Genteknologi: Oversikt over presentasjon. Genetisk modifiserte organismer. Noen milepæler. ler. Genetisk modifiserte organismer

Transkript

1 Genetisk modifiserte organismer (GMO) GMO Oversikt over presentasjon Hva det er Hva det brukes til Hvordan de lages Biosikkerhets aspekter GMO regulering Noen milepæler ler Klassisk genetikk (1866) Første mutasjon (1927) DNA identifisert (1944) DNA struktur (1953) Genteknologi (1970) GM plante (1982) Genterapi (1990) Genteknologi: Teknikker som innebærer at arvestoff isoleres karakteriseres modifiseres innsettes i levende celler eller virus Arvestoffet kan være fra samme organisme eller komme fra en annen art Genetisk modifiserte organismer GMO er mikroorganismer, planter og dyr hvor den genetiske sammensetningen er endret ved gen- eller celleteknologi. Gjelder også transformering av bakterier for å opparbeide plasmid-dna, eller DNA-overføring til planter vha bakterier. Genetisk modifiserte organismer GMOs som transgene dyr og fisk, GM planter, GM trær, GM insekter har blitt utviklet. GMOs har blitt utviklet for innesluttet bruk; GMOs er produsert, lagret og bruk i innesluttede systemer, for eksempel i et laboriatorie, i en fermentor osv. GMOs blir også utviklet for utsetting; felt forsøk, i landbruk, i akvakultur, i miljøet osv.

2 Genetisk modifiserte organismer Genetisk modifiserte organismer Formålet med genmodifiseringen kan være ønske om å: Forandre aktivitet til et gen Studier av genregulering, kreftforskning osv. Vaksiner (med avskrudd aktivitet av patogene egenskaper) Få uttrykk av et nytt gen Produksjon av medisiner, enzymer (industrirelaterte) i mikroorganismer Nye egenskaper onco-mus, Bt-planter, rekombinante vaksiner, bakterier som fjerner forurensning, transgen laks, glofish osv. GM bakterier GM virus GM planter Transgene dyr GM vaksiner Genterapi Gen doping? Transgene Vektorer brukt i genteknologi Vektorer bruk i genmodifisering Plasmid Virus Bakteriofag Syntetiske biologi Syntese av nye proteiner i stor skala GM mikroorg. dyr og planter Genteknologi Forskning Kloning Xenotrans- plantasjon Genterapi Viktige egenskaper Replikere Transformere Selektere Vaksiner GM mat Medisiner Biosikkerhet Asilomar Conference Center i 1975 Biohazards Moratorium P 3 laboratorie National Institutes of Health Guidelines for reseach involving recombinant DNA molecules (1976) BIO. "Biology in Perspective." Washington, D.C.: Biotechnology Industry Organization, /

3 Biosikkerhets aspekter ved GMOs Biosikkerhet regler og mål for trygg bruk av genteknologi Relevante lovverk; Norske genteknologi loven EU direktiver Cartagena protokollen (import og eksport) GMO -skiller mellom innesluttet bruk og utsetting Innesluttet = arbeid med GMO hvor det er fysiske hindringer for å begrense kontakt med miljø og mennesker OBS! Uhell kan skje og en bør ha god avfallshåndtering Biosikkerhets aspekter ved GMOs Generelle regler for DNA/RNA arbeid gjelder også arbeid med GMO (forelesning Johanna) Uønskede vektor egenskaper: Bredt vertsregister Bryte arts barrierer Antibiotika resistens Gener som koder for virulens / patogene egenskaper Stor grad av homologi med bakterie genom Unngå rekombinasjon/ integrering i genom Persistens av DNA Overlevelse er avhengig av: Beskyttelse mot nedbrytning og/eller opptak i bakterier / celler. Overlevelse i miljøet Jord > 4 uker (England et al., 1997) Sedimenter > 13 uker (Deere et al., 1996) Springvann > 5 dager ((Alvarez et al., 1996) Fersk vann > 24 h (Alvarez et al., 1996) Sjøvann > 2 dager (Dupray et al., 1997) Persistens av DNA DNA bundet til partikler er beskyttet mot degardering Rekombinant DNA kan overleve 2 år i jord PCR amplifisering og Southern blotting (700bp) Plasmid kan ha 6-24 % overlevelse etter 60 min i humant spytt DNA kan taes opp av bakterier Kjente mekanismer for DNA opptak Transduksjon DNA overføres når en celle blir virusinfisert Naturlig transformasjon DNA taes opp av en mottager celle Konjugasjon DNA overføring skjer ved opptak ved direkte kontakt mellom celler, feks ved pili eller plasmid. Potential routes for transfer of genetic material Alimentary tract Bacteria in the intestine GMOs Feces Naked DNA Bacteria in the soil, water etc. Bacteria in the intestine

4 Opptak av DNA i dyre celler REGULATOR GMO DNA Enhancer/promotor INSERT Gene of interest MARKER GENE GMO DNA ABr Rekombinant DNA kan opptas via luft Støv/ pollen (Duggan, 2000) Rekombinant DNA kan taes opp av dyre celler Store fragmenter funnet i hvite blodceller, milt og lever DNA passert placenta til foster og nyfødte mus (Doerfler group, 1994, 1996, 1999, 2001) Romøren et al 2006 har funnet uttrykk av GFP 62 dager etter injeksjon i fisk Tonheim et al 2007 funnet DNA 535 dager etter injeksjon i fisk Netherwood et al 2004 fant opptak i tarm bakterier hos pasienter med utlagt tarm CONSTRUCT R I M Horizontal gene transfer MARKER Antibiotic resistance REGULATOR Enhancer/ promotor Effects New properties (antibiotic resistance, etc) Different expression (up/down regulation, unexpected effects) Part of gene Individual level Population level Skjebnen til DNA i cytoplasma Etter opptak DNA kan bli degradert DNA kan resirkulere til et plasmid DNA kan integrere ved rekombinasjon i vertsgenom Lov nr 38:Genteknologiloven Lov om framstilling og bruk av GMO Gjelder dyr, planter og mikroorganismer Nakent DNA er ikke regulert Humane cellekulturer er mikroorganismer Loven gjelder ikke for mennesker Loven omfatter: Bruk: Fremstilling: -Dyrking -Alle trinn i en prosess -Lagring som spesifikt fører -Forskning til en GMO -Undervisning -Destruksjon -Prosessering -Transport Direktoratet for -Utsetting, Salg Naturforvaltning Loven omfatter IKKE: Naturlige prosesser Tradisjonelle foredlingsmetoder Mutasjon (kjemikalier) eller stråling (unntatt site dir. mut) Tradisjonelle celleteknologi metoder Cellefusjon innen samme art (unntatt bakterier) In vitro fertilisering (kunstig befruktning) Alt DNA-arbeid forutsatt ikke rekombinant DNA Polyploidi v/kjemisk behandling Nakent DNA Anne Ingeborg Myhr

5 Hva betyr dette i praksis? Innesluttet bruk omfatter virksomhet med GMO i et lukket system hvor det anvendes fysiske inneslutningstiltak for å begrense organismens kontakt med mennesker og miljø All innesluttet bruk av GMO skal foregå i lokaler godkjent av Sosial- og helsedirektoratet All innesluttet bruk av GMO skal meldes til eller søkes godkjent hos Sosial- og helsedirektoratet Unntak gies for GMM (nivå/ klasse 1) som brukes i undervisning All bruk av GMO som ikke er innesluttet regnes som utsetting og skal søkes godkjent av Miljøverndepartementet Retningslinje for arbeid med biologisk materiale På bakgrunn av risikovurderingar av den enkelte verksemd (type biologisk faktor og bioteknologiske metodar) skal instituttleiar (eventuelt avdelings- /seksjonsleiar) klassifisere verksemda i fire klasser, med tilhørande innesluttingsnivå Klasse 1:Verksemd som ikkje medførar risiko eller bare ubetydeleg risiko, dvs verksemd der innesluttingstiltak ved innesluttingsnivå 1 er hensiktsmessig for å verne menneskjers og dyrs helse og miljøet. Klasse 2: Verksemd som medførar liten risiko, dvs verksemd der innesluttingstiltak ved innesluttingsnivå 2 er egna for å verne menneskjers og dyrs helse og miljøet. Klasse 3:Verksemd som medførar moderat risiko, dvs verksemd der innesluttingstiltak ved innesluttingsnivå 3 er egna for å verne menneskjers og dyrs helse og miljøet. Klasse 4: Verksemd som medførar stor risiko, dvs verksemd der innesluttingstiltak ved innesluttingsnivå 4 er egna for å verne menneskjers og dyrs helse og miljøet FOR nr 1600: Forskrift om innesluttet bruk av genmodifiserte mikroorganismer. (4.2, 4.3, Laboriatorie for inneslutta bruk av GMO, skal godkjennast av Sosial og helsedirektoratet før verksemda startar (særskilt søknadsskjema skal brukast) Unntak; undervisning som inkluderer bruk av genmodifiserte mikroorganismar i risikoklasse 1 Aktiviteter det må meldes om; Inneslutta bruk av GMM (nivå/klasse 1 og 2 skjema IIA og IIB) og bruk av GM dyr til forskning som er godkjent etter dyrevernloven 21 FOR nr 1600, nr 1602, nr 1603: Aktiviteter det må søkes om; GMM i klasse 3 og 4, Alle GM planter, GM dyr - hvis ikke godkjent etter dyrevernloven 21 Overføring av humant genmateriale til mikroorganismer hvis ikke forsknings hensikten er å karakterisere dette (oppbyggning, egenskaper, funksjoner) Melding / søknad innesluttet bruk skal inneholde risikovurdering basert på Biologisk inneslutning Inneslutningstiltak er beskrevet i forskriftene Risikoklasse (nivå/ klasse 1 til 4) Risiko for uhell X konsekvens av uhell Risiko er relevant selv om sannsynlighetet for uhell er lav (når konsekvensen(e) kan være alvorlig) Ved innmelding / søknad skal følgende beskrives Vertsorganismen: Risikoklasse Medfølgende skadelige faktorer Vektoren: Øverføringsevne Vertsområde Hjelpevirus i vertscellen Antibiotikaresistens Genmaterialet: Velkarakterisert uten skadelige sekvenser (Genbibliotek: avh. av DNA-kilden) Toksindannelse Biologisk aktive stoffer

6 Risiko vurdering: Patogenisitet av organismen for mennesker, dyr og planter De mulige helsemessige effekter av GMO eller GM relaterte produkter basert på modifikasjonen. Dette inkluderer mulige allergene og toksiske egenskaper. Mulig skade på helse ved arbeid med GMOen (dyret, plate, cellekulturer, virus, bakterier etc.) vektlegges også Andre mulige skader på helse Skadelige effekter på miljøet ved spredning og / eller etablering i miljøet. Avfallshåndtering Retningslinje for farlig avfall og for arbeid med biologisk materiale GMO materiale, vev og bakteries må være autoklavert før det kastes Media from bakterie transformasjon hvor hensikt er å isolere plasmid DNA må være autoklavert for det kastes Avfall samles i gule bokser ( tørt avfall i gule papp bokser) Merkes som smittefarlig avfall Vurdering av sannsynlighet for at de mulige skadelige effektene kan oppstå. Avfallshåndtering Retningslinje for arbeid med biologisk materiale og Retningslinjer for farlig avfall 6.4 Genmodifiserte organismar Genmodifiserte mikroorganismar skal alltid autoklaverast før avhending Genmodifiserte dyr avlivast før avhending Genmodifiserte planter: For avfallshandtering sjå Forskrift om inneslutta bruk av genmodifiserte planter Alle GMO og fritt DNA/RNA frå desse, skal handterast som biologiske faktorar, og merkast som Smitteavfall (gul etikett, avfallsklasse 7) Alle som driver innesluttet bruk av GMO skal føre INTERNKONTROLL i henhold til FOR nr 1127 Forskrift om systematisk helse-, miljø- og sikkerhetsarbeid i virksomheter (Internkontrollforskriften) Relevans for UiTØ 1.Fakultetet skal ha en oversikt over GMO prosjekter og oversikt over ansatte som jobber med GMO 2.Samme gjelder arbeid med biologisk materiale med risikonivå 2, 3, 4 og ansatte som jobber med biologisk materiale med risiko nivå 3 og 4. 3.Prosjektene skal være registrert både ved UiTø og SHDiR 4.Alle prosjekter som involverer GMO skal være risikovurdert 5.Alle labber hvor GMO arbeid blir utført skal være godkjent av SHDiR 6.Alt GMO avfall skal være autoklavert før det forlater campus. Biosikkerhet All bruk av GMO som ikke er innesluttet regnes som utsetting Genterapi GM vaksiner til mennesker, dyr (landbruk, akvakultur, ville dyr) GM planter, GM trær, GM dyr og GM insekter Utslipp fra lukket virksomhet, deponering av avfall med levende GMO Transport og eksport av GMO

7 Endring: I kraft fra 1 Juli 2004: Absolutt forbud mot kloning av primater Generelt forbud: Vertebrater (hvirveldyr) og krepsdyr *Unntak: Biomedisinsk forskning -søke tillatelse -visse forutsetninger Genterapi Behandling av arvelige sykdommer Bytte ut mutert gen Behandling av kreft Gener innvolvert i immunoregulering Tumorsuppressor gener Anne Ingeborg Myhr GM virus er ofte brukt som vektorer i gen terapi Uventede effekter 1999: 17 åring med metabolsk sykdom døde, etter massiv immunreaksjon. Adenovirus-vektor 2002: leukemi hos 2 av 11 barn med genterapi for X-bundet SCID. Retrovirus-vektor (RNA) Rearrangement, delesjon og kromosom alterasjon Adeno-associated virus vectors (Miller et al., 2002) GM vaksiner basert påp poxvirus Poxvirus som vektor Virus replikerer i cytoplasma som reduserer risiko for integrering Miljø stabile virions Temperatur -lagring osv. Virus replikerer i vert? Rekombinerer med pox slektninger? i Norge funnet i mus uten å gi symptomer Ikke-mål organisme effekter?

8 Poxvirus, ikke mål m l organisme effekt Vaksinasjon av ville dyr Infeksjon av mennesker med rekombinant vaccinia-rabies glycoprotein virus etter kontakt med åte (Rupprecht et al., 2001) Ikke intenderte effekter GM prosess kan føre til forandret uttrykk av transgenet eller andre gener i genomet Uttrykk av muse IL-4 i rekombinant Ectromelia virus (Jackson et al., 2001) Økt virulens Bioterrorisme Farlige mikroorganismer i hendene på terrorister Isolering fra naturlige kilder eller ved bruk av genmodifisering for å øke giftigheten av naturlig forekommende mikroorganismer Kjøpe eller stjele for universitet eller forsknings institutt Vanskelig å beskytte samfunnet fra bioterrorisme da de lett kan bli distribuert via mat, vann etc. Genetisk modifiserte planter GMOs utsetting =GMplanter Kommersielt tilgjengelig GM planter Redusere bruk av kjemikalier i landbruket: HT soya osv. Hindre tap av avlinger pga. skadeinsekter: Bt mais osv. GM planter med forandret næringssammensetning Golden rice, økt A vitamin Stresstoleranse Gunstigere fettsyre- og proteinsammensetning GM planter som produsere medisiner, vaksiner osv. GM avlinger idag

9 Mus, rotter innen forskning Transgene dyr Ku, geit for produksjon av medisiner Gris for xenotransplantasjon til mennesker Husdyr og fisk for å øke effektivitet Transgen fisk Laks Zebrafisk Karper, tilapia og medaka Mere protein, mindre fett Bedre fôrutnyttelse Transgen laks GM-fish (GH) Non-GM-fish Transgen zebrafisk Brukes i studier av genregulering, genoverføring og studie av sykdommer, teste medisiner Sensorer for forurensing Transgen zebrafisk Glow fish for akvariebruk Lyser i mørke Er GMOer trygge? Risiko relater til menneskers og dyrs helse: Giftighet, allergi, forandret næringssammensetning Antibiotika resistens Risko for miljøet GMO kan rømme og bli etablert i miljøet GM planter finner nisjer i miljøet Overføring av gener til andre organismer Transgen fisk som formerer seg med villfisk Opptak i jordbakterier Føre til skade på ikke-mål organismer Insekter / sommerfugler etc. Risko for landbruk: Sameksistens Er GMOer trygge? Utvikling av resistente mål organismer Utvikling av sprøytemiddel resistente organismer Redusere biodiversitet (GM mais i Mexico..) Redusere genetisk diversitet blant planter og dyr Øke sårbarhet for forandrede miljøforhold, overfor sykdommer osv. Økonomisk og samfunnsrelaterte risiko

10 Forandring i GMO Ny egenskap Risikoaspekt Genmodifiseringsprosessen Epigenetiske forandringer Genoverføring Krysspollinering Horisontal genoverføring Forandret bruk Nye sprøytemidler Uforutsette effekter, kumulative effekter, effekter pga. klima eller forurensing Ingen kontroll påp hvor transgenet settes inn i mottager genomet Geneof interest Cry IAa Bacillus thuringiensis Promotor CaMv Califlower Mosaic virus Vector Ab R Plasmid with selection marker Vector construct Gene expression, selection of transgenic cells and finally, plant regeneration Transfer into plant cells Randomincorporation of constructs into the genome Mulige økologiske effekter Transgen laks Forandret bruk GMOen selv Redusert genetisk diversitet GMO Ikke Intenderte effekter Gen spredning Krysspollinering Horisontal genoverføring Atlanterhavslakslaks som er genmodifisert til å vokse raskere. Veksthormongen ifra sølvlaks Øker effektivitet i oppdrettsnæringa Hva skjer ved rømning? Lider fisken? Hva med markedet? Genteknologiloven (1993) 1. Lovens formål Denne lov har til formål å sikre at framstilling og bruk av genmodifiserte organismer skjer på en etisk og samfunnsmessig forsvarlig måte, i samsvar med prinsippet om bærekraftig utvikling og uten helse- og miljømessige skadevirkninger. Antibiotikaresistens gener i GMO for utsetting er ikke tillatt i Norge. Genteknologiloven (1993) 10 (annet ledd) Utsetting av genmodifiserte organismer kan bare godkjennes når det ikke foreligger fare for miljø- og helsemessige skadevirkninger. Ved avgjørelsen skal det dessuten legges vesentlig vekt på om utsettingen har samfunnsmessig nytteverdi og er egnet til å fremme en bærekraftig utvikling NB! Loven legger altså opp til mer enn bare naturvitenskapelige problemstillinger og risikovurderinger!! (Næringsmiddelloven; all mat med mer enn 2% GM skal merkes!!)

11 Nytt GMO-regelverk i EU: Direktiv 2001/18/EF om utsetting og omsetning av GMO: Mer omfattende risikovurderinger Oppfølging etter utsetting kreves Case-specific overvåkning Observasjon Tidsbegrenset godkjenning (10 år) Søknadene mangler ofte informasjon som er relevant for norske myndigheters vurdering av Innvirkning på bærekraft Samfunnsnytte Rådgivende organer til MD VKM -Vitenskapskomiteen for mattrygghet faggruppe 3 ( om risiko for helse og miljø Bioteknologinemda ( Bærekraftig utvikling Samfunnsmessig nytte Etiske aspekter Genialt FOR nr 1495: Forskrift om konsekvensutredning etter genteknologiloven. Generell informasjon; Søkerens navn og adresse osv. Donor-, mottaker- eller (hvis relevant) foreldreorganismen(e)s egenskaper: Navn, Taksonomi. Fenotypiske og genetiske markører. Grad av slektskap mellom donor- og mottakerorganismene eller mellom foreldreorganismene. Beskrivelse av identifiserings- og påvisningsteknikker. Beskrivelse av organismens geografiske utbredelse og naturlige habitat. Organismer som man vet kan overføre genmateriale under naturlige betingelser. Patologiske, økologiske og fysiologiske egenskaper. Konsekvensutredning Vektorens egenskaper; Vektorens art og opprinnelse, sekvens av transposoner, vektorer og andre ikke-kodende genetiske segmenter som brukes til å bygge opp den genmodifiserte organismen og til å få de innførte vektorer og geninsertet til å fungere i dem, mobiliseringshyppighet Den modifiserte organismens egenskaper; Opplysninger om genmodifiseringen: Metoder som anvendes ved modifikasjonen, metoder som anvendes ved oppbygging av geninsertene og innføring av dem i mottakeren eller til å fjerne en sekvens, utvelgelsesmetoder og -kriterier, sekvens, funksjonell identitet og plassering av det eller de aktuelle endrede/innførte/fjernede nukleinsyresegmenter, særlig opplysninger om enhver kjent skadelig sekvens. De uttrykte proteinenes aktivitet, beskrivelse av identifiseringsog påvisningsteknikker, herunder identifiserings- og påvisningsteknikker for den innsatte sekvensen og vektoren Konsekvensutredning Opplysninger om utsettingsforhold og mottakermiljø Opplysninger om utsettingen, formål osv. Opplysninger om miljøet (både om selve stedet og om miljøet omkring) Opplysninger om vekselvirkninger mellom de genmodifiserte organismene og miljøet Egenskaper som påvirker overlevelse, formering og spredning, og andre vekselvirkninger med miljøet Opplysninger om planer for overvåking, kontroll og avfallsbehandling, samt om beredskapsplan Bærekraftig utvikling i den norske genteknologiloven Bærekraftig utvikling Føre-var-prinsippet Rettferdig fordeling av goder og byrder De første godkjente søknaden i Norge GM tobakk (forskning) Begonia (forskning) Blå nellik Den første avslåtte søknaden GM sprøytemiddel resistent raps

12 The Aim and Intention of the Norwegian Gene Technology Act Environmental Risk Assessment Socially Justification Assessment Beslutningsstruktur Vurdering av hver søknad: 1. Risiko: a) Hva er de mulige skadelige effekter på helse og miljø? b) Hva er sannsynligheten for at disse skal skje? Health Risk Assessment Impact Assessment for future Sustainable Development Ethical Assessment Sustainable Development Assessment 2. Føre-var prinsippet: a) Er usikkerhet identifisert eller forbundet med risikovurderingen? b) Er det sannsynlig at store og / eller irreversible effekter kan skje? 3. Er bruk og produksjon: a) I samsvar med bærekraftig utvikling? b) Av samfunssmessig nytte? c) Etisk og samfunnsmessig forsvarlig?