Златен ориз - Биология
Златен ориз (Златен ориз) е сорт ориз, който е разработен чрез генно инженерство и съдържа значително увеличено количество бета-каротин (провитамин А) в оризовите зърна. Бета-каротинът води до златистожълтия цвят на оризовите зърна.
Златният ориз е разработен от Инго Потрикус и Питър Бейер от 1992 г. Според собствените им изявления Потрик и Бейер искат да намерят ефективно средство за лечение на недостиг на витамин А, който е често срещан в развиващите се страни в Азия. Първите резултати са публикувани през 2000 г. [1]
Тъй като златният ориз е произведен чрез зелено генно инженерство, самият златен ориз, подобно на консорциума зад него (Проектът Златен ориз) спорен.
Генетични и биохимични основи
Генетичната променливост на ориза е твърде малка, за да се увеличи съдържанието на β-каротин с конвенционалните методи за развъждане. За да се увеличи съдържанието, трябва да се използва генно инженерство. [2]
Непроменена биосинтеза на каротин в ориза
Молекулата геранилгеранил дифосфат (GGPP) е на входа на биосинтеза на каротин. β-каротинът се нарича още провитамин А, тъй като е предшественик на витамин А (ретинол) и се превръща във витамин А (ретинол) в човешкото тяло.
Наличието на GGPP ограничава всички следващи стъпки в образуването на каротин в растението. Две GGPP молекули се комбинират от ензима фитоен синтаза (PSY), за да образуват една фитоенова молекула. За да може фитоенът да се превърне в β-каротин, той трябва да претърпи редица други химически трансформации. Тези преобразувания се катализират от специфични допълнителни ензими. По-специално трябва да присъстват растителните ензими фитоен десатураза (PDS), ζ-каротин десатураза (ZDS) и каротин-цис-транс-изомераза (CRTISO). Трите ензима образуват фитоен всички-транс-Ликопен. Тази молекула е с червен цвят. Аллес-транс-Ликопенът в крайна сметка ще бъде превърнат в β-каротин от β-ликопен циклаза (β-LCY).
Трите ензима PDS, ZDS и CRTISO се образуват в зелените части на растението, особено листата на оризовото растение. Там те участват в образуването на каротин. В самото оризово зърно (ендосперма) обаче ензимите са напълно или почти напълно регулирани надолу. Следователно жълтият β-каротин не се образува в оризовото зърно; оризът изглежда бял.
Генетични промени в златния ориз
Целта на генетичните промени беше да има координиран набор от ензими, експресирани в оризовия ендосперм толкова силно, че бета-каротинът се образува в значителна степен.
За да се ускори превръщането на GGPP във фитоен, съответният ензим от нарциса (NpPSY от Нарцис псевдонарцис) избран. Също така беше известно, че дезатуразата crtI от бактерията Erwinia uredovora (ново име: Pantoea ananatis) трите ензима PDS, ZDS и CRTISO за превръщане на фитоена във всички-транс-Може да замести ликопен. Също и за по-нататъшната трансформация на всичко-транс-Ликопенът в бета-каротин първоначално се поставя върху β-ликопен циклаза, получен от нарциса (NpLCY). Описаният по-горе прототип на Златния ориз съдържа три извънземни гена (NpPSY, NpLCY и crtI).
Използваните гени бяха поставени под контрола на промоторите на глутелин. Тези промотори работят само в ендосперма. По този начин допълнителното производство на бета-каротин беше ограничено до оризовото зърно. Прототипът на златния ориз е получен за първи път под формата на сорта Taipei 309 Japonica.
На златни оризови растения, които имат гена на β-ликопен циклаза на нарциса (NpLCY) липсваше - червеното всичко-транс-Ликопенът в оризовите зърна не трябва да се превръща в жълт бета-каротин - но беше установено, че оризовите зърна са жълти вместо червени. По-нататъшни изследвания показват, че в пътуващата досперма има активна β-ликопен циклаза, която преобразува ликопена в β-каротин с достатъчна скорост. The NpLCY-Така че генът на нарцисите не е бил необходим. The Златен ориз 1 следователно съдържа само двата извънземни гена като по-нататъшно развитие на прототипа NpPSY и crtI.
След по-нататъшни изследвания фитоен синтазата на нарциса се оказа по-малко ефективна от фитоен синтазата на царевицата (Zea mays). Тъй като това е ензимът, ограничаващ скоростта, новият вариант Златен ориз 2 съответния царевичен ген ZmPSY използва се вместо гена от нарциса. [3] [4]
Прием на бета-каротин от хора
Въпреки че приемът на достатъчно количество мазнини с храната увеличава абсорбцията на β-каротин, също така е известно, че количеството, необходимо за това, е много малко, [5] и че дефицитът на витамин А увеличава абсорбцията. Освен това оризът е основният източник на липиди в обществата, които ядат ориз. Първоначалните експерименти показват, че абсорбцията на β-каротин от златен ориз е високо ефективна. [6] Проучване, публикувано през 2009 г. от Американско дружество за хранене установи, че степента на биоконверсия на златния ориз е много по-полезна от тази на други растителни източници на β-каротин. Дори нормалната дневна порция може да покрие 50% от нуждите от витамин А. [7]
Изследване на китайски деца, публикувано през 2012 г., установи, че β-каротинът от златист ориз е толкова ефективен, колкото чистият β-каротин в масло и по-ефективен от спанака при осигуряването на витамин А. 100 до 150 g варен златен ориз (50 g суров) могат да покрият около 60% от дневните нужди. [8-ми]
История на развитие и състояние на проекта
Полираният ориз практически не съдържа бета-каротин, който тялото може да използва, за да произведе жизненоважния витамин А. По-специално, децата с оризова храна с малко разнообразие следователно са изложени на риск от дефицит на витамин А. Традиционните методи за отглеждане на растения не успяват да увеличат съдържанието на бета-каротин до средата на 80-те години.
Ingo Potrykus (ETH-Цюрих) и Peter Beyer (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) започват да разработват златен ориз през 1992 г. Първите положителни резултати (доказване на концепцията) са постигнати през 1999 г. и първите резултати са публикувани на следващата година. [1] Изобретателите са патентовали златния ориз. За да предприемат стъпка от изобретение към продукт, за което Potrykus и Beyer не са получили достатъчна обществена подкрепа, те продават патента на Zeneca (сега Syngenta). В замяна на това Zeneca/Syngenta предостави лиценз за „хуманитарни действия“, както и технологична и друга подкрепа като част от публично-частно партньорство. Като предпоставка за действителното производство на златен ориз, 70 патентни права върху използваните процеси трябваше да бъдат получени от 32 притежатели на патенти. Тъй като Златният ориз трябваше да се продава без лицензионни такси, притежателите на патенти трябваше да се съгласят на безплатна употреба. Тази задача беше решена от частния партньор за около половин година. Syngenta започва да разработва „търговска“ линия от златен ориз въз основа на придобития патент, но по-късно прекратява разработката. [9]
По време на тази фаза проектът получи финансова подкрепа от Фондация Рокфелер, Агенцията на САЩ за международно развитие и Фондация Сингента, но не и от европейски или организации на ООН. [9]
Одобрението на генетично модифицирано растение е свързано с редица условия и доказателства за молекулярната генетична структура и функция на трансгените. Трябва да бъдат премахнати маркери-гени с антибиотична резистентност и да се предоставят доказателства за подредената интеграция на трансгените на златния ориз в оризовия геном. По-специално, трансгените (а) могат да присъстват само в едно копие и (б) да не се променят, (в) те трябва да бъдат защитени срещу неволно изразяване, (г) не могат да нарушат съществуващите експресивни механизми и (д) нито да активират съседни гени или експресионни сигнали нито инактивират, (f) не им е позволено да активират нито един мобилен ген, който присъства и (g) показват само стабилна експресия при предвидените скорости и при предписаните условия. Процесът изисква производство и анализ на стотици отделни генетични събития. Syngenta извърши тази работа като част от своя търговски проект „Златен ориз“ и дари резултатите на хуманитарния проект, когато приключи. Тази работа най-накрая идентифицира подходящ набор от трансгени Златен ориз около 2003/2004. [9]
През 2004 г. започнаха успешни полеви тестове в Луизиана, САЩ, за да се тества стабилността на трансформационното събитие. Златни оризови семена са изпратени във Виетнам, Индия и Филипините (Международен институт за изследване на ориза и PhilRice) за отглеждане на растения. Доставките са извършени в съответствие с разпоредбите на Протокола от Картахена. Отнемаха до две години, за да се получат разрешителните, някои от които бяха политически противоречиви. В края на 2008 г. бяха заявени първите полеви тестове в развиваща се страна. Златният ориз беше кръстосан в местни сортове; бяха извършени тестовете, необходими за одобрение като култивирано растение. През 2009 г. излизането на пазара в трите държави се очаква през 2011 г. [9] [10]
Теренни изпитания във Филипините
Изследване, публикувано през 2004 г., стигна до заключението, че използването на златен ориз във Филипините няма да премахне напълно ефектите от недохранването с витамин А (слепота, повишена смъртност). Следователно златният ориз не трябва да се използва като заместител, а като допълнение към други програми за подобряване на доставките на микроелементи за населението. Предварителните оценки предполагат, че ще настъпят подобрения в здравеопазването с икономическа стойност от 16 до 88 милиона щатски долара (DALY). Фондовете за научноизследователска и развойна дейност, използвани тук, се очаква да имат възвръщаемост на инвестициите от 66% до 133%. [11]
Първият полеви тест във Филипините беше завършен през септември 2011 г. Подготвят се допълнителни тестови насаждения в различни региони на страната. През 2012 г. Институтът за изследване на ориза на Филипинското правителство (PhilRice) изчисли, че до 2014 или 2015 г. всички тестове, необходими за широкото пускане на пазара, ще бъдат завършени. След това данните ще бъдат изпратени на съответните регулаторни органи за оценка. [12]
Тестове в Бангладеш
През януари 2012 г., по искане на държавния институт за изследване на ориза в Бангладеш (BRRI), правителството на Бангладеш одобри поредица от тестове върху златен ориз. Решението беше предшествано от месеци обсъждания в правителството. [13]
Бъдещо приложение
Възможност за преминаване в местни сортове
За разлика от повечето други (търговски одобрени) свойства на генетично модифицираните растения, тези на златния ориз са разработени от академична, германско-швейцарска изследователска група. Компаниите, които подкрепиха проекта и сега притежават редица патенти, допринесоха за това изследване, но сами се отказаха от финансовите приходи. [14]
След преминаване в местни сортове, златният ориз може да се размножава от самите фермери и без лиценз.
Прогнозирани ефекти върху здравето и благосъстоянието
Предварително социално-икономическо проучване заключава, че въвеждането на златен ориз може да предотврати висок процент от заболяванията и смъртните случаи, причинени от дефицит на витамин А, особено при малки деца, и че Златен ориз 2 дори при песимистични предположения с разходи под 20 щатски долара на година спасен живот (DALY) е значително по-евтино от добавките (134-599 щатски долара). Общо в Индия всяка година могат да бъдат спасени 40 000 живота. При оптимистични предположения разходите биха били 3 щатски долара на ден. Причината за тези ниски разходи е безпроблемното повторно използване и разпределение на семената от посевите сред фермерите. [15] Предварително проучване за възможните ефекти върху Филипините стига до същото заключение, че златният ориз не може напълно да реши проблемите с дефицита на витамин А, но може значително да подобри здравето на хората (вж. По-горе). [16]
Андерсън и колеги изчисляват, че печалбите на златния ориз в световен мащаб през 2005 г. се основават на симулация на над 15 милиарда щатски долара годишно. Най-голямата сума ще отиде за Азия. Важен механизъм в този модел е повишената производителност на труда, особено на бедните азиатци, чрез подобряване на здравето. [17] [18]
Syngenta обяви през 2005 г., че е успяла да увеличи съдържанието на витамин А в "Златен ориз 2" с 23 пъти в сравнение с 2000 г. Консумирането на само 70 грама на ден би могло да отговори на нуждите на човек. [19]
Противоречие
За златния ориз има няколко противоречия, които се провеждат с вниманието на обществеността и експертите.
Критика на проекта
Критика за възпрепятстване на проекта
Първото одобрение първоначално се очаква през 2002 г. Инго Потрикус обвинява изключително високите и необосновани с научна гледна точка пречки за годините на закъснения. [9]
Критика на клиничните проучвания
През февруари 2009 г. група от 20 учени разкритикува факта, че златният ориз е бил тестван в клинични проучвания при възрастни и деца с дефицит на витамин А, без да преминава през официален регулаторен процес. По-конкретно, беше критикувано, че златният ориз не е бил изследван в сравнително проучване върху животни предварително, въпреки че в научната литература няколко пъти е показано, че ретиноидите (производни на β-каротина) могат да причинят вродени дефекти. Подписващите отвореното писмо виждат в тези опити нарушение на етичния кодекс на Нюрнберг, въведен в края на Втората световна война, за да се предотвратят злоупотреби с научни експерименти върху възрастни и особено деца. [22]
Друга група учени описаха твърденията като неоправдани в непубликувано писмо до редактора до Daily Mail. Твърденията дойдоха от лагера на радикални противници на генното инженерство, които бяха готови да накарат милиони хора да умрат и ослепят, за да постигнат земеделие без ГМО. Откакто е разработен златният ориз, 15 милиона повече хора са починали от дефицит на витамин А, отколкото при Холокоста. Изследванията на потреблението са проведени в съответствие с най-високите етични стандарти и в съответствие с Нюрнбергския кодекс. Експериментите не са по-рисковани от това да дадете на децата малък морков за ядене, тъй като те съдържат приблизително същото количество бета каротин. [23]
Съподписател на отвореното писмо определи реакцията на поддръжниците на Златния ориз като агресивна и неуважителна. Проектът „Златен ориз“ е своеобразен „троянски кон“ за преодоляване на съпротивата на по-бедните страни към генетично модифицирани растения. [24]
През 2012 г. Грийнпийс повдигна въпроса дали децата и техните родители, участващи в китайското проучване на въздействието, са били информирани за потенциалните рискове и критикува факта, че преди това не са провеждани експерименти с животни. [25] Биоетикът Артър Каплан (Нюйоркският университет) не смята критиката за основателна. Той посочва, че според публикация в търговско списание изследването е одобрено от Медицинския център „Туфтс“ и комисия по етика от университета в Жеджианг. Родителите и децата също са дали съгласието си за участие. [26] [8] Междувременно трима китайски изследователи, участващи в проекта, са освободени от своите позиции. Обвинени сте в нарушаване на разпоредби, етични правила и научна почтеност. [27]