Insektsresistenta och herbicidtoleranta grödor – fördelar och nackdelar

Sammanfattning

• Insektsresistens fås med hjälp av gener från jordbakterien Bacillus thuringiensis (Bt). Den producerar proteiner som är giftiga för vissa insektsarter. Grödor som modifierats med en gen för ett sådant protein blir resistenta mot vissa skadegörande insekter och kallas Bt-grödor.

• Herbicidtoleranta grödor har modifierats för att inte påverkas av den specifika herbiciden odlingen är tänkt att behandlas med. Det betyder att jordbrukaren kan använda den eller de herbiciderna som grödan är tolerant mot för att bekämpa ogräs i den växande åkern, utan att grödan påverkas.

Insektsresistenta grödor (Bt-grödor)

Insektsresistens hos grödor ger skydd mot skadeinsekter som kan förstöra en skörd av till exempel majs, bomull eller aubergin. Resistens mot en specifik grupp insekter som angriper grödan åstadkoms vanligen genom att en gen från jordbakterien Bacillus thuringiensis (Bt) förs in i växten (så kallad Bt-teknologi).

Från genen bildas ett så kallat Crystal-protein (cry). Insekter, till exempel fjärilslarver, som äter av växten får i sig cry-proteinet. Proteinet binder specifika receptorer i tarmen hos insekten vilket leder till att porer bildas och att insekten dör. Man kan säga att växten producerar sitt eget insektsbekämpningsmedel som specifikt dödar de insekter som äter av den.

Det finns många olika stammar av jordbakterien B. thuringiensis.  En del producerar proteiner giftiga för vissa arter inom insektsordningen lepidoptera (fjärilar), andra sådana som är giftiga för arter inom coleoptera (skalbaggar) eller diptera (myggor och flugor).

Historien bakom Bt-teknik

Bakterien B. thuringiensis upptäcktes av den japanske forskaren Shigetane Ishiwatari 1901 när han undersökte orsaken till en sjukdom som dödade silkesfjärilens larver. Sjukdomen visade sig bero på att larverna var infekterade av en bakterie som Ishiwatari kallade Bacillus sotto. Den som tio år senare gav bakterien sitt nuvarande namn var den tyske forskaren Ernst Berliner som studerade hur bakterien dödade kvarnmottslarver.

Den första kommersiella produkten baserad på B. thuringiensis lanserades i Frankrike 1938, och användes främst för att kontrollera kvarnmott. I USA började Bt-preparat användas i slutet av 1950-talet och registrerades som ett insektsbekämpningsmedel 1961.

Även ett biologiskt bekämpningsmedel

Bakterien finns i stora delar av världen och preparat av bakterien (Bt-preparat) har länge använts som biologiskt bekämpningsmedel i jordbruket och är godkänt i ekologisk odling. I Sverige finns Bt-preparat som skydd mot fjärilslarver, mot sorgmyggor och för att kontrollera stickmyggor.

De första grödor som modifierats med gener från B. thuringiensis började odlas 1996. I dag är insektsresistens den vanligaste genetiska modifieringen jämte herbicidtolerans.

Säkert för hälsa hos människor och lantbruksdjur

Eftersom Cry-proteinet dödar insekten som äter upp det genom en specifik interaktion med receptorer i tarmen påverkas inte andra typer av insekter eller andra djur.

Toxikologiska analyser av möss som fått proteinet och utfodringsförsök av råtta ingår som underlag till riskbedömningar, för att säkerställa att Bt-grödan är säker för människor som äter livsmedel baserad på den eller djur som utfordras med grödan.

Det har också gjorts långtidsstudier där makaker ätit Bt-majs under flera år. Möjliga konsekvenser för människors hälsa analyseras också efter marknadsintroduktion. Den sammanlagda slutsatsen efter att Bt-grödor funnits i 30 år på marknaden är att de är lika säkra för människors och djurs hälsa som icke-modifierade grödor.

Säkert också för icke-målorganismer

Odling av en Bt-gröda innebär att lantbrukaren drastiskt kan minska användningen av insektsmedel. Det är positivt både för hälsa och miljö generellt, men minskar också de hälsorisker som är förknippade med att använda insektsbekämpningsmedel för lantbrukaren.  

I och med att en Bt-gröda själv producerar insektsbekämpningsmedel riktas effekten specifikt mot de skadeinsekter som äter av grödan. Studier har visat att odling av en Bt-gröda ger liten påverkan på andra insekter i miljön, till skillnad från användning av kemiska insektsbekämpningsmedel som även påverkar icke-målorganismer i stor utsträckning.

Risk för tolerans hos skadegörarna

Det är viktigt att följa en potentiell utveckling av tolerans som kan uppkomma hos de insekter som angriper grödan. För att minska risken att tolerans uppstår bör lantbrukaren följ särskilda odlingspraktiker, till exempel att odla en icke-modifierad gröda på vissa arealer. Om tolerans uppstår i insekterna fungerar inte längre växtens skydd.

Bt-majs, bomull och sojaböna men också aubergin och ögonböna

Bt-teknologi introducerades först i majs. Den enda genetiskt modifierade grödan som odlas inom EU är just en insektsresistent majs, som godkändes redan år 1998. Den odlas i Spanien och på små arealer i Portugal.

Bt-teknologin har också introducerats i andra grödor, som sojabönor, och det är mycket vanligt, framför allt i Nord- och Sydamerika med grödor som har kombinationer av insektsresistens och tolerans mot ogräsmedel, se mer nedan.

Även Bt-bomull är mycket vanligt, eftersom skördeförlusterna efter insektsangrepp på bomullplantor är så stora. Också i länder som i övrigt inte odlar genetiskt modifierade grödor är Bt-bomull vanligt, till exempel i Indien där över 95 procent av den bomull som odlas är insektsresistent.

Tekniken har börjat användas i utvecklingsländer

Bt-teknik har även börjat användas i vissa utvecklingsländer. I Bangladesh har Bt-brinjal, som är insektsresistent aubergin, utvecklats och den började odlas 2014.

I Nigeria godkändes insektsresistent ögonböna för kommersiell odling år 2019, och i Ghana 2022. Bt-aubergin och Bt-ögonbönan är därmed de första genetiskt modifierade livsmedelsgrödorna som utvecklats för småskaligt jordbruk i utvecklingsländer.

Syftet med dessa är att minska de omfattande insektsskadorna som kan förstöra stora delar av skörden av aubergin eller ögonböna. Grödorna syftar också till att minska behovet av insekticider, vilka är både dyra och hälsofarliga för lantbrukaren.

Herbicidtoleranta grödor

Ogräs konkurrerar med en odlad gröda och leder därför till en minskad skörd och avkastning. Ogräs kan också ge oönskad inblandning i skörden. Av de här anledningarna bekämpas ofta ogräs med syntetiska herbicider.

Ogräsmedel som innehåller glyfosat

Glyfosat (det aktiva ämnet i ogräsmedlet Roundup och en del andra medel) är ett ofta använt ogräsmedel som påverkar ett brett spektrum av växter, genom att det inhiberar enzymet 5-enolpyruvylshikimat-3-fosfatsyntas (EPSPS), och därmed biosyntesen av ett antal aromatiska aminosyror. Utan de aminosyrorna kan växten inte bilda nödvändiga proteiner och den dör.

Glyfosatinnehållande herbicider är godkända och används inom EU och i Sverige. Problemet är att glyfosat ger påverkan på både ogräs och grödan. Därför används glyfosat vanligen inte under odling av grödan utan i stället före grödan kommit upp och efter odling, innan nästa sådd.

Godkänt sedan 90-talet

I mitten av 1990-talet godkändes kommersiell odling av en genetiskt modifierad sojaböna som var tolerant mot glyfosat i USA. Det var möjligt genom att en EPSPS-gen från en jordbakterie introducerats i sojabönans genom. När sojabönan uttrycker det bakteriella EPSPS-enzymet som inte är känsligt för glyfosat, kan lantbrukaren spruta herbiciden i sojabönsfältet utan att skada grödan.

Ett par år senare fanns också genetiskt modifierad glyfosat-tolerant majs kommersiellt tillgänglig, följt av bland annat raps, sockerbeta, bomull och alfalfa.

Andra herbicider

Grödor som är toleranta mot andra ogräsmedel har också utvecklats, till exempel mot glufosinat, 2,4-D och dicamba. För glufosinat-tolerans har genen för enzymet fosfoinotricin-acyltransferas (PAT) från olika Streptomyces-bakterier introducerats i växten. Det enzymet bryter ner glufosinat och ger därmed tolerans till ämnet.

Idag är det inte ovanligt med grödor där flera olika toleransgener kombinerats och som därmed är toleranta mot flera olika herbicider. Det är också vanligt att herbicidtolerans kombineras med insektsresistens.

Genetiskt modifierade herbicidtoleranta grödor används i många länder, och i stor utsträckning i Nord- och Sydamerika.

Fördelar och nackdelar med herbicidtoleranta grödor

Herbicidtoleranta grödor gör användning av ogräsmedel under odling möjlig. Det kan göra odlingen effektivare och ge ökad skörd per areal odlad mark. Odling av herbicidtoleranta grödor kan även minska behovet att behandla marken med ogräsmedel före eller efter odling vilket är vanligt att odlare gör i Sverige.

Odling av herbicidtoleranta grödor minskar också behovet av markbearbetning, som plöjning, för att mekaniskt få bort ogräs. Det är fördelaktigt eftersom plöjning leder still avsevärda avgångar av växthusgaser. Undvikande av plöjning är också gynnsamt för jordstrukturen och maskar och mikroliv i jorden.

Odling av herbicidtoleranta grödor och användning av herbicider innebär å andra sidan kemikalierisker och miljörisker.

Herbicidtolerans knuten till odling av en viss gröda kan också leda till att andra metoder för ogräsbekämpning eller jordbrukspraktiker som minskar behovet av att använda ogräsmedel inte används i samma utsträckning.

Ogenomtänkt och ensidig behandling med ogräsmedel ger selektion för att ogräs ska utveckla tolerans mot herbiciden som används. Det kan i sin tur leda till ett behov av att använda mer herbicider vilket kan få negativa effekter på miljön eftersom många ogräsbekämpningsmedel är giftiga även för andra organismer så länge de inte brutits ner. Risken för toleransutveckling kan minskas genom att tillämpa ett integrerat växtskydd, där olika skötselåtgärder kombineras.

Omfattande EU-forskning om risker

Från 1980-talet och framåt har omfattade forskning bedrivits för att bringa klarhet i potentiella risker med genetiskt modifierade organismer för hälsa och miljö. Omfattande riskbedömningar liksom rapporter från övervakning efter marknadsintroduktion har analyserat säkerheten hos de genetiskt modifierade grödor som odlas eller importeras.

Ingen påvisad hälsorisk

Oron över att genetiskt modifierade grödor skulle innebära en direkt fara för miljön eller för människors hälsa har under senare år avtagit. Det beror på att forskning inte har kunnat påvisa att vare sig odling eller förtäring av en genetiskt modifierad gröda innebär större risk för miljö eller hälsa än motsvarande icke-modifierad gröda.

EU har finansierat forskning specifikt riktad mot att analysera möjliga risker med genetiskt modifierade organismer. År 2010 publicerade EU-kommissionen en översikt som sammanfattade de över femtio forskningsprojekt som bedrivits sedan 2001 och haft fokus på säkerhet, inklusive miljöpåverkan, livsmedelssäkerhet, riskhantering, biologiska aspekter och socioekonomiska frågor relaterade till genetiskt modifierade organismer.

Omfattande finansiering

Forskningen hade över åren finansierats med 200 miljoner euro till hundratals forskargrupper och utgör en bred evidensbas för policybeslut i EU.

Därefter har EU fortsatt att kontinuerligt finansiera ett antal ytterligare stora projekt för att analysera olika aspekter av till exempel hur riskbedömning ska gå till. De senaste projekten har fokuserat på nya genomiska tekniker och frågor relaterade till riskbedömning och detektion av organismer modifierade med sådana tekniker.

Indirekta effekter av genetiskt modifierade grödor

De indirekta positiva eller negativa effekterna som användning av genetiskt modifierade organismer kan medföra är svårare att identifiera och kvantifiera än möjlig direkt påverkan på miljön eller på hälsan.

En översiktsartikel publicerad i Science om miljöeffekter av genetiskt modifierade grödor pekar på att indirekta effekter beror av den genetiska egenskap som införts, och att de varierar kraftigt mellan olika geografiska regioner och lantbrukssystem.

Skördar och miljöpåverkan

Det är tydligt att både insektsresistenta och herbicidtoleranta grödor ger signifikant ökad skörd. Det är också så att insektsresistens leder till minskad användning av kemiska bekämpningsmedel så länge lantbrukaren följer de odlingspraktiker som kan minska uppkomst av resistens hos insekten.

Däremot leder inte herbicidtolerans till motsvarande minskning av användning av ogräsmedel. Den kan i stället leda till att jordbrukspraktiker som växelbruk inte används i samma utsträckning, men kan minska behovet att plöja och därmed ge mindre påverkan på marken och utsläpp av växthusgaser.

Andra indirekta effekter av odling av genetiskt modifierade grödor kan vara mer komplexa: Båda typer av grödor används i storskaliga industriella jordbruk med odling i monokultur, vilket ger ökad avkastning per areal odlad mark. Det kan få den positiva effekten att mindre landyta behöver användas för jordbruk.

Å andra sidan kan det ge incitament till att expandera odlingsmarken, särskilt om det är möjligt att få avsättning för sin produkt via export. Samtidigt kan ökad tillgång på marknaden resultera i ett sänkt pris för grödan, vilket gynnar konsumenter, men kan leda till att den odlas i mindre utsträckning på annat håll.

Kostsamma ansökningar

Sedan insektsresistenta och herbicidtoleranta grödor för första gången godkändes i mitten av 1990-talet har många länder och regioner, inklusive EU, infört striktare, och därmed kostsammare, reglering för godkännande av odling av genetiskt modifierade grödor. Det har resulterat i att få grödor med andra typer av egenskaper än de som primärt gynnar ett industriellt jordbruk har godkänts för kommersiella applikationer.

Det har också resulterat i en dominans på marknaden av ett fåtal stora företag med patent på sina teknologier och dominans över stora delar av frömarknaden. Den höga kostanden och regulatoriska bördan hindrar innovation och stänger ute små och medelstora företag från att agera på marknaden.

Sammanfattningsvis är det viktigt att både transgena och genomredigerade grödor integreras i hållbara produktionssystem och att policy och regleringar styr mot diversitet, transparens och en marknad som ger utrymme för flera aktörer.

Referenser

• Bravo et al., (2011) Bacillus thuringiensis: A story of a successful bioinsecticide. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 41:423–431. (Vetenskaplig artikel på sciencedirect.com)
• Ibrahim et al., (2010) Bacillus thuringensis. A genomics and proteomics perspective. Bioengineered bugs 1:31-50 (Vetenskaplig artikel på tandfonline.com)
• Shelton A. M. et al., (2018) Bt eggplant project in Bangladesh: History, present status and future direction. Front. in Bioengineering och Biotechnology. vol. 6: 106. (Översiktsartikel på frontiersin.org).
• European Commission: Directorate-General for Research and Innovation, Publications Office (2010) A decade of EU-funded GMO research (2001-2010). (Publikation på op.europa.eu)
• Transparent methods for GMO impact assessment. (Information via cordis.europa.eu)
• Noack, F. et al. (2024) Environmental impacts of genetically modified crops. Science 385: 6712. (Vetenskaplig artikel på science.org)