הנדסה גנטית הינה מכשיר בעל כח עצום שיכול לגרום לשנויים בצמחים אשר מובילים לתועלת פוטנציאלית לחברה. אולם, עם כל ההישגים האפשריים, תשומת לב זהירה דרושה על מנת שמכשיר זה יביא אך ורק תועלת לחברה. המאמר שיתואר להלן מסתמך בחלקו גם על המאמר שקבלתי באדיבותו וברשותו של ד”ר אריה מעוז.

היכולת שהוצגה, בעשור האחרון, לפעול על הגנים של הצמחים באמצעות הנדסה גנטית סיפקה דרך חדשנית להשבחת גידולים חקלאיים יחד עם כלי רבגוני למחקר בביולוגיה של הצמח. עם זאת, בד בבד עם ההתקדמות המהירה והרציפה קיימים לצד היתרונות וההישגים בתחום זה חששות מההשפעות שיש לביוטכנולוגיה זאת. חששות אלה, שאינם ברורים כל צורכם לרוב הציבור וניתנים למניפולציה על ידי גופים שונים, גורמים מדי פעם לסערות תקשורתיות.

מודיפיקציות של גדולים צמחיים ניתנות לחלוקה לשתי קטיגוריות אלו שהנהנים הם המגדלים ואלו שהנהנים הם הצרכנים. מודיפיקציות ביוטכנולוגיות שמגנות על הגידולים מלחץ ביוטי (biotic) או אביוטי (abiotic) או שמעלות את יבול הגידולים. כל אלו שינויים שנותנים תועלת למוצרים-מגדלים (אלו מודיפיקציות הנקראות .(input traits כאשר המודיפיקציות מכוונות לתועלת לצרכנים נקראות ,output traits שמטרתה לשפר את האיכות של מוצר שיביא עמו יתרונות לצרכנים ולאנשי תעשיית המזון. בין היתרונות: שיפור חיי המדף, מזון מזין בריא וטעים יותר. הדוגמה הבולטת ביותר בתחום זה הוא האורז הנקרא ,Golden Rice שהוא אורז טרנסגני המכיל בטא-קרוטן וקרוטנואידים אחרים שהם פרקורסורים של ויטמין A. זהו אחד הפתרונות האפשריים למחסור בוויטמין זה, השכיח בעיקר אצל ילדים בדרום מזרח אסיה וגורם למוות ועיוורון.

טכנולוגיות להנדסה גנטית של צמחים

פיתוח שיטות להנדסה גנטית של צמחים מאפשר להחדיר לגידולים חקלאיים תכונות חדשות הרצויות לצרכנים או ליצרנים. הכלי החשוב ביותר להעברה כזו של תכונות הוא החיידק .Agrobacterium tumefaciens מאז הגילוי בשנות ה- 70 של היכולת הטבעית של חיידק זה להעביר מקטעי DNA לתאי צמחים פותחה סדרה של אמצעים ביולוגיים ומכניים לטרנספורמציה של צמחים, כלהלן:

1. טרנספורמציה על ידי אגרובקטריום במהלך ההדבקה החיידק מעביר מקטע DNA מוגדר, T-DNA הנושא גנים אופייניים ייחודיים. מקטע זה נישא על ידי פלסמיד (Tumor inducing) לתאי הצמח, ושם הוא עובר אינטגרציה לגנום הצמח. לשם העברת קטעי DNA נושאי גנים לתכונות שונות לתאי צמחים, משתמשים ב- DNA שלתוכו הוכנסו הגנים באמצעות רקומבינציה.

שלב האינטגרציה של ה- T-DNA לגנום הצמח הוא מורכב ונתון לבקרה על ידי ,promoter genes אשר אינה ברורה לחלוטין. למשל, יש דיווחים על ביטוי מוגבר של הטרנסגן על ידי מספר העתקים שלו או לחלופין אי ביטוי הטרנסגן על ידי co-suppression או השתקת גנים – .gene silencing

טרנספורמציה ביוליסטית- בשיטה זאת מצפים חלקיקים כבדים (ממתכת, טונגסטן או זהב בקוטר 1 4 מילימיקרון) ב- DNA ו”יורים” אותם ישירות לרקמת הצמח. יתרונה של שיטה זו שהיא אינה תלויה בספציפיות לצמח וניתנת לשימוש בחד פסיגים ומחטנים.

החדרה ישירה של DNA לפרוטופלסטים- שיטה זו מחייבת בידוד פרוטופלסטים (תאים חסרי דופן) ואת היכולת לקבל רגנרציה של צמחים מתאים אלה. העברת ה- DNA מתבצעת הן ישירות על ידי עירוב הפרוטופלסטים בתמיסה של ,DNA או על ידי נשא DNA (פוליאתלין גליקול, סיליקון קרביד) או על ידי היברידיזציה של ליפוזומים עם פרוטופלסטים.

טרנספורמציה בצמח שלם- הוראתה לראשונה בזרעים נובטים של ארבידופסיס ,(arabidopsis) שנחשפו לחיידקי אגרובקטריום. גישה אחרת – החדרה בוואקום של חיידקי אגרובקטריום לרקמת הארבידופסיס. שיטות אלו הפכו לשגרה.

הנדסה גנטית בצמחים ואיכות הסביבה- את האתגרים הניצבים בפני העוסקים בתחום ההנדסה הגנטית של צמחים, מלוות גם בבעיות הקשורות באיכות הסביבה. בעיות אלו יכולות לעכב את ההתקדמות ולמנוע את מיצוי מלוא היכולת הגלומה בטכנולוגיה. אחד הנושאים השכיחים המעוררים חשש הוא מעבר גנים כתוצאה מפיזור האבקה של הצמחים הטרנסגניים. דוגמה לכך: העברת עמידות לקוטלי עשבים מתירס טרנסגני לשדות תירס רגיל במכסיקו, ולאפשרות של הכלאות עם קרובי בר. דוגמה נוספת ל”בריחת” גנים שזכתה בתקופה האחרונה לכותרות נגעה לגילוי, שהתרחש בארה”ב, של טרנסגן מקבוצת cry במאכל המכסיקני .Tacho טרנסגן זה קשור בביטוי החלבון הנוצר על ידי החיידק ,Bacillus thuringensis שהוא בעל פעילות טוקסית על חרקים המזיקים לגידולים חקלאיים. צמחים טרנסגניים הנושאים גן זה הם בעלי עמידות למזיקים הגורמים לנזקים כבדים, ועמידות זו מסייעת לגידול כותנה ותירס באזורים רבים בעולם. במקרה זה הבעיה הייתה טכנית, ונבעה מאי הקפדה על הפרדה בשרשרת המזון. בצורה כזאת, כמויות של תירס טרנסגני, שאושר להאבסת בעלי חיים (ולכן לא נבדק להשפעה ספציפית על בריאות האדם), התערבבו בתירס שיועד לשימוש כמזון. בעיות מסוג זה, והדומות להן, מהוות מכשול להתרחבות השימוש בטכנולוגיה הגנטית. חשש מסוג אחר המשפיע על ההתייחסות להנדסה גנטית של צמחים הוא הנוכחות של גנים לעמידות לאנטיביוטיקה בצמחים טרנסגניים. בצמחים טרנסגניים נעשה השימוש בגנים אלה למטרות סלקציה במצע בררני המכיל את האנטיביוטיקה כדי להבחין בין צמחים שעברו טרנספורמציה גנטית לבין אלה שלא עברו אותה. החשש הוא שנוכחות הגנים לעמידות יכולה לגרום לאינאקטיבציה של אנטיביוטיקה, הניתנת דרך הפה או מועברת למיקרואוגניזמים פתוגניים במערכת העיכול או בקרקע, ולהעניק להם עמידות לטיפול באנטיביטוקיה שבשימוש.

בדיקה לשאלות אלה נערכה ב- 1999 על ידי מינהל המזון והתרופות של ארה”ב ה- (,(FDA לגבי פיתוח עמידות ל- Kanamycin בעגבניות, כותנה וקנולה (גידול שמן). נמצא שהיישום דרך הפה של התרופות האנטיביוטיות Kanamycin ו- Neomycin מוגבל ביותר, בגלל היותן טוקסיות ביותר, והן ניתנות רק במצבים מיוחדים. כמו כן נבדק המנגנון של העברת גנים מכרומוזום הצמח למיקרואורגניזם, ונמצא שההסתברות לכך נמוכה ביותר. עם זאת ישנה עדיפות להנדסה גנטית של צמחים ללא שימוש בגנים סלקטיביים המקנים עמידות לאנטיביוטיקה.

התפוצה של צמחים טרנסגניים- התפוצה המהירה של צמחים טרנסגניים בתקופה קצרה מאז 1996, השנה הראשונה שבה גדלו צמחים כאלה באופן מסחרי משקפת את ההכרה ביתרונותיהם על ידי חקלאים, הן בארצות תעשייתיות מפותחות והן בארצות מתפתחות. קצב התפוצה של גידולים טרנסגניים הוא המהיר ביותר בהשוואה לכל הסטנדרטים של טכנולוגיות חדשות בתעשייה החקלאית. קצב זה משקף את שביעות הרצון של המגדלים ממוצרים אלה, שיתרונותיהם בניהול נוח וגמיש של הגידולים ובשיעורי הייצור וההחזר הגדולים ליחידת שטח. קיימת גם הכרה ביתרונות מסוימים הקשורים בבריאות הסביבה הודות להפחתת השימוש בחומרי הדברה. מצטברות גם הוכחות המצביעות בבירור על שיפור בהדברת עשבים ומזיקים וירידה בהוצאות הייצור בהשוואה לגידולים קונוונציונליים המעניקים יתרונות כלכליים ליצרן, ובהמשך לצרכן.

למרות ההתנגדות הקיימת, בעיקר בארצות האיחוד האירופי, לתפוצה של גידולים טרנסגניים, 5.5 מיליון חקלאים גידלו בשנת 2001 גידולים כאלה בהיקף שטחים הממשיך לגדול מדי שנה. דרך נוספת להעריך את ההתייחסות בעולם לגידולים טרנסגניים היא על ידי תיאור שיעורי תפוצתם מכלל היקפי הגידול של כמה גידולים עיקריים: סויה, תירס, כותנה וקנולה (גידול שמן). בגידול מסחרי, התכונה הנפוצה ביותר בצמחים טרנסגניים היא עמידות לקוטלי עשבים 77% מכללן שטחי הגידול. התכונה השנייה היא עמידות לחרקים 15%, בהתאמה. שאר התכונות הן צירוף של שתי תכונות אלה ותכונות נוספות, כמו עמידות לנגיפים. במקביל, נמשך הפיתוח לתכונות חדשות נוספות. התחזית לפיתוח מוצרים כאלה משתרעת על פני פרקי זמן לא קצרים, שבהם עליהם לעבור ניסויים רבים וכן תהליכי בקרה ורישוי עד לאישורם כגידולים מסחריים. ידוע על מספר מוצרים הנמצאים כבר בתהליך זה.

הפיקוח והבקרה של ההנדסה הגנטית- המודעות לסיכונים הסביבתיים וההתמודדות עם האתגר הבטיחותי מלווה את המדענים העוסקים בדנ”א רקומביננטי לאורך כל הדרך. אכן, הייתה זאת בראש ובראשונה היוזמה של אנשי המדע להעלות את הנושא לדיון ולהתחיל בבקרת ניסוייהם, בעיקר מתוך הכרה באחריות לבטיחות ניסוייהם והחשש לבריחת חומר, שעלול לסכן את הסביבה. שאלת הבטיחות הביולוגית של טכנולוגיה חדשה ובעלת עוצמה, כגון ההנדסה הגנטית של צמחים, והאפשרות (שלא הוכחה למעשה עד היום) לקבלת אפקטים בלתי רצויים על האדם היו תמיד מקור לקונפליקט. אך דווקא משום שעוררו, ברמות שונות, חשש בציבור, הן הביאו לפיתוח תהליך בקרה ייחודי בתפיסתו ובקפדנותו בהשוואה לתהליכים דומים הקיימים לגבי מוצרי מזון רגילים. ההיסטוריה הקצרה של התחום המדעי הזה מלמדת שהוא טופל כיאות באמצעות סטנדרדים והנחיות מתאימות של מכוני הבריאות הלאומיים (NIH) של ארה”ב לכליאה של ניסיונות בהנדסה גנטית. בהנחיות אלה הוצעו שני סוגי מיגון שונים כדרכים למניעת סיכונים אישיים וסביבתיים: מיגון ביולוגי המתבסס על שימוש במערכות שהחיידקים שבהם נעשו הניסויים היו מזן שלא יכול לגדול בטבע, אלא אך ורק בתנאי מעבדה. מיגון פיזי ברמות בטיחות שונות של המעבדות ומתקני המחקר שבהם נעשו הניסויים.

את ההשפעות השליליות האפשריות של צמחים טרנסגניים מתבטאת:

בכאלה היכולות לפעול על תהליך ההנדסה הגנטית של צמחים טרנסגניים והמטפלים בהם וכאלה בעלי השפעות אפשריות על כלל הציבור.

ההבחנה בין השפעות אלה נוגעת למעשה לרמת השחרור לסביבה של צמחים טרנסגניים.

בהתאם לכך, הניסויים בהנדסה גנטית בצמחים סווגו לקבוצות סיכון, ולכל קבוצה נקבעו רמות המיגון הדרושות. על סמך הניסיון שהצטבר אשר הראה שהסיכון אינו משמעותי.

מהניסיון שנצבר על לסוף שנות התשעים, הנטייה כיום היא להמעיט בסיכון הפוטנציאלי של טכניקות ההנדסה הגנטית. אך בגלל היות התחום צעיר יחסית, נקבע שיש להקפיד בטיפול בזנים טרנסגניים ולבקר את פיזורם לסביבה, שכן קשה בינתיים לחזות את ההשפעות ארוכות הטווח של מעשים אלה.

מבחינה מדעית הדרך האמינה ביותר היא להתקדם בשימוש במוצרים החדשים ולעקוב אחר השפעתם לאורך הזמן (גישת ה- post release monitoring המופיעה בחלק מתהליכי הבקרה). לב העניין בבדיקות בטיחות הוא במעקב אחר השיעור הנמוך של מוצרים מהונדסים, היכולים להוות בעיה. חלק מהניסויים בצמחים טרנסגניים הנעשים בתנאי כליאה או שחרור מוגבל לסביבה אינם עונים לדרישת הבטיחות, מכיוון שהם אינם ערוכים לכך.

פרוטוקול קרטחנה קובע את תקן הבטיחות לייבוא ולהערכת סיכון של מוצרים מהונדסים לגבי הסביבה ולבריאות האדם בהתאם להסכמי הסחר הבינלאומיים. לעומת עקרון הזהירות, פרוטוקול זה מונחה על ידי גישה זהירה ,(precautionary approach) שאינה מחייבת בהכרח נקיטת צעדי מנע לגבי צמחים ומוצרים מהונדסים, אם קיים חשש לאיום על הסביבה או על בריאות האדם. הפרוטוקול גם עוסק בהפרדה של מזון מהונדס ממזון רגיל בשרשרת המזון, ובסימון מזון מהונדס.

כיום, כדי שפרוטוקול קרטחנה יתממש, נדרש אשרור של חמישים מדינות מבין החותמות על האמנה (בכללן ישראל), ודבר זה עדיין לא הושג. בינתיים, כדי ליישם את הבקרה על ההנדסה הגנטית, ניתן במקומות השונים לפעול במסגרות החוקיות והרשויות הקיימות באמצעות גופים מתאימים שאורגנו מתוכם ועדות לצורך זה, כפי שנראה לדוגמה בישראל, במאמר השני במהדורה זו.

מצורפות מצגות להבהרת ולהעמקת הנושא

Genetically Modified Crops

Biotechnology and the Future of Food