Genmodifisering

Genmodifisering. Genmodifiserte vindrueplanter dyrket i glassrør ved Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof, i Siebeldingen, Tyskland. 130 genmodifiserte planter av hvitvinsdruesortene Dornfelder, Riesling og Seyval Blanc testes her for soppresistens. Bildet er hentet fra papirleksikonet Store norske leksikon, utgitt 2005-2007.

Av /NTB Scanpix ※.
Bakteriecelle
Bakteriecelle
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Genmodifisering er en samlebetegnelse for mange ulike teknikker som innebærer endring av cellens genetiske sammensetning, altså en endring i DNA.

Faktaboks

Uttale
g'enmodifisˈering
Etymologi

av gen og modifisere, altså forandre eller endre litt på gener

Også kjent som
genmanipulering

En organisme som har fått endret sitt arvestoff gjennom genmodifisering kalles en genetisk modifisert organisme (GMO). Ofte har endringen bestått av å overføre et gen eller flere fra en organisme som tilhører en annen art. Denne endringen vil føre til endrede egenskaper hos organismen som mottar genet eller genene. En slik endring kan innebære å fjerne effekten av et eksisterende gen.

Man kan også tilføre et nytt gen og dermed en ny egenskap, som for eksempel å gjøre korn resistente mot sprøytemiddel. Omtrent 80 prosent av alle genmodifiserte organismer er korn som har fått tilført slik resistens mot sprøytemiddel. Dyr og planter med ekstra genmateriale kalles transgene.

Definisjonen på genmodifisering varierer i ulike land. I Norge er det genteknologiloven som regulerer fremstilling og bruk av genmodifiserte organismer. Det finnes flere ulike metoder for genmodifisering. Her beskrives i hovedsak tradisjonell genmodifisering.

Metoder

Den vanligste formen for genmodifisering er genspleising. Det kan enkelt forklares med at man kutter opp en DNA-tråd og «limer» eller spleiser inn en ny DNA-tråd. En slik DNA-tråd som stammer fra flere ulike kilder kalles en rekombinant DNA-tråd. Det rekombinante DNA-molekylet kan så føre til endringer i en organismes arvemateriale og resultere i en ny egenskap. Det krever at det tilførte DNA-fragmentet blir overført til organismen og senere oppkopiert ved celledeling.

Rekombinant DNA blir produsert ved en klipp-og-lim-lignende metode ved bruk av enzymer som gjør det mulig kutte på et spesifikt sted i et DNA-molekyl, og senere lime inn det nye DNA-fragmentet ved bruk av en annen type enzymer. Metoden er kjent som genspleising. Kuttene som blir laget i DNA-molekylet er utformet slik at de kan skjøtes sammen i begge ender med DNA-et som det settes inn i. På denne måten kan fragmentet «limes» inn i for eksempel et bakterieplasmid ved bruk av en enzymtype kalt ligase.

Anvendelse

Genmodifiserte planter

Genmodifiserte planter er enten produsert for økt overlevelse i ulike utfordrende miljøer, eller tilført nye egenskaper som for eksempel endret næringsinnhold. Genmodifiserte planter kom på markedet allerede på 1990-tallet i form av en tobakksplante som var resistent mot plantevirus. De genmodifiserte plantene ble som regel definert som transgene da genene som ble tilført plantene stort sett stammet fra ulike arter. De vanligste egenskapene som ble tilført planter var enten resistens mot sprøytemidler eller planter som var i stand til å motstå angrep fra insekter ved å produsere insektsgifter. Dagens genmodifiserte planter har fortsatt i hovedsak disse to egenskapene.

Det mest kjente eksemplet på en genmodifisert plante med endret næringsinnhold er gyllen ris (golden rice). Gyllen ris har fått tilført en egenskap som gjør at den kan lage betakaroten, et stoff som omdannes til A-vitamin i kroppen hos mennesker. Betakaroten finnes blant annet i gulrøtter og er det som gir den oransje fargen til både gulrøtter og gyllen ris. Gyllen ris ble utviklet i 1999 for å motvirke A-vitaminmangel. Det var en vanlig mangelsykdom blant mange befolkningsgrupper som basert kostholdet sitt på ris, spesielt i utviklingsland. A-vitaminmangel gir redusert immunforsvar og blindhet hos barn.

Genmodifiserte dyr

Genmodifiserte dyr blir hovedsakelig brukt i forskning. Ved å overføre sykdomsfremkallende gener til forsøksdyr kan forskere studere sykdommer som finnes hos mennesker for å utvikle nye behandlingsmetoder.

Mus er mye brukt som forsøksdyr. Ved bruk av genmodifiserte mus kan man for eksempel studere hvilken type funksjon ett spesifikt gen har i ulike typer celler, og hvordan genet reguleres. Ved genregulering menes det hvordan ett gen slås av eller på i en celle, og hvor mye som eventuelt produseres av ett gen. Dette betyr for eksempel hvor mye av ett spesifikt protein som dannes under ulike forhold eller i ulike celler.

Resultater fra forsøk med modellorganismer som genmodifiserte mus er ikke alltid overførbart til menneskets fysiologi. Det brukes derfor også andre typer forsøksdyr med større likhetstrekk med mennesket, som for eksempel gris.

Genmodifiserte mikroorganismer

Mikroorganismer som bakterier, alger og gjærsopper brukes hyppig i både forskning og i produksjon av ulike kjemiske forbindelser. Ved bruk av rekombinant DNA kan mikroorganismer brukes til å produsere blant annet insulin som brukes i behandling av diabetes. Muligheten for å produsere insulin med en genmodifisert bakterie var revolusjonerende for diabetesbehandlingen, da alternativet var å høste insulin fra griser eller storfe. Flere pasienter utviklet allergiske reaksjoner mot insulin som stammet fra gris eller storfe ettersom menneskelig insulin er litt ulikt insulin fra dyr.

Mikroorganismer vil sannsynligvis ha en sentral plass i den kommende bioøkonomien. Store mengder mikroorganismer kan produseres på kort tid og på relativt små areal grunnet størrelsen og den korte generasjonstiden. Fornybare ressurser kan utnyttes i større grad ved bruk av genmodifiserte mikroorganismer og slik bidra til økt bærekraft ved industriell produksjon av blant annet dyrefôr og biodrivstoff.

Kontrovers og etikk

Hvorvidt bruken av GMO er etisk korrekt eller ikke, har blitt diskutert siden de første GMO-organismene ble fremstilt. I grove trekk har diskusjonen ofte vært knyttet til et kost-nytte-prinsipp, der man utforsker om risikoen ved fremstilling og bruk av GMO kan forsvares ved den mulige positive effekten. Et eksempel er genetisk modifisering av planter som produserer antistoffer til behandling av Ebola. Det diskuteres om slike kost-nytte-analyser gir godt nok bilde av de mulige konsekvensene ved bruk og fremstilling av GMO.

En av kontroversene knyttet til GMO er usikkerheten knyttet til den mulige påvirkningen en genmodifisert organisme kan ha ved frislipp i naturen. Til tross for at det stort sett er relativt lav sannsynlighet for at GMO-arvemateriale kan overføres til «naturlige» organismer, er det ikke umulig. Skadepotensialet ved spredning av for eksempel antibiotikaresistens er betydelig. Alternativt kan en «naturlig» plante få en uønsket evne til å være resistent mot ugressmidler, og ukontrollerbar vekst kan forårsake store ubalanser i naturen.

Regelverk

I dagens teknologisamfunn utvikles det stadig nye metoder innenfor genteknologien. Det kan være utfordrende å skille mellom hva som defineres som GMO og andre metoder som fører til endringer av en organismes arvestoff. Et eksempel er genredigering. Hovedforskjellen mellom tradisjonell GMO og genredigering er presisjonsnivået. Ved GMO-metoder blir hele gener tilført en organismes arvestoff, mens ved genredigering kan endringen være så liten som å bytte en nukleotide med en annen. Selv små endringer i en organismes arvestoff vil kunne føre til endrede egenskaper grunnet treffsikkerheten til de nye metodene, som for eksempel CRISPR.

Med de nye metodene kommer det nye utfordringer, blant annet da det kan gjøres så små endringer at det er mulig de nye organismene ikke kan skilles fra naturlige variasjoner. Det eksisterer allerede organismer som har blitt endret ved bruk av genredigering som ikke defineres som GMO. Disse organismene er da heller ikke underlagt regelverket for GMO.

EU-regelverk

I hvor stor grad en genmodifisert organisme blir oppfattet som samfunnsnyttig har betydning for hvordan GMO mottas av forbrukere og reguleres. EU-regelverket for regulering av genmodifiserte organismer skal sørge for sikkerheten ved utvikling og bruk av genmodifiserte organismer, og forhindre uønskede helse- og miljøeffekter. Regelverket inkluderer blant annet tydelig merking, sporbarhet og risikovurdering av GMO-produkter. Lovgivningen er delt inn i ulike direktiver og forordninger som tar for seg spesifikke temaer, som for eksempel regulering av GMO i menneskemat og dyrefôr.

I 2021 fastslo EU-kommisjonen at GMO-regelverket var utdatert for dagens bruk og at det heller ikke inkluderte nyere genteknologiske metoder. Behovet for oppdatering av GMO-regelverket ble undersøkt og i 2023 kom det forslag til endringer fra EU-kommisjonen.Et av de sentrale forslagene var at GMO-planter som var identiske med naturlige forekommende varianter av planter ikke skal regulerers. Det betyr at en genmodifisert plante i praksis ikke vil defineres som en GMO-plante så lenge den ikke kan skilles fra en «naturlig» plante eller en plante som kunne blitt produsert ved tradisjonell avl.

Dette til tross for at GMO-plantene ble brukt i mat og dyrefôr. Det innebærer at det ikke kreves risikovurdering ved bruk av GMO-planter i disse tilfellene, med noen unntak. Forslagene ble mottatt med svært blandede reaksjoner av medlemslandene og det endelige regelverket er ikke fastsatt.

Norsk genteknologilov

Genteknologiloven er det norske regelverket for genmodifiserte organismer. Genteknologiloven skal sørge for etisk, samfunnsmessig forsvarlig og bærekraftig fremstilling og bruk av både genmodifiserte organismer og klonede dyr. Dette lovverket gjelder i alle tilfeller der genmodifiserte organismer blir fremstilt, inkludert privat bruk.

Historie

Nukleotider er byggesteiner i arvestoffet
Arvestoffet er bygget opp av små byggesteiner kalt nukleotider. Øverste delen av figuren er en skjematisk framstilling av DNA-tråden hvor nukleotidene er representert ved de fire boktavene A, T, C og G. Bokstavene er baser som er en av de tre bestanddelene i en nukleotid. De to andre er fostat og sukker som her vises som rød og blå stav på over- og undersiden av bokstavene. Nederste del av figuren viser hvordan DNA-tråden er tvunnet rundt seg selv og danner en spiral. Her vises basene som staver som går inn mot midten av spiralen.
Nukleotider er byggesteiner i arvestoffet
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Domestiseringen eller temmingen av ville ulver for 15 000 år siden kan sies å ha vært menneskets første forsøk på genetisk modifisering av en annen organisme. Mennesker har selektert eller valgt ut spesifikke egenskaper ved planter som gav dem et fortrinn i enkelte miljøer i over 10 000 år. Senere har det også blitt gjort selektering på bakgrunn av mer estetiske egenskaper. Som oftest førte ikke egenskapene som ble selektert frem til økt miljøtilpassing for organismen, men resulterte heller i en gevinst for mennesket. Tradisjonelle avlsmetoder var tidkrevende, gjorde det ikke mulig å oppnå endringer som var veldig spesifikke og begrenset seg til naturlige forekommende varianter.

Forståelse av genetikk

For at utviklingen av genmodifiserte organismer skulle muliggjøres, trengtes det mer grunnleggende kunnskap om arv av egenskaper. Den østerrikske munken Johann Gregor Mendel har blitt kalt for «genetikkens far» for arbeidet med krysningsforsøk, der ulike varianter av erteblomster ble krysset eller paret med hverandre. I 1866 publiserte han resultatene sine der han hadde undersøkte arv av egenskaper fra generasjon til generasjon. I Mendels arvelover blir blant annet mekanismene bak dominant og recessiv (vikende) arv beskrevet. Mendels arbeid har hatt stor verdi for forskere innenfor genetikken. Til tross for at hverken DNA eller gener var beskrevet i hans levetid, er Mendels arvelover fortsatt relevante.

Mendels forskning ble ikke allment kjent før på 1900-tallet, og i mellomtiden utviklet den tyske zoologen August Weismann sine teorier om kimplasmaet som han publiserte i 1886. Kimplasmaet var en arvesubstans som ble videreført i kimcellene (kjønnscellene) fra generasjon til generasjon, som skilte seg fra utviklingen av de generelle kroppscellene. Mekanismene bak kimplasmateorien ble senere bekreftet som genene lagret i kromosomene som arves fra foreldrene til deres avkom. I dag regnes ikke lenger videreføring eller seleksjon av egenskaper via avl som genmodifisering.

Moderne genmodifisering og rekombinante DNA-molekyler

En rekke gjennombrudd innenfor genetikken banet veien mot den første genetiske modifiserte organismen etter nåtidens definisjoner. I 1954 ble strukturen til DNA-molekylet fremstilt av den britiske fysikeren Rosalind Franklin, og beskrevet av fysikeren Francis Crick og biologen James Watson. I 1957 beskrev Francis Crick hvordan informasjon lagret i genene kom til uttrykk via DNA til proteiner.

Det var likevel ikke før i 1971 at den amerikanske biokjemikeren Paul Berg ble den første forskeren som produserte et menneskeskapt rekombinant DNA-molekyl. DNA-molekylet fikk betegnelsen rekombinant da Berg kombinerte en DNA-bit tilhørende et bakterievirus med en bit av DNA-et til et virus som hadde en ape som vert. Teknikken han utviklet under eksperimentet ble kjent som genspleising. For dette arbeidet mottok Paul Berg i 1980 Nobelprisen i Kjemi, en pris han delte med Walter Gilbert og Frederick Sanger. Paul Berg var en aktiv deltager i den pågående debatten om hvilke begrensninger eksperimentelt arbeid med rekombinant DNA burde ha, og i 1970 kom de første offisielle retningslinjene.

Produksjon av rekombinant protein i mikroorganismer, med humant insulin som eksempel
1. Genet som koder for ønsket protein isoleres eller syntetiseres.
2. Gensekvensen limes in i et ekspresjonsplasmid, et plasmid som inneholder alle DNA elementene nødvendig for at genet kan uttrykkes effektivt i cellen.
3. Plasmidet settes inn i en vertscelle.
4. Mikroorganismen dyrkes opp i en bioreaktor under betingelser tilpasset den spesielle mikroorganismen til kulturen har nådd høy celletetthet.
5. Mikroorganismen produserer rekombinant protein.
6. Det ønskede proteinet renses ut.
Av /Bioteknologirådet.

Begynnelsen på bioteknologien

Den første menneskeskapte genetiske modifiserte organismen var resultatet av et samarbeid mellom den amerikanske biokjemikeren Herbert W. Boyer og den amerikanske medisinske forskeren Stanley N. Cohen. De forsøkte å skape et rekombinant DNA-molekyl som replikerte (kopierte) seg naturlig slik at nye bakterieceller også inneholdt det rekombinerte DNA-et. Dette ville bety at man kun trengte å gjennomføre metoden hos en naturlig forekommende bakteriepopulasjon som etter genspleisingen ville dele seg og føre til nye generasjoner med genmodifiserte bakteriepopulasjoner. De to forskerne møtte flere utfordringer, og både løsningen og starten på samarbeidet kom da de begge deltok på et møte om plasmider.

Boyer og Cohen oppdaget at de kunne spleise gener på bakterieplasmid, DNA-et som finnes hos blant annet bakterier. Da DNA-et som eksisterer som et plasmid er skilt fra det kromosomale DNA-et (arvestoffet) til bakterier, har det også evnen til å replikere uavhengig av DNA-et på kromosomet. I tillegg oppdaget de at plasmidet som helhet måtte inneholde gener som var sentrale for bakterienes overlevelse for at det rekombinerte plasmidet skulle beholdes og replikeres under celledelingen. Dette løste de ved å utføre genspleisingen med et plasmid som allerede inneholdt gener som førte til antibiotika-resistens. Ved å senere dyrke opp disse bakteriene i et miljø som inneholdt antibiotika, overlevde kun de bakteriene som var et resultat av en suksessfull DNA-rekombinering.

Når milepælen ved å produsere en selv-replikerende genmodifisert bakterie var nådd, forsøkte Boyer og Cohen å bevise at det var mulig å overføre genetisk materiale på tvers av arter. De fikk til å overføre et DNA-fragment fra en Stafylokokk-bakterie til en E. coli-bakterie. Senere brøt de enda en barriere ved å overføre DNA-fragmenter fra en Sørafrikansk frosk til en E. coli-bakterie. Da Boyer og Cohen først hadde funnet en fungerende metode for genspleising, ble den raskt tatt i bruk av flere selskaper. Selv om allmennheten var skeptiske og til og med redde for kloning og metodene var omstridte, ble dette starten på utviklingen av bioteknologi-bransjen.

Forskere som arbeidet med de nye genspleisings-metodene innså tidlig potensialet for å bruke teknologien i sykdomsbehandling. Både nyoppstått sykdom og medfødte mangeltilstander kunne i enkelte tilfeller behandles ved å overføre humane gener til bakterieceller som produserte for eksempel insulin, hormonet som mangler helt eller delvis ved diabetes. Humant insulin ble tilgjengelig i 1982 som et resultat av en samarbeidsavtale mellom firmaene Eli Lilly and Company og Genentech hvor Boyer var en av grunnleggerne. I de etterfølgende årene har metodene blitt en dagligdags del av forskningsverdenen. Det har og blitt produsert flerfoldige GMO-organismer som har ført til fordeler for mennesker i form av blant annet korn som tåler innsektsmidler.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg