آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
تميز النصف الثاني من القرن العشرين بالعديد من الإنجازات العلمية , وبشكل خاص التطور العلمي والتقني في العلوم الحيوية . وتعتبر تقنيات تطويع الجينgene manipulation أو ما يعرف بالهندسة الوراثية من أبرز معالم هذا التطور العلمي. تمكن كل من D.A . Jackson, P.H. Symons and P. Berg في عام 1972 ولأول مرة من لصق جزيئين DNA من كائنين مختلفين في المعمل .(King and Stansfield ,1985) وأحدث هذا الإنجاز ثورة في تقنيات العلوم الحيوية الجزئية , وكسرت الحواجز الطبيعية بين الأنواع , واستثمرت تلك التقنيات في إنتاج ما يعرف بالكائنات المحورة وراثياً أو جينياً لأغراض مختلفة . وأمكن باستخدامها إنتاج الأنسولين البشري, واللقاحات وأشكال من المركبات الكيماوية لم يكن متوقعاً ان تنتج في معامل حيوية . كما أنتجت أصنافاً لمحاصيل زراعية مقاومة لمبيدات الأعشاب , وبعض الآفات والمسببات المرضية بالإضافة إلى تحوير بعض صفات الجودة.
تستخدم النباتات المحورة وراثيا لدراسة كيفية تحكم النبات بنسخ وترجمة جيناته. وبالرغم من أن هذه البيانات مهمة للبحوث الأساسية إلا أن المعرفة المكتسبة تؤدى إلى تطبيقات جديدة وتغيير الصفات الطبيعية أو إضافة صفات جديدة يجعلها أكثر قبولا. والعديد من النباتات قد حورت وراثيا منها : الطماطم ، وفول الصويا، والبرسيم، والجزر ، والبطاطس ، والذرة الشامية، والأرز وعباد الشمس ، والبنجر ، والكمثرى ، والتفاح ، وغيرها . وأنتجت أيضا من طرق تربية النبات المعقدة العديد من الأصناف الجديدة للمحاصيل الهامة.
بلغت المساحة المزروعة عالمياً في عام 2001 بالمحاصيل المحورة وراثياً حوالي 53 مليون هكتار . ومثلت المساحة المزروعة منها في الولايات المتحدة الأمريكية حوالي 66% , بينما لم يزرع في دول أوروبا سوى 30 ألف هكتار , حسب إحصائيات الإدارة العامة لمجلس الزراعة الأوروبي
ECDGA (1) ECDGA : European Commission Directorate – General of Agriculture ,2002
وأثارت منتجات تقنيات التحوير الوراثي أو الجيني غير التقليدية الجدل والمخاوف من المخاطر المحتملة علي البيئة والصحة العامة. وهذه الورقة تسلط بعض الأضواء على تقنيات التحوير الوراثي المختلفة و الفوائد التي تحققت من استخدامها والمخاطر المحتملة والتي يمكن أن تهدد الصحة العامة والتنوع الحيوي.
التحوير الوراثي:
التنوع الحيوي الموروث هو نتيجة عملية تطويرية معقدة عبر الزمن وساهم الانتخاب الطبيعي بدور فاعل في إحداث هذا التنوع , بل والإنسان في انتخاب الصفات المرغوبة لما إستئنس من النبات والحيوان عبر ملايين السنيين. أما تحوير صفات الكائنات وراثياً في المؤسسات البحثية , وعلى وجه الخصوص في المحاصيل فتتم من قبل مربو النبات بنوعين من التقنيات : تقنيات كلاسيكية وتقنيات تطويع الجينات .
التقنيات الكلاسيكية:
يستخدم مربو النبات التقليدين العديد من تقنيات التربية لاستنباط أصناف محسنة ذات إنتاجية وجودة عالية , وتتحمل الاجهادات البيئية الحيوية منها وغير الحيوية . كما أستثمر مربو النباتات بعض التقنيات الحيوية والجزئية في تذليل بعض معوقات برامج التحسين الوراثي .
التهجين والانتخاب:
يتـم دمـج أو نقل الصفات بين أصناف او سلالات فـي الغالب متوافقــة جنسياً , وقـد تكـون داخل النـوع الواحــد أو مع الأقارب البريـة او بين الأنـواع ، ثم تمارس طـرق الانتخاب وفقاً لأهـداف برنامج التحسين , وتنتج هجن أو أصناف محورة وراثياً وذات صفات مرغوبة.
استخدام الطفرات :
تحدث الطفرات باستخدام الإشعاع أو الكيماويات المطفرة لانتاج تراكيب وراثية جديده في الأصناف والسلالات . ويتم الاستفادة من النبات الطافر مباشرة إذا كانت الطفرة مرغوبة أو تنقل الصفة الى أصناف أو سلالات أخرى بالتهجين ثم الانتخاب.
إنقاذ الجنين:
تستخدم مزارع الأنسجة النباتية عند التهجين بعض الأنواع و أقاربها البرية لمعالجة عدم التوافق الجنسي بينهما , حيث يؤدي التهجين إلى ما يعرف بالهجين عديم الحيوية. وبتقنية إنقاذ الجنين embryo rescue يتم نقل جنين الهجين عديم الحيوية الى بيئة استنبات , حيث يمكنه النمو وتكوين نبات يتم تهجينه رجعياً إلى الصنف المراد نقل الصفة المرغوبة إليه.
دمج البروتوبلاست:
تدمج بروتوبلاست خلايا من النوعين غير المتوافقين جنسياً في المعمل . وكل خليتين تكونا نبات هجين يحمل صفات من النوعين , وربما صفات جديدة . وتقنية دمج البروتوبلاستfusion protoplast هي مفيدة في حالة عدم التوافق الجنسي بين الأنواع , وفي غاية الأهمية لانتاج تراكيب وراثية جديدة في الأنواع ذات التكاثر الخضري .
تباين النسخ الجسمية:
إكثار النباتات المنحدرة من خلايا جسمية في مزارع الأنسجة يؤدي إلى حدوث طفرات , ويحدث ما يعرف بـ تباين النسخ الجسمية somaclonal variation (Larkin and Scowcroft,1981 ). استغل مربو النبات هذه الظاهرة في الانتخاب ، لصفات مختلفة , سواء للنباتات التي تتكاثر خضرياً أو جنسياً.
الواسمات المساعدة للانتخاب:
تطور استخدام الواسم المساعد للانتخاب marker assisted selection مع تطوير التقنيات الحيوية . يستخدم مربو النبات الصفات المورفولوجية , والفيسولوجية , والكيماوية وحديثاً الجزيئية كعلامات أو واسمات تساعد في الانتخاب للصفات المرغوبة في الأجيال الانعزالية . استخدمت العديد من الواسمات الوراثية الجزئية للمساعدة على الانتخاب على سبيل المثالmicro satellites, RFLP’s , AFLP’s and RAPD’s . وتساعد الواسمات الوراثية الجزيئية في تسهيل الانتخاب غير المباشر للصفة المرغوبة . ويمكن استخدام الواسمات الجزيئية في عمل خريطة جزيئية للمحصول , ثم يمكن استخدامها لتحديد الارتباط بين واسم جزيئ محدد وصفة قوية التوريث (Mazur and Tengey,1995) . هذه هي أهم الميزات لاستخدام الواسمات الجزيئية للمساعدة في الانتخاب بل ودقة الانتخاب .
تقنيات تطوير الجينات :
التحوير الوراثي أو الجيني للكائنات باستخدام تقنيات تطويع الجين gene manipulation أو الهندسة الوراثية يتم عن طريق ادخال مادة وراثية غريبة الى جينوم الكائن المراد تحويره جينياً, ومصدر المادة الوراثية الغريبة انواع اخرى من الكائنات . وتتكون المادة الوراثية المدخلة الى جينوم الكائن المراد تحويره من المكونات الاساسية الآتية: المادة الوراثية DNA لجين يشفر لصفة مرغوبة, بروموتر لتنظيم تعبر الجين المشفر للصفة المرغوبة و جين واسم marker gene يساعد في تحديد الخلايا التي تم تحويرها . ويتم غالباً في النبات ادخال قطعة الDNA الغريبة الى الخلية المستقبلة عن طريق ناقل نسخ Cloing vector يتميز بقدرته على نقل قطعةالDNA الى خلية العائل الضيف (الكائن المراد تحويره). وتعتبر البكترياAgrobacterium tumefaciens من أشهر النواقل المستخدمة في تحوير النباتات. كما تستخدم بندقية الجين gene-gun أو biolistics … وبهذه الطريقة يتم إطلاق جزيئات دقيقة مغلفة بـ DNA على الخلايا أو الأنسجة النباتية مباشرة في المعمل . وتستخدم غالباً جينات مقاومة المضادات الحيوية كواسمات markers للمساعدة في انتخاب الخلايا النباتية التي تم تحويرها جينياً, ثم تنمى في مزارع الانسجة لانتاج النباتات المحورة جينياً . ولضمان تعبير الجين المنقول الى النبات , يلصق غالباً بروموتر فيروس تبرقش القرنبيط CaMV معDNA الجين المرغوب . ويتميز بروموتر CaMV بالقدرة العالية على تنظيم تعبير الجين والاستجابة استجابة لكثير من المؤثرات , الحرارة ,الضوء, المغذيات .. الخ (Barnum,1998 ).
فوائد التحوير الوراثي:
لاشك بأن الهدف المنشود لاي برنامج تحسين وراثي هو تحسين القدرة الإنتاجية للكائن وتحسين صفات جودة منتجاته . وتنوعت التقنيات المستخدمة لتحقيق هذا الهدف , بل وتطورت مع تقدم المعرفة الإنسانية في العلوم الحيوية وتقنياتها . وتحسين القدرة الإنتاجية تتحقق عن طريق نقل ودمج الصفات والانتخاب المباشر وغير المباشر لصفات الإنتاج , وصفات التحمل للضغوط الحيوية , بل والضغوط غير الحيوية أحياناً. أما جودة منتجات المحاصيل تتنوع فإنها بتنوع المحاصيل , وبشكل عام فأن الغرض من استخدام المنتج هو المحدد لصفات الجودة المطلوب تحسينها. والأبعد من ذلك , فأن تقنيات تطويع الجين فتحت أفاقاً جديدة لتحسين جودة المنتجات , بل وإنتاج مركبات كيماوية أو صيدلانية لا تقدر بثمن في المعامل الحيوية.
فوائده التقنيات الكلاسيكية :
استطاع مربو النبات خلال القرن العشرين تحسين إنتاجية وجودة كثير من المحاصيل. إنتاج وانتشار زراعة الذرة الشامية الهجين في معظم الدول المتقدمة وبعض الدول النامية أدى الى زيادة جوهرية في غلة الحبوب. وادى استنباط أصناف من القمح المحايد لطول النهار, وقصيرة الطول في المركز الدولي سيمث وأنتشار زراعتها الى زيادة الإنتاج تحت ظروف الري والتسميد الجيد . وبنفس الاستراتيجية استنبطت أصناف من الأرز في المركز الدولي لبحوث الارز IRRI في الفلبين وانتشرت زراعتها في معظم مناطق زراعة الأرز في العالم(Simmonds and Smartt,1999). وبذلك أحدثت التقنيات الكلاسيكية لتربية المحاصيل مما عرف في ستينات القرن العشرين بالثورة الخضراء.
ونقل صفات المقاومة للأمراض سواء من الأصول الوراثية لنفس المحصول أو من أقارب النباتات البرية عن طريق برامج التربية الشائعة في مراكز البحوث الدولية والوطنية والجامعات في كثير من الدول . وبإستخدام تقنية دمج البروتوبلاست تم نقل صفة المقاومة لفيروس تجعد أوراق البطاطس (PLRV) . حيث دمجت خلايا من سلالة ثنائية برية لا تحمل درنات Solanum brevidens مقاومة الفيروس تجعد أوراق البطاطس مع خلايا من سلالة ثنائية تحمل درنات S.tuberosum . وينتج عن دمج بروتوبلاست النوعين هجين رباعي من البطاطس مقاوم لـ PLRV ويحمل صفات أخرى من الأبوين Barnum ,1998 )) .كما تم بنجاح استخدام تقنية إنقاذ الجنين embryo rescue في إنتاج هجن نوعيةinterspecific hybrids مثل التهجين بين Lycopersicon esculentum و L.peruvianum .(Thomas and Pratt,1981)
فوائد التقنيات الكلاسيكية للتحوير الوراثي وتحسين لإنتاج والجودة كثيرة . وكان من المفيد ذكر الأمثلة السابقة , وبشكل عام فأن معظم أصناف المحاصيل المختلفة المزروعة في دول العالم والنامية منها بشكل خاص هي من مخرجات التقنيات الكلاسيكية سواءً المنفذ منها بواسطة مربو النبات النظامين في المؤسسات البحثية أو غير النظامين وهم المزارعين .
تقنيات تطويع الجين:
أحدثت تقنيات تطويع الجين ثورة في صناعة الكيماويات والصيدلانية منها بالذات , وفي الزراعة. والتحوير الوراثي أو الجيني بهذه التقنيات محصور في نقل صفات يتحكم فيها جين مفرد أو ربما عدد من الجينات ولا تزال حتى اليوم إمكانية نقل صفات كمية بواسطة تقنيات تطويع الجين محدودة(Millam and Spoor,1999). أنتجت العديد من المركبات الصيدلانية من حيوانات أو كائنات دقيقة محورة جينياً وباستخدام المفاعلات الحيوية bioreactors . ومن أشهر المنتجات الصيدلانية هرمون الأنسولين لعلاج مرض السكر, والبروتين المعروف بمعامل ثمانية (Factor VIII ) لمرض ابيضاض الدم , وبعض أنواع اللقاحات , وغيرها من المركبات الصيدلانية. ويطمح مهندسو الجينات في إنتاج نباتات محورة جينياً (Plant bioreactors) لإنتاج مركبات كيماوية صيدلانية وصناعية. كما أنتجت العديد من أصناف المحاصيل المحورة جينياً ، مثل فول الصويا, والذرة الشامية , والقطن , والتبغ , والطماطم , والأرز , وأشجار زيت النخيل (جوز الهند) وغيرها من المحاصيل . وانحصر التحوير الجيني في منح صفة المقاومة لمبيدات الأعشاب , والمسببات المرضية الفطرية والبكتيرية والفيروسية,والحشرات ,بالإضافة إلى تحسين بعض صفات الجودة.
المقاومة لمبيدات الأعشاب :
تعمل مبيدات الأعشاب الحديثة على الإخلال في عملية ايضية محددة . وبالتالي فأن تحوير موقع الأنزيم الذي يعمل عليه المبيد سوف يمنح النبات درجة من المقاومة لمبيد الأعشاب, وهذه العملية سوف تسمح باستخدام مبيدات أعشاب غير متخصصة . ونظرياً, فان الفائدة من تحوير النبات لمقاومة مبيدات أعشاب , وربما تساعد على استخدام كميات صغيرة من المبيد لمكافحة الأعشاب (Millam and Spoor,1999). معظم أصناف المحاصيل المحورة جينياً لمقاومة مبيدات الأعشاب حورت باستخدام جين بكتيري مفرد . على سبيل المثال, تحولت النباتات المقاومة لـ glyphosate لتحطيم المبيد العشبي Roundup إلى مركبات غير سامة ، ويعمل المبيد العشبي Roundup® طبيعياً على تثبيط إنزيم هام (EPSPS) في الممر التخليقي للأحماض الأمينية العطرية (Shikmate pathway) في كل من النبات والبكتيريا ويؤدي إلى قتلهما . وكذلك عزل الجين المشفر لإنزيم (1)EPSPS من بكتيريا القولون(E.coli) المقاومة لـ glyphosate ووضع تحت تحكم بروموتر نباتي , وإستخدم في انتاج نباتات مقاومة لglyphosate مــن الطماطم, و البطاطس , والقطن والتبغ (Barnum,1998).
enolpyruvytshikmate-3-phosphate synthase(1)
مقاومة الحشرات :
انتاج نباتات مقاومة للحشرات له ميزة إيجابية على البيئة ، وذلك بتقليل استخدام مبيدات الحشرات الملوثة للبيئة , وتقليل الأضرار والإخلال بالتوازن الحيوي بقتل حشرات أخرى مثل الملقحات والمفترسات, والمتطفلات والمفيدة للبيئة.أمكن عزل جينات من البكتيريا والنباتات , تشفر لبروتينات سامة على بعض أنواع الحشرات ، وكذلك تم عزل الجين Bt من بكتيريا التربة Bacillus thurngeinsis والذي بشفر لبروتين سمي على الحشرات Insectisidal Crystal Protein (ICP), واستخدم في تحوير نباتات بعض المحاصيل لمنح المقاومة للحشرات (Delanany et al.,1989). ويعتقدBrusseau (1997)وكثيرون غيره بان هذا البروتين السام عالي التخصص , وليس له أثار سمية على الثدييات , وربما تخصصا محدوداً على بعض الحشرات.
مقاومة مسببات الأمراض :
تسبب الأمراض الفيروسية والفطرية والبكتيرية فقداً كبيراً في إنتاج المحاصيل , وإنتاج أصناف من المحاصيل مقاومة لمسببات الأمراض له أهمية كبيرة في إنتاج المحاصيل على نطاق تجاري . أنتجت نباتات مقاومة الفيروسات لمحاصيل مختلفة عن طريق نقل الجين المشفر لبروتينات غلاف الفيروس ، ومن المحاصيل المحورة جينيا باستخدام غلاف الفيروس والمقاومة لفيروسات مثل Alfalfa mosaic virus و Potato viruses Y and X وTobacco mosaic virus . واستخدام غلاف الفيرس البروتيني في التحوير تمنح المقاومة أيضاً لفيروسات أخرى غلافها البروتيني يشابه الغلاف والبروتيني للفيروس المستخدم في التحوير .كما استخدم ما يعرف بـRNA antisence لإنتاج نباتات مقاومة للفيروس مثل مقاومة فيروس التبرقش الذهبي في الطماطم, وفيروس تبرقش التبغ ، كما اقترح استخدام جينات من اصل نباتي لمنح المقاومة للفيروس , والمعتمدة على الاستجابة لفرط الحساسية hypersensitive . والتحوير لمقاومة الفيروس باستخدام الأجسام المضادة antibodies واحدة من الطرق الموصى باتباعها (Tavladoraki et al .,1993) .
وتؤدي إصابة المحاصيل بالمسببات المرضية الفطرية والبكتيرية إلى تدني إنتاج وجودة المنتجات الزراعية , ومنح النباتات المقاومة لتلك المتسببات سيؤدي بلا شك إلى تحسين الإنتاج والجودة. عزلت العديد من جينات مقاومة المسببات المرضية (Dangl, 1995). وقد اوضح تقرير عن الـFAO (1996) عـدد مـن جينات مقاومـة المسببات المرضية التي عزلت , وبعضها في الجدول رقم (1). وربما سيتـم في يوم ما نقل تلك الجينات – وربما غيـرها – إلى محاصيـل اقتصادية أخرى Barnum (1998) والاستفادة منها في منح المقاومة للمسببات المرضية الفطرية والبكتيرية وزيادة الإنتاج.
جدول رقم (1)
بعض جينات مقاومة المسببات المرضية النباتية التي عزلت واكثرت.
صفات الجودة :
يتحكم في العديد من المسارات التخلقية الحيوية في النبات جين مفرد ,ومن الأمثلة على ذلك مسار السكروز – النشاء في درنات البطاطس , و المسار التخليقي للأحماض الدهنية في المحاصيل البذرية الزيتية مثل الـBarssica napus Millan and Spoor,1999) ). و صفة النضج ripe لثمار الخضار والفاكهة من صفات الجودة التسويقية الهامة, و تأخير فترة استواء ما بعد النضج softening يميز الثمار بزيادة زمن العرض دون تلف.
تنتج زيوت خاصة للمنظفات detergents ولمستحضرات التجميل، ولتخفيف الاحتكاك lubricants وتحوير تركيب الدهون في بذور المحاصيل لتقليل مستويات الدهون المشبعة. والأمثلة على الزيوت المحورة تتضمن تلك التي يزيد بها مستويات الـlaurate والـmyristate للاستخدام في الشامبو والصابون وتتجمد هذه الزيوت في درجة حرارة الغرفة دون هدرجة hydrogenation. و بعض الزيوت والتى تحتاج الى هدرجة جزئة (مثل الـmargarine) تضاف إلى العديد من الأغذية، واتضح بأنها غير صحية. واستخدامات أخرى للزيوت الخاصة تتضمن زيت الطبخ المنخفض المحتوى من الدهن المشبع، الزيت البديل لزبدة الكاكاو cocoa في الشكولاته، والزيوت في مستحضرات التجميل، والشمع السائل المستخدم في تخفيف الاحتكاك. تستخدم الأحماض الدهنية طويلة السلسلة (C20 – C24) كمخففات للاحتكاك وكمذيبات لبعض مبيدات الآفات، بينما تستخدم الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (C6 – C14) في صناعة الصابون والمنظفات (أكثر الزيوت استخداما في المنظفات هو حمض lauric والذي يحصل عليه غالبا من زيت النخل الاستوائي) . ويتم الحصول على العديد من الزيوت البديلة من البذور الزيتية المهندسة وراثيا مثل بذور الـ rape، وفول الصويا وعباد الشمس.
وأول منتج غذائي محور وراثيا وصل إلى الأسواق هو Flavr Savr tomato والمطور بواسطة California,Inc. وقد غير الـFlavr Savr وراثيا بحيث يحدث فقد الصلابة soften ببطء كبير، مما يسمح ببقاء الثمار على النبات حتى النضج. ولهذا، تبقى الطماطم طازجة بدون تعفن وتحرر نكهة طبيعية طوال العام . وتطول فترة عرضها عدداً من الأيام اكثر من الطماطم الطبيعية(Barnum,1998 ). وحالياً يوجد الكثير من المحاصيل المحورة لصفات الجودة مثل زيادة المحتوى من الأحماض الأمينية, الارز الذهبي وفول الصويا عالي المحتوى من المثيونين.
المخاطر المحتملة من تحوير المحاصيل وراثياً:
بقدر ما حققت تطبيقات تطويع الجينات من إنجازات لخدمة البشرية لم يكن يحلم بها, فقد أثير على منتجاتها جدلاً ساخناً ومخاوف , لم تزل بعد , والتي يمكن أن تهدد الصحة العامة بل والبيئة . وتنحصر أهم المخاطر المحتملة في تأثير تدفق الجيني رأسياً وإنتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية أفقيا والسمية والتحسس من منتجات المحاصيل المحورة وراثياً .
تأثير التدفق الجيني :
يعتبر تدفق الجين gene flow أو انتقال الجينات رأسياً vertical من النباتات المحورة وراثياً إلى البيئة من المخاطر المؤثرة على التنوع الحيوي. واحتمالات تأثير تدفق الجين من النباتات المحورة وراثياً على البيئة تنحصر في : تحول النبات المحور إلى حشيشة , انتقال الجين الغريب من النبات المحور إلى أقاربه البرية والآثار الجانبية على البيئة من منتج النبات المحور وراثياً , أي تأثير المنتج على كائنات أخرى غير مستهدفة(Klaus et al.,2001 ) .
حشائش صعبة المكافحة:
يمكن أن يتم تحول نباتات محصول ما إلى حشائش عن طريق احتمال: تطور نباتات من المحصول إلى حشائش , تطور نباتات هجينة ناتجة عن تهجين طبيعي بين نباتات من المحصول وأقربائه البرية إلى حشائش ونمو نباتات من المحصول السابق في حقول إنتاج أي محصول آخر . وتزيد تأثير نتائج حدوث هذه الاحتمالات على البيئة إذا تحولت نباتات من محصول مقاوم لمبيدات الأعشاب إلى حشائش . ومن المخاوف أو التأثيرات الضارة المحتملة من زراعة المحاصيل المقاومة لمبيدات الأعشاب , هو اكتساب الحشائش أو بعض الحشائش صفة المقاومة لمبيد الأعشاب المستخدم في حقول إنتاج محاصيل مقاومة لمبيدات الأعشاب . والمثير للمخاوف من تحول نباتات محورة وراثياً إلى حشائش , هو احتمال اكتساب النبات المحور وراثياً ميزة تأقلميه وانتخابه تجعل الحشائش الناتجة والتي ربما تحوي جين صفة المقاومة صعبة المكافحة .
احتمال تدفق الجينات من النباتات المحورة إلى أقاربها البرية ليست مستبعدة , إذا توفرت الشروط والظروف اللازمة لحدوث التهجين وإنتاج نسل , ويعتمد بقاء النباتات التي تحمل الجين المحور على قدرتها على المنافسة والتأقلم . ويعتبر محصول Oillseed rape من أول المحاصيل المحورة وراثياً التي سجل تدفق جيناتها إلى أقاربه البرية . وقد أعطى هذا الموضوع اهتماماً كبيراً لتحديد مقدار التدفق الجيني الفعلي لهذا المحصول . كما حددت المسافات اللازمة للعزل بين النباتات oilseed rape المحورة وراثياً وغير المحورة لتجنب تدفق الجين غير المرغوب(Dale et al; 1993 ). من ناحية أخرى , وثق لحالات اكتساب بعض الحشائش صفة مقاومة مبيدات الأعشاب عند استخدام تلك المبيدات في مكافحة الحشائش لفترة طويلة . وظهرت حشائش الشيلم rye المقاومة ل glyphate في حقول إنتاج القمح في كل من استراليا وكاليفورنيا , وكما لوحظت حشائش الـ gooe gas المقاومة لـ glyphosate في حقول إنتاج أشجار زيت النخيل في ماليزيا (Klaus et al., 2001) .
يمكن الاستنتاج بأن هناك تأثير مباشر لتدفق جينات بعض أنواع النباتات المحورة إلى النباتات المتوافقة جنسياً معها من المحاصيل والأقارب البرية , ويعتمد ذلك على طبيعة ونسبة التلقيح الخلطي , وتزامن التزهير , وتواجد المحصول أو الأقارب البرية على مسافة كافية لحدوث التلقيح. وكذلك تأثير غير مباشر للنباتات المحورة جينياً لمقاومة مبيدات الأعشاب وهو اكتساب بعض حشائش بيئة المحصول المحور المقاومة لمبيد الأعشاب . وتأثير عام لاستخدام مبيدات الأعشاب على كائنات التربة النافعة , وربما تلوث المياه الجوفية . وكل من التأثير المباشر لبعض النباتات المحورة و تأثير استخدام مبيدات الأعشاب يؤثران على البيئية , ومقدار التأثير على التنوع الحيوي بحاجة إلى تقييم يشمل الأنظمة البيئية في الوطن العربي وتحديد المخاطر المحتملة لمساعدة صانعي القرار في وضع التشريعات اللازمة لحماية البيئة والإنتاج الزراعي.
التأثير على كائنات غير مستهدفة :
من التأثيرات الضارة على البيئة استخدام المبيدات الكيماوية لمكافحة الحشرات والأعشاب . وذلك لتأثيرها المباشر وغير المباشر على حشرات وكائنات أخرى نافعة, وبالمثل فقد أثارت النباتات المحورة وراثياً المخاوف من التأثير الضار لمنتجات تلك النباتات على كائنات أخرى غير مستهدفة. وتعتبر محاصيل Bt المقاومة لحشرات حرشفية الأجنحة , هي الأكثر انتشاراً. وكتب كثيرون ومنهم Bhatia et al., (1999) عن تخصص سم Bt العالي لحشرات يرقات حشرات حرشفية الأجنحة, وأوضح بأنه آمن على البيئة والحشرات الأخرى غير المستهدفة , والثدييات , والمفترسات الأخرى التي تتواجد في حقول الذرة الشامية , و الإنسان ,والطيور , والأسماك . وفي نفس العام كتب عن إمكانية سم الـ Bt المعبر عنه من حبوب لقاح الذرة الشامية مثل يرقات Monarch butterfly في الاختبارات المعملية (Losey et al., 1999) . وقد وجد اكثر من 50 تحت نوع من البكتيريا B. thuringiensis ,وكل منها تنتج مبيداً حشرياً مختلف النشاط ومتخصص في قتل يرقات حشرات معينة (Barnum ,1998b). ويمكن التوقع بأن السموم الحشرية المختلفة للجين Bt ليست الوحيدة , فمن المحتمل أن يتم استخدام جينات أخرى تشفر لبروتينات سامة على الحشرات , وقد تكون متخصصة أو غير متخصصة , كما هو الحال في مبيدات الحشرات الكيماوية المتداولة في الأسواق .
انتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية افقياً :
استخدام جينات مقاومة المضادات الحيوية في عملية تحوير النباتات جينياً أثار المخاوف عن المخاطر المحتملة التي يمكن أن تهدد الصحة العامة من انتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية أفقياً horizontal . ويعني ذلك انتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية من النبات المحور جينياً إلى بكتيريا القناة الهضمية للإنسان والحيوان من المحاصيل المستخدمة في تغذيتها , والى بكتيريا التربة من مخلفات الإنسان والحيوان وبقايا النباتات . وربما يؤدي ذلك إلى ظهور أمراض ميكروبية لا يجدي معها استخدام المضادات الحيوية.
توجد جينات مقاومة المضادات الحيوية في الميكروبات طبيعياً وتحتاج في نظامها الدفاعي الذاتي من المضادات الحيوية التي تنتجها (Davies 1994 ) . وانتشار جينات مقاومة المضادات الحيوية في الطبيعة نتيجة لكل من انتخاب السلالات المقاومة في وجود المضاد الحيوي , والانتقال transmission النشط لجينات المقاومة بين الأجناس Inter- generic ويسمى أيضا الانتقال الأفقي للجين (Lorenz and Wakernagel , 1994 ) .
كتب Philippe (2001) تقريراً مرجعياً مفصلاً عن الأمان الحيوي لدراسات المضادات الحيوية في تحوير النباتات جينياً وانتشار جينات المقاومة أفقيا في غياب الـ DNA المماثل homologies هو مخفض وقدره بأقل من 10-11 لكل بكتيريا معرضة لDNA محور. وافترض نفس الاحتمال للبكتيريا قاطنات القناة الهضمية للإنسان والحيوان , واعتبر استخدام جينات مقاومة المضادات الحيوية في تحوير النباتات آمناً http://www.vib.be . ومهما كانت درجة انتقال الجين أفقيا فأنها مؤثرة على الصحة العامة و البيئة, و ذلك لإضافة عملية انتقال جينات المقاومة للمضادات الحيوية عبئاً إضافيا إلى اكتساب الميكروبات صفة المقاومة بالفطرة .
السمية والحساسية :
التأثيرات السامة المحتملة والتحسس المحتمل من منتجات النباتات المحورة جينياً والمستخدمة في التغذية من المواضيع التي أثارت الجدل عن التأثيرات الضارة على المستهلكين. ومن الأسباب المحتملة لتلك التأثيرات ان يكون الجين او الجينات الغريبة المستخدمة في تحوير النبات ذات سمية مباشرة على الإنسان، او أنها قد تغير في تركيب مكونات النبات الغذائية مثل رفع مستوى السموم الطبيعية التي تحويها بعض النباتات بكميات صغيرة ، وقد تنتج النباتات المحورة بروتينات تسبب تفاعلات الحساسية. ويرى Galvin (1998) ان عملية ادخال الجين بالطرق الحالية هي عملية عشوائية ومن المحتمل ان تحول تنظيم تعبير جينات أخرى و إنتاج مركبات سامة.
ويبدو حتى الآن عدم تسجيل حالات تسمم غذائي من المحاصيل المحورة جينياً, و يرجع ذلك الى الاختبارات التي تأخذ في الاعتبار الاحتمالات السابقة و فقا للقوانين المنظمة, الا ان المخاوف قد تتحقق احياناً. تسبب نقل جين من الـ Brazil nut الى فول الصويا تفاعلات حساسية شديدة للافراد المسجل تحسسهم من الـ Brazil nut ولم يسبق لهم التحسس من فول الصويا Nordlee et al.,1996) ) . ويرجع السبب الي احتمال تشفير الجين المنقول لبروتينات مسببة للتحسس من الـ Brazil nut , ويشفر الجين المنقول لبروتين 2 S albumin بهدف زيادة محتوى فول الصويا من الميثيونين.
الاستنتاجات:
أثمر تطور العلوم الحيوية خلال القرن العشرين في ابتكار تقنيات حيوية و جزيئيه ساهمت في تطوير التقنيات الكلاسيكية للتحوير الوراثي , وفتحت أفاقاً جديدة لنقل صفات جديدة إلى النبات من أنواع نباتية أو كائنات أخرى. أثارت منتجات تقنيات تطويع الجين الجدل والمخاوف من المخاطر المحتملة من استخدام هذه التقنيات غير التقليدية في التحوير الوراثي أو الجيني على البيئة والصحة العامة. ويـرى المعارضون بان عدم وجود أدلة عن المخاطر المحتملة لا يعني عدم وجود تلك المخاطر.
لا شك بان استخدام المبيدات الكيماوية لأغراض مختلفة في الإنتاج الزراعي قد نتج عنه بعض التأثيرات الضارة على البيئة. ويفترص بان تحوير المحاصيل جينياً لمقاومة الأعشاب يقلل من كمية المبيدات المستخدمة لمكافحة الحشائش , ولا يعني بالضرورة زوال الآثار الضارة من مبيدات الأعشاب على البيئة. وكل من التأثير المباشر لبعض النباتات المحورة و تأثير استخدام مبيدات الأعشاب يؤثران على البيئة , ومقدار التأثير على التنوع الحيوي بحاجة إلى تقييم يشمل الأنظمة البيئة في الوطن العربي وتحديد المخاطر المحتملة لمساعدة صانعي القرار في وضع التشريعات اللازمة لحماية البيئة والإنتاج الزراعي . وبالرغم من ان احتمال انتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية افقياً 10 -11 , إلا أن استخدام واسمات أخرى قابلة للانتخاب في عملية تحوير نباتات المحاصيل ستظل واحدة من مطالب المستهلكين ، ووجود مركبات غريبة في الأغذية قد يؤدي تراكمها على المدى الطويل إلى مشاكل صحية لا نعرف طبيعتها اليوم.
المراجع :
– Delanany, X; R. J. Lavallea; R.K. Proksch; R.L. Fuchs; S.R. Sims, J.T. Greenplate; P.G. Marrone ; R.B. Dodson; J.J. Augustine; J.G. Laytion and Fischoff, D.A. 1989. Field performance of transgenic tomato plants expressing the Bacillus thuringenic var. kurstaki insect control proteim. Bio-Techn. 7-1265-1269.
– Tavadoraki, P.E; S. Benvenuto ; D. Trinca; D.De Martinis; A. Cattanes and Galeffi, P 1993. Transgenic plants expressing a functional single chain Fv antiobody are specifically protected from virns attack. Nature 366:469-472.
– Klaus, A.; J. Yolande and ALMazyad, P.R. 2001. Safety of geneticaly engineered plants : an ecological risk assissment of vertical geneflow. In : Custers R. (ed) Vib Publication, at http://www.vib.be
– Philippe, G. 2001. The biosafety of antibiotic resistance markers in plant transformation and the dissemination of genes through horizontal gene flow. At http://www.vib. be.
– Simmonds, N.W. and Smartt. J. 1999. The green revolution In. Principles of Crop Improvement 2ed Edition P. 347-357, Blackwell Science Ltd.
– Bhatia, J.; S.E. Grant and Powell, D.A. 1999. Genetically engineered Bt containing field corn. At http://www.oac.uoguelph. ca/riskcomm/plant-ag/bt – survey/bt-backgrounder.html.
– Losey, J.J. ; L. Raynor and Carter, M.E. 1999 Transgenic Pollen harms Monarch Larvae, Nature 399:214.
– Larkin, P.J. and Scowcroft, W. R. 1998. Somaclonal variation – a novel source of variability from cell culture for plant improvement Theor. Appl.Gene.60:197-214.
– Barnum, S.R. 1998. Plant biotochnology. In : Biotecnology, An Introduction Pp. 91-105. Wadsworth Pubishing Company
– Barnum, S.R. 1998 b. Miccrobial biotechnolog. In: Biotechnology. An Introduction Pp 91-105. Wadworth Publishing Company.
– Golvin, S.B. 1998. The introduction and expression of transgenes in plants. Curr. Opin Biotech 9:229-232
– Melo, V.M.; J.Xavier-Filho and Prouvost, D.A. 1998. Allergenicity and tolerance to proteins from Brazil nut Fd. Agric. Immun. 6
– Brousseu, R. 1997. Transgenic insect – resistant plants; cents and sense. PBI. Bulletin, National Research Council of Canada, May 1997 : 1-3.
– FAO. 1996. Methods for utilization for PGRFA through plant breeding. In: The state of the World’s Plant Genetic Resources for Food and Agriculture. Background Documentation prepared for the international Technical Conforence on plant Genetic Resources, Leipzig, Germany, 17-23 June, 1996. Pp 246-261 Rome.
– Dangl. J.D. 1995. Pice de resistance : novel classes of plant disesse risistance genes. Cell, 80:363-360.
– Davies, J. 1994. Inactivation of antibiotics and dissmination of resistance genes,, Science, 264: 375-382.
– Lorenz, M.G. and Wachernagel, W. 1994. Bacterial gene transfer by genetic transformation in the environment. Microbial Rev. 58 : 563 -602.
– Dale, P.J; R. Parkinson and Soheffer, J. A. 1993. Disporsal of genes by pollen, the PROSAMO-Progect. British Crop Protection Council Monograph NO. 55 : 133-143.
– King, R.C. and stansfield, W.D. 1985. Chronology. In : A Dictionary of Genetics, 3ed Edition Pp. 434-456. Oxford University Press Inc.
– Thomas, B.R. and Pratt, D. 1981. Efficient hybridization between Lycopersicon esculantum and L. pervianum via embryo callus. Theor. Appl. Genet. 59:215-219
– Millam,S. and Spoor,J.1999. Biotechnology and crop improvement .In: Simmonds ,N. W. and J. Smartt (eds) Principles of Crop Improvement 2nd Edition Pp.285 –305.Blackwell Science Ltd.
إعداد
د. حمود مقبل
من أوراق حلقـة العمل حـول تقييم الآثار البيئيـة لإدخال الأنـواع النباتيـة والحيوانية المحـورة وراثياً في المنطقة العربية، والتي نظمتها المنظمة العربية للتنمية الزراعية في عام 2003 في الخرطوم.
