Terminu biotechnologia po raz pierwszy użył węgierski naukowiec i polityk Károly Ereky. Zrobił to w swojej książce, wydanej w 1919 r. w Berlinie, której nadał niezbyt porywający tytuł: „Biotechnologia produkcji mięsa, tłuszczu i mleka w dużych gospodarstwach rolniczych”. Ta specjalistyczna pozycja dotyczyła wyłącznie tworzenia m.in. wielkich chlewów, w których trzymane byłoby po 100 tys. świń w celu efektywniejszej i tańszej produkcji mięsa. Ereky rozumiał więc biotechnologię bardzo wąsko, jako uprzemysłowioną produkcję rolniczą. Tymczasem dziś znaczenie tego pojęcia stało się bardzo szerokie i, można by powiedzieć, wyszlachetniało. Mają je bowiem w swoim tytule prestiżowe czasopisma naukowe, a niemal każda większa uczelnia kształci studentów na kierunku biotechnologia. Czym zatem ona jest? To bardzo dynamicznie rozwijająca się dziedzina, która łączy różne dyscypliny nauk (m.in. biologię, chemię czy informatykę) z praktycznymi zastosowaniami ich odkryć w medycynie, rolnictwie, przemyśle spożywczym i chemicznym czy ochronie środowiska. W przyjętej w 1992 r. na Szczycie Ziemi w Rio de Janeiro Konwencji ONZ o różnorodności biologicznej biotechnologię zdefiniowano jako „zastosowanie technologiczne, które używa systemów biologicznych, organizmów żywych lub ich składników, żeby wytwarzać lub modyfikować produkty lub procesy w określonym zastosowaniu w celu wytwarzania dóbr lub usług”. Nie brzmi to najlepiej, ale da się streścić znacznie prościej (jak zrobili to autorzy pewnego amerykańskiego podręcznika akademickiego): „Biotechnologia to wszystkie manipulacje dokonywane na organizmach lub ich elementach, prowadzące do wytworzenia użytecznych produktów”. W takim razie – jeśli zgodzimy się z powyższym ujęciem biotechnologii – człowiek para się nią od tysięcy lat, czyli co najmniej od czasów, gdy powstało rolnictwo. Przykładem takich działań jest także (niemal równie stare co uprawa ziemi) browarnictwo. Bo za proces biotechnologiczny można uznać warzenie piwa, podczas którego (mówiąc w dużym skrócie) ze skrobi i białek roślinnych otrzymuje się w wyniku fermentacji z pomocą jednokomórkowych grzybów (drożdży) napój alkoholowy. Ludziom drugiej dekady XXI w. biotechnologia kojarzy się jednak raczej z mikrobiologią i genetyką, bo to one dały ponad pół wieku temu największy impuls dalszemu rozwojowi biotechnologii: począwszy od odkrycia penicyliny produkowanej przez grzyby, po komórki macierzyste, klonowanie czy organizmy zmodyfikowane genetycznie. Przykładów zastosowań biotechnologii i obszarów, do których ona wkracza, jest dziś tak wiele, że aby się w tym wszystkim nie pogubić, dzieli się ją na kilka kolorów. I tak: zielona to badania i zastosowania w obszarze rolnictwa. Czerwona dotyczy medycyny, farmacji, diagnostyki i weterynarii (ocenia się, że dzięki biotechnologii będzie w najbliższych latach powstawać ponad połowa wszystkich produkowanych ma świecie leków). Biała obejmuje prace eksperymentalne i zastosowania w produkcji przemysłowej (np. biopaliwa, detergenty, enzymy potrzebne do wytwarzania serów) oraz ochronie środowiska (np. oczyszczanie ścieków z pomocą bakterii). Niektórzy wyróżniają jeszcze kolor niebieski, jako obszar zastosowań biotechnologii w środowisku wodnym (rzeki, morza czy jeziora), oraz fioletowy, czyli zagadnienia społeczne, prawne, filozoficzne i etyczne. Jajka z niespodzianką Zacznijmy od koloru zielonego jako przykładu najstarszej biotechnologii, która w XX i XXI w. bardzo dynamicznie się rozwija, budząc również ogromne kontrowersje. Jej rozwój można podzielić na trzy fazy. Pierwsza to narodziny rolnictwa ok. 10–12 tys. lat temu. Czym ono było w istocie? Całkowicie nieświadomym genetycznym modyfikowaniem roślin za pomocą dwóch metod: selekcji, a później również krzyżowania. Tymi dwoma sposobami uzyskiwano odmiany roślin niewystępujące w naturalnym środowisku. Świetnym przykładem jest (prawdopodobnie) pierwsze uprawiane przez człowieka zboże, czyli pszenica pochodząca od dziko rosnących traw. Przeszły one proces udomowienia polegający m.in. na tym, że dojrzałe ziarna przestały łatwo i w różnym czasie wysypywać się z kłosów. Stąd w uprawianej pszenicy ziarno mocno trzyma się kłosa, czekając na żniwiarza. Również łatwiej oddziela się od plewy. Na innym kontynencie, w Ameryce, podobnym procesom podlegały dzikie gatunki niepozornej trawy teosinte, które zostały przekształcone przez dawnych rolników w kukurydzę. Mniej lub bardziej głębokie zmiany przeszły wszystkie uprawiane dziś przez rolników rośliny. Kolejna faza zielonej biotechnologii nastąpiła w XIX i XX w., kiedy zaczęto opanowywać metody hodowli tkankowych roślin na szalkach laboratoryjnych, co dało nowe możliwości uzyskiwania krzyżówek, oraz nauczono się przyspieszać zmiany w zbożach, warzywach czy owocach za pomocą substancji chemicznych i promieniowania jonizującego. Czyli tworzyć genetyczne mutanty – stąd nazwa tej techniki: mutageneza chemiczna lub radiacyjna. Jeszcze w latach 50. XX w., gdy starano się z dumą prezentować przykłady zaprzęgania energii nuklearnej do celów pokojowych, stosowanie mutagenezy radiacyjnej wywoływało ekscytację. Powstawały firmy, które w sklepach ogrodniczych reklamowały „Supernasiona atomowo naenergetyzowane”. To było coś w rodzaju ogrodniczych jajek z niespodzianką – nie wiadomo, jaki mutant mógł z nich wyrosnąć: o jakim dokładnie kolorze, kształcie kwiatów czy wielkości. Np. w 1959 r. w siedzibie Brytyjskiej Wspólnoty Narodów zaprezentowano orzeszki ziemne o nazwie NC 4x. NC – bo powstały w Karolinie Północnej (North Carolina), 4x – bo była to czwarta generacja mutantów uzyskanych dzięki silnym dawkom promieniowania X. Orzeszki smakowały normalnie, ale miały wielkość migdałów. Tego typu działania były dość powszechne. Nasiona bombardowano promieniowaniem gamma, neutronami prędkimi albo traktowano substancjami chemicznymi, takimi jak metanosulfonian etylu, mający m.in. silne działanie rakotwórcze. Większość powstałych w ten sposób mutacji była szkodliwa dla roślin lub nieprzydatna dla człowieka, ale żmudnie wyławiano te pożyteczne. Według różnych szacunków dzięki mutagenezie mogło powstać nawet do trzech tysięcy roślin, które uprawia się dziś na całym świecie. Są wśród nich m.in. odmiany pszenicy, ryżu, owsa, jęczmienia, grejpfrutów, sałaty czy fasoli. Miłośnicy włoskiego spaghetti z dużym prawdopodobieństwem jedzą to przygotowane z pszenicy durum o nazwie Creso. Nawet jedna trzecia zasiewów tym typem ziarna na Półwyspie Apenińskim to właśnie odmiana powstała dzięki bombardowaniu nasion promieniami rentgenowskimi i wysokoenergetycznymi neutronami. Spośród setek odmian pszenicy wysiewanych na całym świecie aż 200 to wynik mutagenezy radiacyjnej bądź chemicznej. Pozbawione nasion arbuzy powstały dzięki chemicznej truciźnie, kolchicynie. Najbardziej popularny czerwony grejpfrut, Rio Red, został uzyskany w Brookhaven National Laboratory w 1968 r. dzięki neutronom prędkim. Dostępne zaś dziś w kwiaciarniach ciemne tulipany to wynik przejechania nad polem tych kwiatów tzw. bombą kobaltową. Jest to urządzenie emitujące promieniowanie gamma dzięki umieszczonemu w nim radioaktywnemu kobaltowi i stosowane przede wszystkim w radioterapii nowotworów. Narodziny GMO Powyższe metody otrzymywania nowych odmian roślin używane są również obecnie. Jednak w latach 70. powstały techniki i narzędzia inżynierii genetycznej pozwalające precyzyjnie wstawiać do roślin pojedyncze geny z innych organizmów albo zwiększać liczbę genów lub jakieś wyłączać. Transgeneza – bo tak nazwano tę metodę – zapowiadała kolejny przełom w rolnictwie. Krzyżówki czy mutageneza były procesami żmudnymi, nieprecyzyjnymi i długotrwałymi. Zaledwie procent wywołanych mutacji okazywał się przydatny i nieszkodliwy. Można powiedzieć, że inżynieria genetyczna to precyzyjny skalpel laserowy, podczas gdy mutageneza to operowanie za pomocą młota pneumatycznego. Pierwsze rośliny otrzymane dzięki inżynierii genetycznej (określane – trochę mylnie – mianem GMO, czyli organizmów zmodyfikowanych genetycznie) pojawiły się w połowie lat 90. XX w. Choć przez kolejne 20 lat zyskały dużą popularność (obecnie stanowią 13 proc. upraw na świecie), daleko im jest jeszcze do wykorzystania pełnego potencjału w rolnictwie. Głównie z powodu strachu przed GMO, o którym więcej za chwilę. Dziś zdecydowana większość roślin GMO rosnących na polach rolników to soja, kukurydza, bawełna i rzepak. A najbardziej rozpowszechnionymi cechami jest odporność na pewne środki chwastobójcze oraz owady. Rośliny zyskały je dzięki przeszczepieniu pojedynczych genów pochodzących od bakterii. Przyniosło to korzyści w postaci znaczącego spadku zużycia pestycydów (szczególnie w Indiach czy Pakistanie w uprawach bawełny), zamianę toksycznych herbicydów na łagodniejsze, zmniejszenie liczby zabiegów agrotechnicznych, takich jak głęboka orka wyjaławiająca glebę. Po 20 latach stosowania roślin GMO można z pewnością mówić o ich dużym sukcesie, szczególnie w krajach rozwijających się, gdzie rolnicy i środowisko naturalne zyskali najwięcej. I to pomimo że tworzenie roślin GMO jak na razie zostało zdominowane przez duże prywatne koncerny biotechnologiczne nastawione głównie na zysk, a więc inwestujące w badania i modyfikację roślin o największym potencjale komercyjnym oraz najbardziej obiecujące rynki. Stąd niemal zupełny brak nowoczesnej biotechnologii w Afryce. Ale również w Europie, która w większości jest przeciwna GMO. Długo można by analizować przyczyny tej sytuacji, więc tu ograniczymy się tylko do stwierdzenia, że odpowiadają za to takie czynniki, jak lęk ludzi przed (w dużym stopniu zmitologizowaną) inżynierią genetyczną, skuteczne działania propagandowe niektórych organizacji pozarządowych sprzeciwiających się wprowadzaniu GMO do rolnictwa, kryzys zaufania do nauki i instytucji odpowiadających za bezpieczeństwo żywności w Europie spowodowany chorobą szalonych krów w latach 90. XX w. oraz wprowadzenie (szczególnie na Starym Kontynencie) niedobrych rozwiązań prawnych, de facto faworyzujących duże koncerny i nie pozwalających rozwijać się biotechnologii rolniczej opartej na inżynierii genetycznej. Rośliny przyszłości Czy Europa, a szczególnie Afryka mogą sobie pozwolić na jej odrzucenie? Ten drugi kontynent, stojący w obliczu znacznego wzrostu liczby ludności i bardzo zacofany rolniczo, z pewnością nie. Szczególnie jeśli przyjrzy się trwającym projektom, spośród których część to również prace ośrodków niekomercyjnych finansowane z pieniędzy publicznych i fundacji charytatywnych. Zacznijmy od tych potencjalnie przełomowych, a jednocześnie bardzo skomplikowanych projektów. Pierwszy z nich dotyczy fotosyntezy, czyli procesu, dzięki któremu rośliny potrafią wykorzystywać światło do przekształcania dwutlenku węgla w związki organiczne. To jeden z najważniejszych wynalazków ewolucji. Otóż rośliny fotosyntetyzują w mniej lub bardziej efektywny sposób. Np. kukurydza (tzw. fotosynteza typu C4) robi to znacznie lepiej niż ryż (fotosynteza typu C3). Dlatego naukowcy z Międzynarodowego Instytutu Badań nad Ryżem (IRRI), wspomagani przez 17 ośrodków badawczych z całego świata oraz fundusze m.in. z Unii Europejskiej i Fundacji Billa i Melindy Gatesów, chcą usprawnić fotosyntezę ryżu. Dzięki fotosyntezie C4 będzie on szybciej rósł, dawał większe plony, lepiej wykorzystywał wodę, absorbował więcej dwutlenku węgla oraz lepiej przyswajał azot. Nie mniej ambitne są cztery projekty realizowane ze środków publicznych USA i Wielkiej Brytanii. Każdy z nich, choć różnymi drogami, zmierza właściwie do jednego celu – wyeliminowania nawozów azotowych. Azot jest głównym składnikiem pokarmowym roślin. Dlatego zawierające go nawozy mają największy wpływ na plony i gospodarcze znaczenie dla rolnictwa – rocznie na świecie zużywa się ich 190 mln ton. Płaci za to środowisko naturalne, przede wszystkim zbiorniki wodne, do których nawozy spływają z pól, powodując m.in. rozkwit glonów i inne negatywne zjawiska. Sytuację tę można by jednak radykalnie zmienić, gdyby wyposażyć rośliny w mechanizm pozwalający na absorbowanie azotu z atmosfery. Istnieją bowiem na Ziemi organizmy, które potrafią zarówno przeprowadzać fotosyntezę, jak i wykorzystywać atmosferyczny azot: to niektóre cyjanobakterie. Dlatego jeden z projektów badawczych ma polegać na „wyodrębnieniu” z nich mechanizmu absorbowania azotu. Następnie naukowcy chcą odpowiedzialne za niego geny przenieść do innych cyjanobakterii, które nie umieją „konsumować” azotu z atmosfery. Jeśli to się uda, kolejnym krokiem będzie próba przeszczepienia zestawu genów do roślin uprawnych, np. zbóż. Jeżeli któryś z tych ambitnych projektów się powiedzie, oznaczać będzie rewolucję w rolnictwie. Inne – mniej ambitne, ale również ważne – prace to uodpornienie ziemniaków na ataki grzyba Phytophthora infestans (tzw. zaraza ziemniaka). Właśnie on w połowie XIX w. spowodował wielki głód w Irlandii, a dziś przynosi straty szacowane na świecie na 3 mld dol. rocznie. Na początku 2016 r. w USA wydano zezwolenie dopuszczające na rynek pierwszą odmianę kartofli odporną na grzyba oraz wytwarzającą (podczas smażenia) 90 proc. mniej rakotwórczego akryloamidu. Trwają również prace nad rozwiązaniem wielkiego problemu upraw cytrusów, które od 2005 r. atakuje tzw. zaraza zielonego smoka, powodująca coraz większe straty. Winowajcą jest bakteria roznoszona pomiędzy drzewkami cytrusowymi przez mszyce. Z tym palącym problemem próbują sobie poradzić m.in. dwa zespoły naukowców – jeden prowadzi badania nad wyposażeniem drzewek w naturalnie występujące w roślinach substancje zwalczające mszyce. Drugi wykorzystuje geny szpinaku uodparniające na bakterię. Inżynieria genetyczna ma również pomóc w odtworzeniu populacji kasztanowców w Ameryce Płn., niemal całkowicie zniszczonej na początku XX w. przez grzyb przywieziony z Azji. W Ugandzie trwają zaś prace nad bananami z witaminą A i kukurydzą potrzebującą mniej wody, a międzynarodowy zespół uczonych pracuje w Szwajcarii nad maniokiem odpornym na dwie choroby wirusowe. W Izraelu powstaje bardziej wydajna bawełna, a w Chinach mająca dłuższe włókna. Kraje afrykańskie chcą za pomocą inżynierii genetycznej uzyskać nowe odmiany kukurydzy, ryżu, pszenicy, fasolnika, batatów i sorgo. W USA i Indiach trwają z kolei prace nad prosem lepiej tolerującym suszę. Realizowane są również projekty roślin mających chronić ludzkie zdrowie – np. Australijczycy tworzą pszenicę o większej zawartości tzw. skrobi opornej, która pomaga chronić przed rakiem jelita grubego. Być może powyższe projekty – jeśli zakończą się sukcesem – zmienią nastawienie opinii publicznej do roślin GMO, które – jak na razie – nie okazał