf, ob nicht-bräunende Apfelbäume anfälliger für Krankheiten sind und mehr Pestizide benötigen als herkömmliche Äpfel - und ob sie diese Vulnerabilität auf andere Apfelbäume übertragen könnten.

Die Petition des Unternehmens an das USDA zur Deregulierung untersuchte jedoch nicht die PPO-Genfunktionen der Äpfel - mit Ausnahme der Bräunung - und maß auch nicht die PPO-Genexpression in den untransformierten Äpfeln, um sie mit denen in den transformierten Äpfeln zu vergleichen.

Okanagans Petition bezüglich seines Apfels hat auch nicht analysiert, ob es unbeabsichtigt Gene außerhalb der PPO-Familie zum Schweigen gebracht hat. Zusätzlich zu der mangelhaften Charakterisierung des gentechnisch veränderten Apfels hat die Bewertung von Okanagan einen kurzen Prozess auf mögliche Auswirkungen auf Wildbestäuber und Honigbienen, menschliche Ernährung und Unkrautbildung gegeben.

Den Umgang mit Gen-Silencing in den Griff bekommen

Die erstaunliche Unzulänglichkeit der Risikobewertung des arktischen Apfels ist weitgehend die Schuld des USDA. Die Agentur akzeptierte einfach, was das Unternehmen ihr gab und benötigte keine spezifischen Informationen über die Risiken des Gen-Silencing.

Die US-amerikanische Food and Drug Administration, die freiwillige Lebensmittelsicherheitsüberprüfungen von gentechnisch veränderten Lebensmitteln anbietet, hat ihren Ansatz zur Bewertung von Gen-Silencing-Risiken noch nicht veröffentlicht.

Die FDA und das USDA benötigen neue Protokolle zur Bewertung dieser komplexen neuen Technologien. Die moderne Genomforschung bietet Wissenschaftlern leistungsfähige Werkzeuge, um Nicht-Zielgene zu identifizieren, die durch Gen-Silencing ausgeschaltet werden könnten.

Die U.S.Environmental Protection Agency hat letzten Januar einen Schritt in die richtige Richtung unternommen, indem Experten einberufen wurden, um die Fähigkeit dieser Agentur zu untersuchen, dsRNA-Moleküle, die als Pestizide verwendet werden, zu bewerten. Nachdem der Ausschuss einige der Möglichkeiten aufgezeigt hatte, wie Gen-Silencing zur Bekämpfung von Schädlingen schiefgehen könnte, kam er zu dem Schluss, dass die bewährten Methoden der EPA zur Bewertung chemischer Pestizide nicht geeignet seien, solche Risiken zu bewerten, und dass neue Ansätze, einschließlich Genomik, benötigt würden.

Das USDA und die FDA sollten ihre eigenen Expertengremien zum Gen-Silencing einberufen. Sobald die Experten ein Brainstorming darüber durchgeführt haben, wie Gene-Silencing-Technologien in den Bereichen Umwelt und Lebensmittelsicherheit ausflippen könnten, werden die Komitees Empfehlungen geben können, wie die Risiken der neuen Technologien bewertet werden können. Dann werden das USDA und die FDA wissen, welche Informationen von Okanagan und anderen Unternehmen benötigt werden, um ihre Produkte zu bewerten.

Bis solche Workshops stattfinden und Bewertungsprotokolle entwickelt werden, sollte die US-Regierung die Zulassung von Produkten, die auf Gen-Silencing basieren, zurückhalten.

Lass uns klüger als Eve sein und nicht in diesen Apfel beissen, bis wir wissen, ob ein Wurm drin ist.

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