Neljä maailmanlaajuista sovellusta
TERVEYS
Rokotteet
Rokotteen tehtävä on herättää elimistön puolustusmekanismit taudinaiheuttajaa vastaan ja saada aikaan immuunivaste, vasta-aineiden muodostuminen. Rokotteita voidaan pitää merkittävimpänä lääketieteen saavutuksena. Rokottamalla on onnistuttu hävittämään kokonaan isorokko ja melkein kokonaan polio sekä merkittävästi vähentämään tartuntatautitapauksia maailmassa.
Vielä muutama vuosikymmen sitten kaikki rokotteet sisälsivät joko tapettua tai heikennettyä taudinaiheuttajaa, virusta tai bakteeria. Tähän sisältyi pieni riski siitä, että rokotteen sisältämä taudinaiheuttaja on edelleen infektiokykyinen. Geenitekniikan avulla taudinaiheuttajista voidaan tuottaa rokotekäyttöön vain yhtä ainutta proteiinia, mikä riittää immuunivasteen synnyttämiseen elimistössä. Näin valmistetut rekombinanttirokotteet ovat perinteisiä rokotteita turvallisempia, sillä yksittäinen proteiini ei pysty aiheuttamaan tautia. Valtaosa rokotteista valmistetaan nykyään geeniteknologian avulla. Rekombinanttirokotteiden valmistus on usein myös halvempaa kuin perinteisten rokotteiden ja niiden säilyvyys on parempi.
Uusi sovellus on syötävät rokotteet, jossa kasvit kehitetään tuottamaan rokotteena käytettävää proteiinia. Niitä on kehitetty koleraa, ruuansulatuselinten tauteja, maksatulehdusta sekä hengitystietulehduksia vastaan. Syötävät rokotteet saavat aikaan vasta-ainemuodostuksen sekä vereen että limakalvoille, mitä kautta taudinaiheuttajat usein tunkeutuvat elimistöön. Rokotekasveiksi kehitetään mm. maissia, tomaattia ja tomaattia, koska niiden geneettinen koostumus tunnetaan jo varsin yksityiskohtaisesti. Syötävät rokotteet soveltuisivat erityisesti kehitysmaihin, sillä rokotteen tuottaminen on halpaa eikä se edellytä esimerkiksi kylmäsäilytystä tai suurta hygieniatasoa kuten pistettävät rokotteet. Euroopan unioni rahoittaa uutta tutkimusohjelmaa, jonka tavoitteena on kehittää kasveissa lääkeaineita tai rokote tauteihin kuten AIDS, diabetes, vesikauhu ja tuberkuloosi.
RUOKA
Geenimuunnellut ravintokasvit
Kasvien geenitutkimus on auttanut tutkijoita ymmärtämään paremmin kasvien metaboliaa eli aineenvaihduntaa. Geenitekniikan avulla kasviin voidaan siirtää haluttua ominaisuutta tuottava geeni, joka voi olla peräisin myös toisesta kasvilajista. Geenimuunneltujen (gm-) kasvien tutkimuksella tähdätään ravintoarvoltaan ja laadultaan parempien kasvien kehittämiseen sekä lisäämään satomääriä ja ruuan turvallisuutta vähentämällä kasvien altistusta taudeille ja sääoloille. Maatalouden ympäristövaikutuksia pyritään vähentämään kehittämällä kasveja, jotka tarvitsevat entistä vähemmän lannoitteita.
Suurin osa gm-kasveista on tehty perustyökaluiksi tutkimuskäyttöön, esimerkiksi tietyn geenin toiminnan tutkimiseen. Ensimmäinen gm-kasvi, kanamysiini-antibiootille vastustuskykyinen tupakka, kehitettiin vuonna 1983. Tutkimuksen tarkoituksena on myös tuottaa uusia sovelluksia kaupalliseen käyttöön. Tärkeimpiä ovat geenimuunnellut viljelykasvit, joista ensimmäiset otettiin viljelykäyttöön vuonna 1996.
Geenitekniikalla on lisätty kasvien kykyä sietää rikkakasvin torjunta-aineita tai puolustautua tuholaisia tai viruksia vastaan. Vuonna 2009 gm-kasvien viljelyala maailmalla oli noin 134 miljoonaa hehtaaria ja niitä viljeltiin 25 maassa.
Suosituimpia geenimuunneltuja viljelykasveja ovat herbisidejä eli rikkakasvien torjunta-aineita kestävät kasvit, joihin on siirretty torjunta-aineelle vastustuskyvyn antava geeni bakteerista. Valtaosan maailmalla viljeltävistä gm-kasveista muodostavat herbisidejä kestävät maissi, puuvilla, soija sekä öljykasvit rapsi ja rypsi.
Hyönteisille vastustuskykyisiin gm-kasveihin on siirretty Bacillus-bakteerista geeni, jonka tuottama proteiini on myrkyllistä kasvia syövälle hyönteiselle. Samaa proteiinia käytetään myös luonnonmukaisessa tuotannossa kasvituholaisten torjunnassa. Noin kolmasosa maailmalla viljeltävistä gm-kasveista kuuluu tähän ryhmään (ns. Bt-kasvit). Yleisimmät kasvilajit ovat puuvilla ja maissi.
Kaupallisessa tuotannossa on myös viruksille vastustuskykyisiä gm-kasveja kuten papaija ja kurpitsa.
Tulevaisuuden sovelluksia ovat viljelykasvien kuivuuden- ja suolankestävyyden parantaminen sekä ravintopitoisuuden parantaminen lisäämällä kasvin vitamiini- ja rautapitoisuutta tai muuttamalla rasvahappo- tai tärkkelyskoostumusta.
YMPÄRISTÖ
Bioremediaatio
Bioremediaatiolla tarkoitetaan ympäristön (maan, veden, pohjaveden tai sedimentin) puhdistamista mikrobien tai kasvien avulla. Vanhimpia sovelluksia ovat jäteveden puhdistus ja kompostointi bakteerien ja sienien avulla.
Ihmisen terveyden ja hyvinvoinnin kannalta haitallisimpia ympäristön saasteita ovat orgaaniset jätteet ja raskasmetallit kuten lyijy, elohopea ja kadmium. Bakteereita voidaan käyttää hyväksi raskasmetallien poistoon vedestä tai maaperästä. Myös elohopeapitoinen vesi voidaan puhdistaa bioreaktorissa bakteereiden avulla. Eräillä bakteereilla on kyky tuottaa entsyymiä, joka edistää öljyhiilivedyn hajoamista. Näitä bakteereita on käytetty jo pitkään öljyvuotojen puhdistamiseen.
Kasvit voivat pilkkoa suurimman osan orgaanisesta jätteestä, mutta joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta ne eivät pysty käsittelemään raskasmetalleja aineenvaihdunnassaan. Sen sijaan ne voivat kerätä maaperästä haitallisia metalleja, esimerkiksi nikkeliä ja kadmiumia, kudoksiinsa. Metallia sisältävät kasvit on helppo kerätä ja hävittää ja metallijäte on jopa mahdollista kierrättää.
Luonnosta löytyy kasvilajeja, jotka voivat kerätä raskasmetalleja poikkeuksellisen suuria määriä, jopa useita prosentteja biomassastaan. Parhaillaan tutkitaan mahdollisuutta siirtää näiden kasvien metallinsietogeenit isompiin ja nopeampikasvuisiin lajeihin, joita voitaisiin sitten käyttää saastuneen maaperän puhdistukseen.
TURVALLISUUS
Biouhkiin varautuminen
Biouhilla tarkoitetaan yleensä ennakoimattomia, vakavia tartuntatautiuhkia sekä tahallista mikrobien levittämistä. Mikrobit ovat yhä uhka ihmiselle, antibiooteista ja rokotteista huolimatta. Lisääntyneen matkustamisen vuoksi tarttuvat taudit myös leviävät entistä nopeammin. Uusia kulkutauteja syntyy yhä, esimerkkinä 2000-luvun alun sars-epidemia. Kansainvälisen yhteistyön ja nykyteknologian avulla virus tunnistettiin ja sen leviäminen saatiin nopeasti kuriin.
Kaakkois-Aasiassa puhjennut lintuinfluenssaepidemia herätti maailman uuden maailmanlaajuisen epidemian eli pandemian uhkaan. Vain muutamaa vuotta myöhemmin seurannut Meksikosta lähtenyt sikainfluenssaepidemia levisi ympäri maailman ja WHO julisti sen pandemiaksi vuonna 2009. Suomessakin noudatettiin WHO:n ohjeistusta, jolla pyritään hidastamaan viruksen leviämistä, varaudutaan hoitamaan normaalitilannetta suurempi sairastuneiden määrä sekä turvaamaan yleisen hyvinvoinnin kannalta tärkeät yhteiskunnan toiminnot. Pandemia julistettiin päättyneeksi elokuussa 2010.
Tartuntatauteja aiheuttavien mikrobien tahallinen levittäminen eli bioterrorismi nousi esille maailmanlaajuisesti, kun vuonna 2001 Yhdysvalloissa levitettiin kirjekuorissa pernaruttoitiöitä valtion virastoihin. Vaikutukset olivat huomattavat myös Euroopassa, jossa pelastus- ja turvapalvelut määrättiin valmiustilaan ja lukuisia postilähetyksiä jouduttiin tarkistamaan pernaruttoepäilyjen vuoksi. Vaikka varsinaisia bioterroritekoja ei Euroopassa ole tapahtunut, kansainvälinen yhteisö ja Euroopan unioni reagoivat uuteen uhkaan muun muassa laatimalla toimintaohjelman koskien yhteistyötä biologisiin ja kemiallisiin uhkiin valmistautumista ja reagoimista varten. Uhkiin varaudutaan kansainvälisellä yhteistyöllä tietoa jakaen ja terveydenhoitohenkilöstöä kouluttaen. USA:ssa on rakenteilla erityinen biologisten vaaratekijöiden havaitsemisjärjestelmä (ns. bioshield), joka tähtää uusien, tehokkaiden lääkkeiden ja rokotteiden kehittämiseen mahdollisia biologisia ja kemiallisia aseita tai vaarallisia taudinaiheuttajia vastaan.
Vaikka bioterrorismin kohteeksi joutumista pidetään Suomessa vähäisenä uhkana ja infektiotauteihin on varauduttu pääasiassa hyvin, varautumisen tasoa on meilläkin kehitetty. Äskettäin perustetun Kansanterveyslaitoksen ja Puolustusvoimien yhteisen Biouhkien osaamiskeskuksen tavoitteena on pitää yllä tietoa tarvittavan diagnostiikan saatavuudesta ja toimia asiantuntijana ja kouluttajana.
(Lue myös: Bioteknologia Info -lehti 4/2005)
