Genomin muokkaus on kestävän elintarvikeketjun apuväline

Monet uudet genomin muokkausmenetelmät perustuvat CRISPR/Cas-täsmäaseen eli geenisaksien käyttöön. Yksi osoitus geenisaksien erinomaisuudesta on koronarokote, jonka markkinoille tulon nopeus yllätti ja epäilyttikin monia. Uusilla tekniikoilla voidaan saavuttaa muitakin etuja. Genomissa voidaan hallitusti korvata, lisätä tai poistaa halutun kokoisia DNA-jaksoja.

Jos muokataan vain organismin omaa DNA:ta, lopputuotteeseen ei jää lainkaan vierasta DNA:ta. Organismiin tuotu vieras DNA voidaan kohdentaa täsmällisesti ilman odottamattomia, kenties haitallisia muutoksia. Näin päästään eroon geenitekniikkoihin yleisesti liitetyistä huolenaiheista. Uudet tekniikat ovat lisäksi helppokäyttöisiä ja kustannustehokkaita, kun samanaikaisesti pystytään tekemään monia muutoksia.

Kohteena mikrobit, kasvit ja eläimet

Muuntelun kohteina voivat olla niin mikrobit, kasvit kuin eläimetkin. Euroopan komission 2021 julkaiseman selvityksen mukaan uusilla tekniikoilla on muokattu etupäässä Yhdysvalloissa ja Kiinassa runsaasti kasveja, mutta paljon myös eläimiä. Viljakasvit muodostavat ylivoimaisesti suurimman ryhmän, mutta uusia menetelmiä on käytetty myös öljy- ja kuitukasveilla, vihanneksilla, juureksilla, hedelmillä ja palkokasveilla.

Muuntelun tavoitteet eivät välttämättä ole muuttuneet. Elintarvikealalla tärkeä tavoite on kestävä elintarvikeketju. Suurimmat vaikutusmahdollisuudet nähdään alkutuotannossa, jonka on sopeuduttava ilmastonmuutokseen ja uusiin tautipaineisiin sekä vaatimuksiin vähentää torjunta-aineiden ja muiden kemikaalien käyttöä.

Eniten on muokattu taudin- ja tuholaiskestävyyttä. Muita ominaisuuksia ovat sato ja ympäristöstressien sekä kasvinsuojeluaineiden sieto. Kaupalliseen vaiheeseen on kuitenkin edennyt vain öljykoostumukseltaan muokattu soijapapu ja verenpaineen alentamiseen tähtäävä tomaatti. Mikrobeista kaupallisessa vaiheessa on maissin siemeniin ympättävä, typpeä yhteyttävä bakteeri. Eläimillä on parannettu lihan määrää ja laatua sekä tautien ja muiden stressien kestävyyttä.

Tomaattia on muokattu monin tavoin

Tomaatti on terveyspommi, joka sisältää C-vitamiinia, pro-vitamiini-A:ta, folaattia, kaliumia, flavonoideja ja lykopeeniä. Samalla se on yksi eniten taudeista kärsivistä viljelykasveista. Tomaatti on genomiltaan yksinkertaisempi kuin monet muut viljelykasvit. Sen genomi tunnetaan hyvin, joten se soveltuu erinomaisesti muokattavaksi.

TautiHaittaeliö
Bakteeritaudit
BakteerilaikkuXanthomonas
TäplätautiPseudomonas syringae
Sienitaudit, oomykeetit
HarmaahomeBotrytis cinerea
Tomaatin(juuri)näiveteFusarium oxysporum
TomaattihärmäOidium sp.
TomaattiruttoPhytophthora infestans
Virustaudit
KeltakäppyrälehtivirusTYLCV
TomaattimosaiikkivirusTMV
Taudinkestävyyttä on muokattu tomaatissa CRISPR-tekniikalla

CRISPR-tekniikalla on kehitetty tomaatin kestävyyttä useille taudinaiheuttajille (taulukko). Eräät tärkeät karanteenituhoojat, kuten tomaatin rengaslaikkuvirus, odottavat kuitenkin vielä ratkaisua. CRISPR-tekniikalla on parannettu tomaatin kestävyyttä kuivuutta, suolaisuutta, kylmyyttä, kuumuutta ja uv-stressiä vastaan. Myös hedelmän kokoa, väriä ja kauppakestävyyttä, lykopeenin, beta-karoteenin ja GABA:n pitoisuutta, kasvin kokoa ja muotoa sekä siemenettömyyttä on muokattu.

Ympäristöystävällistä eläintuotantoa

Eläinten terveydentila heijastuu tuottavuuteen, joten geenimuokkauksella on kehitetty taudinkestäviä eläimiä. Afrikkalaista sikaruttovirusta ei ole todettu Suomessa, mutta Ruokaviraston mukaan uhka sen leviämisestä Suomen lähialueilta on kasvanut. Pahkasiasta kopioitu RELA-geeni antoi sialle osittaisen suojan tautia vastaan. Naudalle on puolestaan saatu aikaan suoja tuberkuloosia vastaan.

Rehun heikko sulavuus lisää ympäristön fosfori- ja typpikuormaa. Nyt on kehitetty sikoja, joiden sylkirauhaset vapauttavat rehua pilkkovia ja fosforia vapauttavia entsyymejä. Sikojen kasvunopeus ja rehun muuntosuhde paranivat merkitsevästi, ja ulosteeseen päätyi jopa 45 prosenttia vähemmän typpeä ja fosforia.

Vesiviljely on maailmanlaajuisesti nopeimmin kasvava ruuantuotantotapa. Vuonna 2018 sen osuus kalan kokonaistuotannosta oli lähes puolet. Kestävää vesiviljelyä on tavoiteltu esimerkiksi lohen genomin muokkauksella. Tärkeimpiä haasteita ovat taudit sekä haitalliset ympäristövaikutukset, kuten villikantojen geneettinen kontaminaatio. Geenimuokkauksella pyritään muun muassa nujertamaan lohitäi ja kehittämään sukusoluttomia tai steriilejä lohia.

Mikrobeja muokataan ahkerasti

CRISPR-tekniikkaa on sovellettu jo vuosia bakteereihin ja sieniin, mitä edistää niiden perimän pieni koko ja yksinkertaisuus. Tekniikan edut hyödynnetään esimerkiksi erilaisten proteiinien ja arvokkaiden pienimolekyylisten yhdisteiden tuotannossa.

Muita esimerkkejä ovat haittageenien (antibioottiresistenssi, toksiinit) eliminointi ja haluttujen metaboliittien tuotannon käynnistäminen. Esimerkiksi Japani ei vaadi turvallisuusarviointia muokatuista mikrobeista, joissa ei ole vierasta geeniainesta. Siksi on vaikea tietää, kuinka paljon niitä ja niiden tuotteita on jo markkinoilla.

EU-lainsäädäntö tienhaarassa

Uusilla genomin muokkaustekniikoilla saatavat organismit kuuluvat EU:ssa GMO-lainsäädännön piiriin. Määritelmän mukaan ”uudet tekniikat” on otettu käyttöön tai kehitetty vuoden 2001 jälkeen.

EU:n komission keväällä 2021 julkaisemassa selvityksessä todetaan, ettei lainsäädäntö ole pysynyt tieteellisen kehityksen mukana. Komissio onkin valmistelemassa uudistusta kohdennetulla mutaatioiden tuottamisella ja sisäisillä geeninsiirroilla aikaansaaduille kasveille. Tavoitteena on kohtuullistaa lainsäädäntö siten, että ihmisen ja ympäristön turvallisuuden varmistamisen lisäksi saadaan innovaatioista koituvat hyödyt.

Keskeinen haaste on, että organismia voi olla mahdoton tunnistaa GMO:ksi, jos siinä ei ole vierasta DNA:ta ja vastaavat muutokset voidaan saada aikaan perinteisellä jalostuksella. Ei ole perusteltua säädellä samanlaisia tuotteita eri tavoin vain siksi, että ne on kehitetty eri menetelmillä.

Nykyisen tilanteen kestämättömyys ilmenee muun muassa siinä, että EFSA pyytää palvelulaboratorioilta varmistusta siitä, ettei mikrobi ole geenimuunneltu, vaikka kehittyneilläkään perimän analysoinnin menetelmillä vierasta DNA:ta tai odottamattomia geeniyhdistelmiä ei löydy.

Oman lisänsä lainsäädännön uudistamistarpeeseen tuo, ettei asiassa ole kansainvälistä yksituumaisuutta. EU:n toimijat voivat joutua epäreiluun kilpailutilanteeseen, jos muualla tuotteet on vapautettu GMO-säätelystä. Tekniikan kehitys on johtanut tilanteeseen, jossa on avoimesti pohdittava elintarvikkeiden turvallisuusarvioinnin kriteerit.