Að undanförnu hefur talsvert verið rætt um kosti og galla erfðabreyttra lífvera í fjölmiðlum og meðal almennings og stjórnmálamanna. Oft hefur umræðan einkennst af töluverðri vanþekkingu, sem er iðulega undanfari fordóma. Í þessu greinarkorni reyni ég að útskýra erfðabreytingar og erfðabreyttar lífverur á alþýðlegan hátt í þeirri veiku von að einhverjir hafi gagn og gaman af.

Ef við skilgreinum hugtakið “erfðabreyting” mjög vítt má segja að það taki til allra breytinga, sem orðið geta á erfðaefni lífveru. Með erfðaefni er átt við þær sameindir í frumum lífvera, sem flytja erfðaboð, þ.e. upplýsingar um hvernig búa eigi til prótein, svo sem ensím, á milli kynslóða. Þetta efni er kjarnsýran DNA (deoxyribose nucleic acid) eða deoxyríbósakjarnsýra. Myndað er nákvæmt afrit af erfðaefninu þegar fruma skiptir sér. Því er skipt upp í starfseiningar, gen, sem hver um sig býr yfir upplýsingum um myndun einhvers ákveðins próteins. Í flestum bakteríum er aðeins ein, hringlaga DNA sameind, sem er ekki aðskilin frá öðrum frumuhlutum en í heilkjörnungum eru margar, þráðlaga DNA sameindir, litningar, sem hýstar eru í kjarna frumunnar.

Hver tegund á jörðinni hefur sitt einstaka genasafn og þar með sitt einstaka próteinsafn. Breytingar á litningum eða einstökum genum geta leitt til breytinga á próteinsafninu og er þetta undirstaða þróunar lífsins. Ef breytingin leiðir til þess að lífslíkur einstaklingsins, sem erfir hana, aukast, má búast við því að hann arfleiði afkvæmi sín að breytingunni. Leiði breytingin til þess að lífslíkurnar minnki má á hinn bóginn búast við að einstaklingurinn eignist fá og jafnvel engin afkvæmi og þar með hverfur breytingin úr viðkomandi stofni. Loks getur breytingin verið hlutlaus, þ.e. hvorki aukið né minnkað lífslíkur þess einstaklings, sem erfir hana.

Rétt er að benda á að hjá lífverum, sem fjölga sér með kynæxlun, geta eingöngu breytingar á kynfrumum eða kynfrumumóðurfrumum gengið að erfðum. Engin hætta er t.d. á því að breyting á húðfrumu einstaklings (og þar með allra dótturfrumna viðkomandi húðfrumu) erfist til afkvæma viðkomandi einstaklings.

Helstu gerðir erfðabreytinga

Ef við höldum okkur við víðustu skilgreiningu á erfðabreytingu eru helstu flokkar erfðabreytinga eftirfarandi:

1. Endurröðun erfðaefnis við rýriskiptingu, sem hefur svipuð áhrif og þegar spil eru stokkuð. Hér kann ýmsa að reka í rogastans en ég minni á að ég ætla að reyna að útskýra erfðabreytingar á sem víðastan hátt.

Í heilkjörnungum, sem minnst var á áðan, eru litningarnir oft í pörum þar sem annar litningurinn í parinu kemur frá móður einstaklingsins en hinn frá föður. Slíkar lífverur eru sagðar vera tvílitna eða 2n þar sem n er einföld litningatala (litningamengi) einstaklingsins. Hjá okkur er n = 23 og 2n þar með 46. Allar okkar kynfrumur eru því með 23 litninga en aðrar líkamsfrumur með 46. Við kynfrumumyndun helmingast litningatalan við ferli, sem kallast rýriskipting (meiósa) og enn fremur parast litningarnir, þar sem annar litningurinn í parinu kemur frá föður en hinn með samsvarandi gen kemur frá móður. Þegar litningarnir hafa parað sig skiptast þeir á genum í ferli sem kallast endurröðun. Þannig verður til ný útgáfa af hverjum litningi með blöndu erfðaefnis foreldra okkar, þar sem hver útgáfa er einstök. Þetta er ein meginskýringin á fjölbreytni lífheimsins og ein af undirstöðum þróunar lífsins eins og lýst er hér að ofan.

2. Breytingar á litningahlutum eða litningafjölda. Hér getur verið um það að ræða að einstök gen falli brott eða bætist við en einnig geta heilir litningar bæst við eða horfið í kynfrumum. Þetta gerist vegna mistaka í meiósunni, sem er reyndar furðunákvæm og býr yfir margs konar viðgerðarhæfileikum. Oftast nær er þetta banvænt eða skerðir lífslíkur einstaklinganna verulega, þannig að breytingarnar ganga ekki að erfðum. Þó eru til undantekningar, svo sem meðal margra plöntutegunda, þar sem fjöllitnun (aukinn fjöldi litninga) er algeng. Þetta hafa menn nýtt sér við kynbætur á nytjaplöntum og má t.d. benda á að nútíma hveiti er sexlitna (6n). Hér má því í rauninni tala um erfðabreytingar af manna völdum.

3. Stökkbreytingar eru breytingar, sem verða á einstökum genum. Þær eru oftast hlutlausar, þ.e. lenda á óvirku erfðaefni eða breytingin hefur ekki áhrif á röð amínósýra í því próteini, sem genið stýrir myndun á. Valdi þær hins vegar breytingu þannig að próteinið breytist (jafnvel myndist ekki), þá hefur það áhrif á starfsemi lífverunnar. Slíkar breytingar geta verið neikvæðar (oftast) eða jákvæðar og eins og lýst er hér að ofan festast jákvæðar breytingar í sessi en hinar hverfa úr stofninum. Helstu stökkbreytingavaldar eru ýmiss konar geislun, eiturefni og sumar gerðir af veirum.

4. Breytingar, sem verða vegna genaflutnings. Þetta finnst nær eingöngu meðal baktería. Þær geta t.d. tekið upp erfðaefni beint úr umhverfinu og þannig breyst úr einni gerð í aðra. Enn fremur geta veirur flutt erfðaefni úr einni bakteríu í aðra. Loks getur ein baktería tekið við erfðaefni beint frá annarri bakteríu við ferli, sem kallast okun (conjugation). Í öllum tilfellum fara eitt eða fleiri gen inn í viðkomandi bakteríu, sem þar með er orðin erfðabreytt og getur gert eitthvað, sem hún gat ekki áður.

5. Venjulegar, hefðbundnar kynbætur á dýrum og plöntum af manna völdum eru erfðabreytingar í víðum skilningi. Í mörgun tilfellum hefur verið æxlað saman fjarskyldum plöntum, og í einstökum tilfellum hafa gen verið flutt á milli tegunda með samruna líkamsfruma og klónun afkomenda. Afurðir þessara plantna hafa verið á borðum okkar í tugi ára, og enginn skaði hlotist af. Þannig má segja að nánast allt sem við látum ofan í okkur séu erfðabreytt matvæli og slíkar lífverur hafa sloppið út í náttúruna og blandast við villta stofna í árþúsundir.

6. Að lokum er svo þrönga skilgreiningin: Að skeyta genum, úr gerólíkri tegund inn í litninga ákveðinnar lífveru. Lífverur með framandi gen í litningum sínum, sem þangað hafa komist af manna völdum, eru sagðar erfðabreyttar. Dæmi um slíkar lífverur eru bakteríur, sem hafa fengið mannagen, sem stýra þá myndun á einhverjum mannapróteinum, svo sem hormóninu insúlín en það var mikil framför fyrir sykursjúka þegar þetta tókst, bæði hvað varðar lífsgæði og kostnað. Áður var þeim gefið insúlín úr svínum eða mannainsúlin úr briskirtlum látinna einstaklinga, með tilheyrandi hættu á veirusmiti.

Erfðabreyttar lífverur í umhverfi okkar.

Hér að framan er minnst á insúlíngen í bakteríum. Bakteríur eru raunar talsvert notaðar til að framleiða fyrir okkur ýmiss konar efni, sem við gætum annars ekki framleitt í stórum stíl með litlum tilkostnaði, svo sem hormón (skjaldkirtilshormónið er annað dæmi), ensím o.fl.

Oft eru sett gen í plöntur, sem gera þær þolnari gagnvart meindýrum og illgresiseyðum, hraðvaxnari o.s.frv. Þá hafa gen verið sett í dýr t.d. til að gera þau stærri eða hraðvaxnari en enn fremur til að framleiða verðmæt, framandi prótein svo eitthvað sé nefnt. Sem dæmi má nefna kindur, sem framleiða prótein, sem heldur blóðtappa í skefjum í mönnum og skila því í mjólkina. Þá má hugsa sér erfðabreytingar á mönnum í framtíðinni (svo kallaðar genalækningar) til að lækna, koma í veg fyrir og jafnvel útrýma banvænum erfðasjúkdómum.

Eru erfðabreyttar lífverur hættulegar umhverfinu og jafnvel heilsu okkar?

Hér verða siðfræðileg sjónarmið alveg látin liggja á milli hluta. Við getum öll haft mismunandi skoðanir á því hvort réttlætanlegt sé að breyta erfðamengi lífveru (þ.m.t. manna) alveg eins og hvort okkur er siðferðilega stætt á að útrýma vísvitandi genamengi stofna eða jafnvel tegunda. Til að byrja með er rétt að hafa á hreinu að erfðabreyttar örverur eru ekki út um allt í umhverfinu, liggjandi í leyni og bíðandi færis á að stökkva ofan í okkur og erfðabreyta okkur. Hið sama gildir um einstök gen, sem kunna að liggja á glámbekk. Það er engin hætta á að slík gen komist ofan í okkur og erfðabreyti okkur eða ófæddum afkvæmum okkar.

Heilsa

Þegar við borðum neytum við ógrynnis af kjarnsýrum en við nýtum þær ekki nema að mjög litlu leyti. Það eru engin sérstök meltiensím fyrir kjarnsýrur úr fæðu í meltingarvegi og þ.a.l. fer lítið af byggingarefnum þeirra yfir í blóðið. Í hvert skipti, sem frumur okkar búa til kjarnsýrur nýta þær önnur hráefni í byggingareiningarnar.

Í frumunum fara einnig fram kjarnsýruniðurbrot til þess að endurnýja DNA þeirra eins og allt annað efni, sem þær eru úr. Þessi niðurbrotsefni má nýta til uppbyggingar annarra efna, svo sem galllitarefna, sem skila sér í saur en að hluta til fara þau út með þvagi. Stundum safnast þessi efni upp í líkamanum á vissum stöðum, svo sem í liðamótum (þvagsýrugigt). Með aukinni neyslu kjarnsýra eykst þessi úrgangur en kjarnsýruhlutfall er ekkert meira í erfðabreyttum lífverum en í öðrum lífverum. Nær væri að minnka neyslu á t.d. kavíar ef mönnum hættir til að fá einkenni ofneyslu kjarnsýra.

Ef við neytum erfðabreyttrar lífveru neytum við líklega þess eða þeirra próteina, sem viðbótargenið eða genin stýra myndun á. Prótein eru yfirleitt brotin niður í meltingarvegi í sömu amínósýrur og eru í öllum öðrum próteinum. Það er því lítil hætta á að neysla erfðabreyttra lífvera framkalli ofnæmi nema ef viðkomandi hefur ofnæmi gagnvart ákveðinni amínósýru (en þá verður hann hvort eð er að sneiða hjá öllum fæðutegundum, sem innihalda viðkomandi amínósýru). Hins vegar geta einstaklingar haft ofnæmi eða óþol gagnvart ákveðnum próteinum í fæðu vegna þess að þeir melta þau illa. Slík prótein geta að sjálfsögðu verið í erfðabreyttum lífverum eins og öðrum lífverum en það er ekki sjálfsagt að það séu prótein, sem mynduð eru undir stjórn viðbótargensins eða genanna. Það gætu allt eins verið náttúrleg prótein viðkomandi lífveru.

Umhverfi

Ef erfðabreyttar lífverur sleppa út í umhverfið getur þrennt gerst:

a) Viðbótargenið eða genin hafa engin áhrif á hæfni lífverunnar til að eiga frjó afkvæmi með villtum einstaklingum tegundarinnar.

b) Viðbótargenið eða genin minnka hæfni lífverunnar til að eiga frjó afkvæmi með villtum einstaklingum tegundarinnar. Í þeim tilfellum hverfur erfðabreytingin á nokkrum kynslóðum. Líklega er þetta algengast.

c) Viðbótargenið eða genin auka hæfni lífverunnar til að eiga frjó afkvæmi með villtum einstaklingum tegundarinnar. Í þeim tilfellum nær erfðabreytingin yfirhöndinni á nokkrum kynslóðum. Gerist slíkt er líklegt að erfðabreytingin auki hæfni villta stofnsins í sínu náttúrlega umhverfi. Þetta er ólíklegasti möguleikinn.

Stökkbreytingar sem hafa jákvæð áhrif á hæfni eru sjaldgæfar og fjarska ólíklegt að erfðabreyting sem menn settu inn í plöntu í ræktunarskyni auki hæfni hennar ef hún sleppur í villta náttúru. Í rauninni eru flestar nytjaplöntur upp á aðstoð mannsins komnar við fjölgun (vinna akra, áburð, eitur, losa fræið úr axinu og sáningu). Það er því harla ólíklegt að þær erfðabreyttu plöntur sem sleppa út verði að illgresi. Undantekningin er repja, en það er vegna þess að repja er illgresi! Erfðabreytt repja fjölgar sér í vegköntum í Bandaríkjunum, en það eru engar vísbendingar um að erfðabreytta repjan sé illskeyttari en venjulega repjan.

Það er því tiltölulega ólíklegt að “erfðamengun” leiði til þess að “ónáttúrlegir” stofnar verði til, þar sem einstaklingarnir hafa minni hæfni til að verða kynþroska og eignast frjó og dugandi afkvæmi með öðrum einstaklingum stofnsins heldur en fyrir breytingu. Í rauninni eru slíkir stofnar eins dauðadæmdir og hvítar tilraunastofumýs á Hornströndum.

Greinin birtist fyrst á heimasíðu höfundar, brl.is

Þakkir til dr. Arnars Pálssonar, prófessors í erfðafræði við HÍ, fyrir yfirlestur greinarinnar.