Zlatá ryža - biológia
Zlatá ryža (Zlatá ryža) je odroda ryže, ktorá bola vyvinutá genetickým inžinierstvom a obsahuje významne zvýšené množstvo beta-karoténu (provitamín A) v ryžových zrnkách. Betakarotén vedie k zlatožltej farbe ryžových zŕn.
Zlatú ryžu vyvinuli Ingo Potrykus a Peter Beyer od roku 1992. Podľa vlastných vyhlásení chceli Potrycus a Beyer nájsť účinný prostriedok na odstránenie nedostatku vitamínu A, ktorý je bežný v rozvojových krajinách Ázie. Prvé výsledky boli zverejnené v roku 2000. [1]
Keďže zlatá ryža bola vyrobená zeleným genetickým inžinierstvom, samotná zlatá ryža, podobne ako jej konzorcium (Projekt Zlatá ryža) kontroverzné.
Genetické a biochemické základy
Genetická variabilita ryže je príliš malá na to, aby sa pri bežných šľachtiteľských metódach zvýšil obsah β-karoténu. Ak sa má obsah zvýšiť, musí sa použiť genetické inžinierstvo. [2]
Nezmenená biosyntéza karoténu v ryži
Molekula geranylgeranyl difosfát (GGPP) je pri vstupe do biosyntézy karoténu. β-karotén sa tiež nazýva provitamín A, pretože je prekurzorom vitamínu A (retinol) a v ľudskom tele sa mení na vitamín A (retinol).
Dostupnosť GGPP obmedzuje všetky nasledujúce kroky pri tvorbe karoténu v rastline. Dve molekuly GGPP sa kombinujú pomocou enzýmu fytoénsyntázy (PSY) za vzniku jednej molekuly fytoénu. Aby sa z fytoénu stal β-karotén, musí prejsť mnohými ďalšími chemickými transformáciami. Tieto premeny sú katalyzované špecifickými ďalšími enzýmami. Predovšetkým musia byť prítomné rastlinné enzýmy fytoén desaturáza (PDS), ζ-karotén desaturáza (ZDS) a karotén-cis-trans-izomeráza (CRTISO). Všetky tri enzýmy tvoria fytoén-trans-Lykopén. Táto molekula má červenú farbu. Alles-trans-Lykopén sa nakoniec prevedie na β-karotén pomocou β-lykopéncyklázy (β-LCY).
Tri enzýmy PDS, ZDS a CRTISO sa tvoria v zelených častiach rastliny, najmä v listoch, rastliny ryže. Tam sa podieľajú na tvorbe karoténu. V samotnom ryžovom zrne (endosperme) sú však enzýmy úplne alebo takmer úplne down-regulované. Žltý β-karotén sa preto netvorí v ryžovom zrne; ryža sa javí ako biela.
Genetické zmeny v zlatej ryži
Cieľom genetických zmien bolo dosiahnuť, aby koordinovaný súbor enzýmov exprimovaných v endosperme ryže bol taký silný, že sa vo významnej miere vytvára betakarotén.
Aby sa urýchlila premena GGPP na fytoén, musí sa zodpovedajúci enzým z narcisu (NpPSY z Narcissus pseudonarcissus) zvolený. Bolo tiež známe, že desaturáza crtI z baktérie Erwinia uredovora (nový názov: Pantoea ananatis) tri enzýmy PDS, ZDS a CRTISO na premenu fytoénu na všetky-trans-Môže nahradiť lykopén. Aj na ďalšiu premenu všetkých-trans-Lykopén v beta-karoténe sa pôvodne umiestnil na p-lykopéncyklázu pochádzajúcu z narcisu (NpLCY). Vyššie opísaný prototyp zlatej ryže preto obsahoval tri cudzie gény (NpPSY, NpLCY a crtI).
Použité gény boli umiestnené pod kontrolu glutelínových promótorov. Títo promotéri fungujú iba v endosperme. Dodatočná výroba betakaroténu sa tak obmedzila na ryžové zrno. Prototyp zlatej ryže bol prvýkrát prijatý v podobe odrody Taipei 309 Japonica.
Na zlatých ryžových rastlinách, ktoré majú gén β-lykopéncyklázy narcisu (NpLCY) chýbal - červený celý-trans-Lykopén v ryžovom zrne nemal konvertovať na žltý betakarotén - zistilo sa však, že ryžové zrná boli namiesto červenej žlté. Ďalšie výskumy ukázali, že v cestovnom dávkovači je aktívna β-lykopéncykláza, ktorá dostatočnou rýchlosťou premieňa lykopén na β-karotén. The NpLCY-Gén narcisov teda nebol potrebný. The Zlatá ryža 1 preto obsahuje iba dva cudzie gény ako ďalší vývoj prototypu NpPSY a crtI.
Podľa ďalších výskumov sa fytoénsyntáza narcisu ukázala byť menej efektívna ako fytoénsyntáza kukurice (Zea mays). Pretože toto je enzým obmedzujúci rýchlosť, nový variant Zlatá ryža 2 zodpovedajúci gén kukurice ZmPSY použitý namiesto génu z narcisu. [3] [4]
Príjem betakaroténu človekom
Aj keď príjem dostatočného množstva tuku spolu s jedlom zvyšuje absorpciu β-karoténu, je tiež známe, že potrebné množstvo je veľmi malé [5] a nedostatok vitamínu A zvyšuje absorpciu. Okrem toho je ryža hlavným zdrojom lipidov v spoločnostiach konzumujúcich ryžu. Počiatočné experimenty ukazujú, že absorpcia β-karoténu zo zlatej ryže je vysoko efektívna. [6] Štúdia zverejnená v roku 2009 agentúrou Americká spoločnosť pre výživu zistili, že miera biokonverzie zlatej ryže bola oveľa prospešnejšia ako iné rastlinné zdroje β-karoténu. Aj bežná denná porcia dokáže pokryť 50% potreby vitamínu A. [7]
Štúdia čínskych detí publikovaná v roku 2012 zistila, že β-karotén zo zlatej ryže je rovnako účinný ako čistý β-karotén v oleji a pri poskytovaní vitamínu A účinnejší ako špenát. 100 až 150 g varenej zlatej ryže (50 g nevarenej) môže pokryť asi 60% dennej potreby. [8]
História vývoja a stav projektu
Leštená ryža neobsahuje prakticky žiadny betakarotén, ktorý môže telo použiť na výrobu vitálneho vitamínu A. Najmä preto, že deti s ryžou sú málo rozmanité, sú vystavené riziku nedostatku vitamínu A. Tradičným metódam šľachtenia rastlín sa podarilo zvýšiť obsah betakaroténu až v polovici 80. rokov.
Ingo Potrykus (ETH-Zürich) a Peter Beyer (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) začali vyvíjať zlatú ryžu v roku 1992. Prvé pozitívne výsledky (dôkaz koncepcie) sa dosiahli v roku 1999 a prvé výsledky boli zverejnené v nasledujúcom roku. [1] Vynálezcovia si dali zlatú ryžu patentovať. S cieľom urobiť krok od vynálezu k produktu, pre ktorý Potrykus a Beyer nedostali dostatočnú podporu verejnosti, predali patent spoločnosti Zeneca (teraz Syngenta). Na oplátku Zeneca/Syngenta poskytli licenciu na „humanitárnu prácu“, ako aj na technologickú a ďalšiu podporu v rámci verejno-súkromného partnerstva. Ako podmienka skutočnej výroby zlatej ryže bolo potrebné získať 70 patentových práv na použité postupy od 32 majiteľov patentov. Pretože sa zlatá ryža mala predávať bez licenčných poplatkov, držitelia patentov museli súhlasiť s bezplatným používaním. Túto úlohu súkromný partner vyriešil asi za pol roka. Spoločnosť Syngenta začala na základe získaného patentu vyvíjať „komerčný“ rad zlatej ryže, vývoj však neskôr ukončila. [9]
Počas tejto fázy získal projekt finančnú podporu Rockefellerova nadácia, Agentúra Spojených štátov pre medzinárodný rozvoj a Nadácia Syngenta, nie však európske alebo OSN organizácie. [9]
Schválenie geneticky modifikovanej rastliny súvisí s mnohými podmienkami a dôkazmi o molekulárnej genetickej štruktúre a funkcii transgénov. Museli sa napríklad odstrániť markerové gény s rezistenciou na antibiotiká a bolo treba poskytnúť dôkazy o riadnej integrácii transgénov zlatej ryže do genómu ryže. Najmä transgény (a) mohli byť prítomné iba v jednej kópii a (b) nemohli byť zmenené, (c) museli byť zabezpečené proti neúmyselnej expresii, (d) nemohli narušiť existujúce mechanizmy expresie a (e) neaktivovať susedné gény ani expresné signály ani deaktivovať, (f) nesmeli aktivovať žiadne prítomné mobilné gény a (g) vykazovali stabilnú expresiu iba pri predpokladaných rýchlostiach a za predpísaných podmienok. Tento proces vyžadoval produkciu a analýzu stoviek jednotlivých genetických udalostí. Spoločnosť Syngenta vykonala túto prácu v rámci svojho komerčného projektu Zlatá ryža a po ukončení darovala výsledky humanitárnemu projektu. Táto práca nakoniec identifikovala vhodnú sadu transgénov Golden Rice okolo roku 2003/2004. [9]
V roku 2004 sa v americkej Louisiane začali úspešné terénne testy na testovanie stability transformácie. Semená zlatej ryže boli zaslané do Vietnamu, Indie a na Filipíny (International Rice Research Institute a PhilRice) na šľachtenie rastlín. Dodávky sa uskutočňovali v súlade s ustanoveniami Kartagenského protokolu. Získanie povolení trvalo až dva roky, niektoré boli politicky kontroverzné. Na konci roku 2008 boli v rozvojovej krajine požiadané o prvé terénne testy. Zlatá ryža bola krížená do miestnych odrôd; boli vykonané testy potrebné na schválenie ako kultivovanej rastliny. V roku 2009 sa uvedenie na trh v týchto troch krajinách predpokladalo v roku 2011. [9] [10]
Poľné skúšky na Filipínach
Štúdia zverejnená v roku 2004 dospela k záveru, že použitie zlatej ryže na Filipínach úplne neodstráni účinky podvýživy vitamínu A (slepota, zvýšená úmrtnosť). Zlatá ryža by sa preto nemala používať ako náhrada, ale ako doplnok k iným programom na zlepšenie prísunu mikroživín do populácie. Predbežné odhady predpokladajú zlepšenie zdravotného stavu v hodnote od 16 do 88 miliónov dolárov v ekonomickej hodnote (DALY). Predpokladá sa, že tu použité prostriedky na výskum a vývoj budú mať návratnosť investícií od 66% do 133%. [11]
Prvý poľný test na Filipínach bol dokončený v septembri 2011. Pripravujú sa ďalšie testovacie výsadby v rôznych regiónoch krajiny. V roku 2012 odhadoval filipínsky vládny inštitút pre výskum ryže (PhilRice), že do roku 2014 alebo 2015 budú dokončené všetky testy potrebné na široké uvedenie na trh. Údaje by sa potom zaslali na posúdenie príslušným regulačným orgánom. [12]
Testy v Bangladéši
V januári 2012 vláda Bangladéša na žiadosť štátneho Bangladéšskeho výskumného ústavu pre ryžu (BRRI) schválila sériu testov na zlatú ryžu. Rozhodnutiu predchádzali mesiace rokovaní vo vláde. [13]
Budúca aplikácia
Možnosť prechodu na miestne odrody
Na rozdiel od väčšiny ostatných (komerčne schválených) vlastností geneticky modifikovaných rastlín vyvinula zlatá ryža akademická nemecko-švajčiarska výskumná skupina. Spoločnosti, ktoré projekt podporili a ktoré sú v súčasnosti tiež držiteľmi niektorých patentov, spolupracovali na tomto výskume, sami však predchádzali finančné príjmy. [14]
Po prechode na miestne odrody si môžu zlatú ryžu množiť samotní poľnohospodári a bez licencie.
Predpokladané účinky na zdravie a dobré životné podmienky
Predbežná sociálno-ekonomická štúdia dospela k záveru, že zavedenie zlatej ryže by mohlo zabrániť vysokému percentu chorôb a úmrtí spôsobených nedostatkom vitamínu A, najmä u malých detí, a že Zlatá ryža 2 aj za pesimistických predpokladov s nákladmi menej ako 20 USD na rok zachráneného života (DALY) je výrazne lacnejší ako doplnok (134 - 599 USD). Celkovo možno v Indii každý rok zachrániť 40 000 životov. Za optimistických predpokladov by náklady predstavovali 3 USD na DALY. Dôvodom týchto nízkych nákladov je bezproblémové opätovné použitie a distribúcia osiva z plodín medzi poľnohospodármi. [15] Štúdia ex ante o možných dopadoch na Filipíny prichádza k rovnakému záveru, že zlatá ryža nemôže úplne vyriešiť problémy s nedostatkom vitamínu A, ale môže výrazne zlepšiť zdravie ľudí (pozri vyššie). [16]
Anderson a kolegovia odhadli globálne prírastky zlatej ryže na blahobyte v roku 2005 na základe simulácie viac ako 15 miliárd dolárov ročne. Najväčšie množstvo by išlo do Ázie. Dôležitým mechanizmom v tomto modeli je zvýšená produktivita práce, najmä chudobných Aziatov, vďaka zlepšeniu zdravia. [17] [18]
Spoločnosť Syngenta v roku 2005 oznámila, že sa jej podarilo v porovnaní s rokom 2000 zvýšiť obsah vitamínu A v „Golden Rice 2“ až 23-krát. Spotreba iba 70 gramov denne by dokázala uspokojiť potreby človeka. [19]
Polemika
O zlatej ryži sa vedie niekoľko polemík, ktoré sa vedú s pozornosťou verejnosti a odborníkov.
Kritika projektu
Kritika marenia projektu
Prvé schválenie sa pôvodne očakávalo v roku 2002. Ingo Potrykus viní za roky oneskorenia mimoriadne vysoké a vedecky neopodstatnené prekážky schvaľovania. [9]
Kritika klinických štúdií
Vo februári 2009 skupina 20 vedcov kritizovala skutočnosť, že zlatá ryža bola testovaná v klinických štúdiách u dospelých a detí s nedostatkom vitamínu A bez toho, aby prešli oficiálnym regulačným procesom. Kritizovalo sa najmä to, že zlatá ryža nebola vopred skúmaná v porovnateľnej štúdii na zvieratách, hoci sa vo vedeckej literatúre viackrát ukázalo, že retinoidy (deriváty β-karoténu) môžu pravdepodobne spôsobiť vrodené chyby. Signatári otvoreného listu vidia v týchto pokusoch porušenie etického kódexu Norimbergu, ktorý bol zavedený na konci druhej svetovej vojny s cieľom zabrániť zneužívajúcim vedeckým experimentom na dospelých a najmä na deťoch. [22]
Ďalšia skupina vedcov označila obvinenia za neopodstatnené v nezverejnenom liste redaktorovi pre Daily Mail. Obvinenia pochádzali z tábora radikálnych odporcov genetického inžinierstva, ktorí boli pripravení nechať zomrieť a oslepnúť milióny ľudí, aby dosiahli poľnohospodárstvo bez GMO. Odkedy bola vyvinutá zlatá ryža, zomrelo na nedostatok vitamínu A o 15 miliónov viac ľudí ako pri holokauste. Štúdie spotreby boli vykonané podľa najvyšších etických štandardov a v súlade s Norimberským kódexom. Pokusy nie sú o nič riskantnejšie ako dať deťom jesť malú mrkvu, pretože obsahujú približne rovnaké množstvo beta karoténu. [23]
Spoluzakladateľ otvoreného listu označil reakciu priaznivcov Golden-Rice za agresívnu a neúctivú. Projekt Zlatá ryža je akýmsi „trójskym koňom“, ktorý má prekonať odpor chudobnejších krajín voči geneticky modifikovaným rastlinám. [24]
V roku 2012 Greenpeace nastolil otázku, či boli deti a ich rodičia zapojení do čínskej štúdie vplyvu informovaní o možných rizikách, a kritizoval skutočnosť, že predtým sa neuskutočnili žiadne pokusy na zvieratách. [25] Bioetik Arthur Caplan (New York University) nepovažuje kritiku za oprávnenú. Poukazuje na to, že podľa publikácie v odbornom časopise bola štúdia schválená Tufts Medical Center a etickou komisiou Zhejiang University. Rodičia a deti tiež vyjadrili súhlas s účasťou. [26] [8] Medzitým boli z ich pozícií prepustení traja čínski vedci zapojení do projektu. Obviňujú vás z porušenia predpisov, etických predpisov a vedeckej integrity. [27]