6.1 Βιοτεχνολογία στη Φυτική Παραγωγή

6.1.1 Γενικά

Ο όρος βιοτεχνολογία δε σημαίνει για όλους τους ανθρώπους τα ίδια πράγματα. Υπάρχουν διάφοροι ορισμοί με πληρέστερο ίσως εκείνο που θεωρεί ως βιοτεχνολογία τις τεχνικές που χρησιμοποιούν ζώντες οργανισμούς ή μέρη τους για να παραγάγουν ή να τροποποιήσουν προϊόντα, να βελτιώσουν φυτά ή ζώα ή να αναπτύξουν μικροοργανισμούς για ειδική χρήση. Στην ουσία αποτελεί την εφαρμογή "τεχνικών χειρισμού γονιδίων" που αναφέρονται και ως γενετική μηχανική(*). Η βιοτεχνολογία συνεργάζεται με πολλές επιστήμες. Χρησιμοποιεί γνώσεις από τη μικροβιολογία, τη βιολογία των φυτών και των ζώων, τη βιοχημεία, τη μοριακή γενετική, τη χημική μηχανική και την επιστήμη της πληροφορικής. Επιπλέον,

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

οι βιοτεχνολογικές τεχνικές βρίσκουν εφαρμογή σε μια πλειάδα βιομηχανικών κλάδων, όπως στους κλάδους της υγείας, των τροφίμων και ποτών, της γεωργίας και του περιβάλλοντος, της παραγωγής χημικών καθαρών ουσιών, της παραγωγής ενέργειας, της εξόρυξης μεταλλευμάτων και των βιοηλεκτρονικών.

* Η γενετική μηχανική αφορά μία "κοπτική - ραπτική " στο επίπεδο των γονιδίων, αφού δίνει τη δυνατότητα της απομόνωσης, του πολλαπλασιασμού και της μεταφοράς γονιδίων από ένα οργανισμό σε ένα άλλο. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αφορά την περίπτωση γονιδίων που κωδικοποιούν μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Αυτά μπορούν να εισαχθούν σε ένα μικροοργανισμό και καθώς ο μικροοργανισμός πολλαπλασιάζεται μπορούν να παραχθούν μεγάλες ποσότητες της συγκεκριμένης πρωτεΐνης.

6.1.2 Φυτική βιοτεχνολογία

Αποτελεί αναμφισβήτητο γεγονός ότι στις επόμενες δεκαετίες και πριν από τα μέσα του 21ου αιώνα θα τεθεί ακόμα πιο επιτακτικά η ανάγκη αύξησης της ποσότητας των παραγόμενων τροφίμων, προκειμένου να καλυφθεί το σχετικό έλλειμμα, αφού ο πληθυσμός της γης αυξάνει κατά 86 εκατομμύρια ετησίως. Η πρόκληση που προκύπτει αφορά τη δημιουργία, βελτίωση αλλά και εφαρμογή σύγχρονης τεχνολογίας στη γεωργική παραγωγή, στη συντήρηση - αποθήκευση τροφίμων και στην ποιότητα της διατροφής (ασφάλεια και θρεπτική αξία). Πρόκειται ουσιαστικά για την ικανοποίηση του τρίπτυχου: επιβίωση, υγεία, ευμάρεια.

Η τεχνική της βιοτεχνολογίας είναι σε θέση να ικανοποιήσει τις παραπάνω απαιτήσεις με την αύξηση της παραγωγής τροφίμων, τη βελτίωση των αποδόσεων, τη μείωση του κόστους των αγροτικών επενδύσεων και τη συνεισφορά στην ανάπτυξη νέων προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας που θα ικανοποιούν τις ανάγκες των καταναλωτών και των βιομηχανιών τροφίμων.

Γενετική τροποποίηση φυτών

Δεν θα πρέπει να διαφεύγει της προσοχής μας το γεγονός ότι εδώ και χιλιάδες χρόνια οι αγρότες μάθαιναν εμπειρικά να επιλέγουν τους καλύτερους σπόρους ενός φυτού, προσβλέποντας στην απόκτηση βελτιωμένων ποικιλιών και συνεπώς προϊόντων. Οι βιοτεχνολογικές μέθοδοι μάς επιτρέπουν σήμερα να κάνουμε το ίδιο ακριβώς πράγμα αλλά με βαθιά γνώση, μεγάλη ακρίβεια και δυνατότητες

Η ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ

επιλογής των χαρακτηριστικών που επιθυμούμε να μεταφέρουμε σε ένα οργανισμό. Συγκεκριμένα, με τη βοήθεια της γενετικής μηχανικής έχουμε τη δυνατότητα να μεταφέρουμε γονίδια ενός είδους σε ένα άλλο δημιουργώντας γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς (ΓΤΟ) με την επιθυμητή γενετική βελτίωση. Βελτίωση που ασφαλώς γινόταν και προηγουμένως με τη μέθοδο της κλασσικής διασταύρωσης, αλλά ήταν περιορισμένη λόγω των φραγμών που έθετε και θέτει η γενετική αναπαραγωγή. Αντίθετα, με τη γενετική μηχανική οι πιθανότητες μεγιστοποιούνται, αφού επιτρέπεται η μεταφορά σε ένα οργανισμό - φυτό, ζώο ή μικρόβιο - ενός ορισμένου γονιδίου, προερχόμενου από οποιοδήποτε άλλο οργανισμό, ξεπερνώντας έτσι το εμπόδιο του είδους (Εικ. 6-1).

Εικόνα 6-1
Ενσωμάτωση βακτηριακού γονιδίου (τα χαρακτηριστικά του αποτυπώνονται
με μπλε χρωματισμό) στο φυτό Arabidopsis thaliana
(πηγή: Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Γεωπονικής Βιοτεχνολογίας, Γε-
ωπονικό Πανεπιστήμιο)

Γίνεται επομένως αντιληπτό ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών (ΓΤΟ) καθιστά δυνατή τη δημιουργία ακόμη πιο βελτιωμένων ποικιλιών που χαρακτηρίζονται από μια σειρά σημαντικών πλεονεκτημάτων όπως:

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

• Ανθεκτικότητα σε ασθένειες που οφείλονται σε ιούς, μύκητες ή άλλα παράσιτα, με αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγής προϊόντων όπως επίσης και την παραγωγή προϊόντων φιλικών προς το περιβάλλον, αφού περιορίζεται σημαντικά η χρήση βιοκτόνων μέσων.
• Ανθεκτικότητα στα έντομα που οπωσδήποτε οδηγεί σε μικρότερη χρήση εντομοκτόνων γεγονός που έχει ευνοϊκή επίδραση, τόσο στο κόστος παραγωγής, όσο και στην προστασία του περιβάλλοντος.
• Καθυστέρηση στη διαδικασία σήψης των λαχανικών, γεγονός που δεν αναγκάζει σε πρόωρη συγκομιδή, ενώ παράλληλα εξασφαλίζεται καλύτερη γεύση και χρώμα.
• Πιο υγιεινή σύσταση και συστατικά με μεγαλύτερη θρεπτική αξία. Για παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε:

υβρίδια καλαμποκιού και ποικιλίες σόγιας που δίνουν λάδια με μειωμένα τα κεκορεσμένα λιπαρά οξέα και αντίστοιχα αυξημένα τα πολυακόρεστα,

πατάτες με αυξημένη περιεκτικότητα σε άμυλο που οδηγεί στη μειωμένη απορρόφηση λαδιού κατά το τηγάνισμα και

φρούτα και λαχανικά με μεγάλη περιεκτικότητα σε βιταμίνες και άλλα συστατικά που είτε δεν μπορεί να συνθέσει ο οργανισμός, είτε τα χρειάζεται σε ποσότητες που δεν εξασφαλίζει η κανονική διατροφή.

Μ' αυτόν τον τρόπο μάλιστα περιορίζεται ο κίνδυνος κάποιων παθήσεων, όπως ορισμένων καρκίνων και καρδιοπαθειών.

• Αυξημένες αποδόσεις τροφίμων.
• Αντοχή στις κλιματικές δοκιμασίες, όπως για παράδειγμα κρύο, ζέστη, ξηρασία, έδαφος με πολλά άλατα κ.λπ.
• Άλλες επιθυμητές ιδιότητες.

Γίνεται αντιληπτό ότι όλα τα παραπάνω πλεονεκτήματα απορρέουν από την ικανότητα μεταφοράς γονιδίων.

Βιοφυτοφάρμακα

Η βιομηχανία βιοφυτοφαρμάκων επεκτείνεται ταχύτατα. Οι κυριότερες αγορές αυτών των προϊόντων αφορούν κατά κύριο λόγο το βακτήριο Bacillus thuringiensis. Το βιοφυτοφάρμακο αυτό χρησιμοποιείται κυρίως για την καταπολέμηση εντόμων (κάμπιες) που προσβάλλουν πολλά καλλιεργούμενα είδη. Η αποτελεσματικότητα του συγκεκριμένου βακτηρίου οφείλεται στην ικανότητά του να σχηματίζει στο εσωτερικό του κυττάρου του ένα "κρύσταλλο" που είναι τοξικό για τα έντομα (Εικ. 6-2).

Η ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ

Εικόνα 6-2
Αναπαραγωγή φυτών ελιάς με την τεχνική της ιστοκαλλιέργειας
(πηγή: Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Γεωπονικής Βιοτεχνολογίας,
Γεωπονικό Πανεπιστήμιο)

Τεχνικές της καλλιέργειας φυτών "in vitro" (ιστοκαλλιέργεια, μικροπολλαπλασιαμός).

Η ιστοκαλλιέργεια αποτελεί μια νέα σχετικά μέθοδο αναπαραγωγής του φυτικού υλικού και πιο συγκεκριμένα επιλεγμένων γενοτύπων, μέσω

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

της οποίας προκύπτουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

• Ακριβής αναπαραγωγή των γενικών χαρακτηριστικών των φυτών.
• Μεγάλος βαθμός ομοιομορφίας της καλλιέργειας. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό λόγω της μείωσης του κόστους καλλιέργειας που προκύπτει απ' αυτή, όπως επίσης και από την εξασφάλιση υψηλής ποιότητας τελικού προϊόντος.
• Παραγωγή άνοσου φυτικού υλικού.
• Παραγωγή μεγάλου αριθμού φυταρίων (θεωρητικά μπορεί να φθάσει και το ένα εκατομμύριο) από μικρό τμήμα κορυφής βλαστού, σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα (μαζική παραγωγή σε ανταγωνιστικές τιμές).
• Δυνατότητα να ξεπεραστούν πολύπλοκα προβλήματα ληθάργου, χαμηλής ζωτικότητας σπόρου και δυσκολιών στις διαδικασίες σποροπαραγωγής.
• Διαιώνιση των γενοτύπων ορισμένων φυτών ανθεκτικών σε έντομα και ασθένειες μέσω βελτιωτικών προγραμμάτων.

Η τεχνική της ιστοκαλλιέργειας βασίζεται στην ικανότητα που έχει κάθε ζωντανό φυτικό κύτταρο, οποιαδήποτε και εάν είναι η εξειδίκευσή του, να αναπαραγάγει ολόκληρο το φυτό από το οποίο προέρχεται. Σ' αυτή ακριβώς την αξιοσημείωτη δυνατότητα οφείλεται όλη η εξάπλωση και η δυναμικότητα της καλλιέργειας των ιστών "in vitro" (Εικ 6-3).

Η συγκεκριμένη τεχνική αφορά την καλλιέργεια σε ειδικά θρεπτικά υποστρώματα και κάτω από ασηπτικές συνθήκες των παρακάτω μερών του φυτικού οργανισμού:

Η ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ

Εικόνα 6-3
Σχηματική παράσταση των φάσεων του σταδίου IN VITRO
της φυτικής ιστοκαλλιέργειας

Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές της ιστοκαλλιέργειας αφορούν:

• Πολλαπλασιασμούς φυτών. Η αναπαραγωγή φυτικού υλικού με τη συγκεκριμένη τεχνική έχει ευρεία εφαρμογή σε ανθοκομικά φυτά, αλλά και σε φυτά που δεν αναπαράγονται με σπόρο (μουριά, φράουλα, μπανάνα, αμπέλι, μηλιά κ.λπ.). Σ' αυτή την περίπτωση οι δυνατότητες γρήγορης και εύκολης παραγωγής πιστοποιημένων κλώνων ενός φυτού είναι αυτονόητη.
• Εξάλειψη ασθενειών. Είναι γνωστό ότι οι ιώσεις προκαλούν μείωση της απόδοσης, όπως και υποβάθμιση της ποιότητας των καλλιεργούμενων φυτών. Επιπλέον, σε αντίθεση με τις μυκητολογικές ή ακόμα και με τις βακτηριολογικές ασθένειες δεν υπάρχει προς το παρόν θεραπευτική μέθοδος για την αντιμετώπισή τους. Με την τεχνική της ιστοκαλλιέργειας είναι δυνατή η παραλαβή κορυφαίου μεριστώματος, ακόμα και από ιομένα φυτά και η απόκτηση αντίστοιχων υγιών. Αυτό οφείλεται στο ότι το κορυφαίο μερίστωμα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

των φυτικών οργανισμών είναι απαλλαγμένο ιώσεων. Κατά συνέπεια η εφαρμογή της θερμοθεραπείας σε συνδυασμό με την ιστοκαλλιέργεια μπορεί να εξασφαλίσει σαφώς μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απόκτηση υγιών φυτών.

• Συντήρηση γενετικού υλικού. Είναι δυνατή η συντήρηση φυτικού υλικού σε περιορισμένο χώρο και με μικρό κόστος. Η τράπεζα γενετικού υλικού που δημιουργείται μ' αυτό τον τρόπο έχει μεγάλη σημασία για την εφαρμογή προγραμμάτων βελτίωσης γενετικού υλικού, εξάλειψη ασθενειών, πολλαπλασιασμού κ.λπ.
• Διενέργεια θεμελιωδών κυτταρικών και ιστολογικών μελετών. Η ιστοκαλλιέργεια επιτρέπει τη μελέτη βιοχημικών και φυσιολογικών φαινομένων στο φυτό, όπως μελέτη της σύνδεσης των κυτταρικών τοιχωμάτων, μελέτη της σύνθεσης πρωτεϊνών, μελέτη της φωτοσύνθεσης, μελέτη δράσης ζιζανιοκτόνων κ.λπ.
• Βελτίωση φυτών. Υπάρχει η δυνατότητα σε καλλιέργειες κάλλου ή κυττάρων να προκληθούν, με τη χρήση χημικών ουσιών ή ακόμα και ακτινοβολιών, μεταλλαγές με τεχνητό τρόπο που μπορεί να οδηγήσουν σε κλώνους ανθεκτικούς σε ασθένειες ή ακόμα και πιο παραγωγικούς.
• Βιομηχανικές εφαρμογές. Είναι δυνατό να παραχθούν από καλλιέργεια κυττάρων "in vitro" χρήσιμες ουσίες που μπορούν να είναι εκμεταλλεύσιμες βιομηχανικά.

6.1.3 Αβεβαιότητα και κίνδυνοι από τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς

Οπωσδήποτε τα πλεονεκτήματα που αναφέρθησαν στις προηγούμενες ενότητες δεν πρέπει να αποτελέσουν το μοναδικό κριτήριο για απελευθέρωση στο περιβάλλον των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών, ιδιαίτερα μάλιστα εκείνων που αφορούν τον κλάδο της γεωργίας. Υπάρχουν ασφαλώς και κίνδυνοι, οι περισσότεροι από τους οποίους προς το παρόν είναι απροσδιόριστοι, οι οποίοι- θα πρέπει να αποτραπούν, έτσι ώστε η χρήση αυτού του είδους οργανισμών να είναι ασφαλής και να αποκλείει οποιαδήποτε παρενέργεια, τόσο για τον άνθρωπο, όσο βέβαια και για το περιβάλλον του.

Ο στόχος, σε πρώτη φάση τουλάχιστον, είναι προφανής. Να απομακρυνθούν δυσάρεστες συνέπειες που μπορεί να προκύψουν από τις ακόλουθες καταστάσεις:

1. Για τα ομοειδή φυτά των γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί υπάρχει περίπτωση τυχαίων διασταυρώσεων (μέσω της μεταφοράς γύρης)

Η ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗ ΓΕΩΡΓΙΑ

που είναι δυνατό να οδηγήσουν στην εμφάνιση νέων ειδών με διαφορετικές ή ανεπιθύμητες ενέργειες,

2. Είναι πιθανό στην περίπτωση ανθεκτικότητας των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών σε αντιβιοτικά, αυτή η ανθεκτικότητα να ενσωματωθεί, με τη διαδικασία μεταφοράς γονίδιων, στο γενετικό υλικό μικροοργανισμών που υφίστανται στο περιβάλλον ή ακόμα και στο γαστρεντερικό σωλήνα ανθρώπων και ζώων. Μια τέτοια περίπτωση οπωσδήποτε ενέχει κινδύνους εξαιτίας της ανάπτυξης μολύνσεων και ασθενειών, απόρροια της δράσης "νέων" κατά κάποιο τρόπο μικροβίων με ανθεκτικότητα σε ορισμένα αντιβιοτικά.
3. Είναι δυνατό να επηρεασθεί η ισορροπία του οικοσυστήματος, αν ο τύπος της γενετικής τροποποίησης αφορά την απόκτηση ανθεκτικότητας ενός φυτού σε ζιζανιοκτόνο, εντομοκτόνο ή άλλο τυχόν παρασιτοκτόνο.