Genmodifiserte mikroorganismer

Genmodifiserte mikroorganismer spiller en viktig rolle innen forskning, legemiddelindustri, matproduksjon og bioøkonomi. Genmodifisering åpner opp for mange muligheter, men også for misbruk av teknologi.

Hva er en genmodifisert mikroorganisme?

En mikroorganisme er så liten at den bare kan studeres i mikroskop. Bakterier, virus, encellede parasitter, mange sopparter og noen alger er mikroorganismer.

Hos en genmodifisert mikroorganisme er arvematerialet endret ved hjelp av genteknologi. Foto: iStoc

En genmodifisert mikroorganisme har fått arvematerialet endret ved bruk av genteknologi. Dette er teknikker som blant annet gjør det mulig å fjerne og sette inn DNA, og å endre på hvordan gener blir uttrykt. For flere detaljer om genteknologi, se temasidene Genteknologi på naturfagrommet og Genredigering.

På denne temasiden omtaler vi noen viktige bruksområder for genmodifiserte mikroorganismer med eksempler, diskuterer relevante etiske problemstiller og omtaler kort hvordan de lovreguleres. Til slutt har vi satt opp spørsmål som kan brukes til diskusjon. Genmodifiserte planter og genmodifiserte dyr omtaler vi som egne temaer (se temaside om genmodifiserte planter og mat, og temaside om genmodifiserte dyr).

Fordeler med mikroorganismer

Mange mikroorganismer, som bakterier og gjær, er enkle å dyrke i store mengder, og vi kan relativt enkelt genmodifisere dem. Med genteknologi som verktøy kan vi få mikroorganismer til å produsere store mengder ulike stoffer, ofte proteiner, som mikroorganismene ikke danner naturlig. Disse stoffene kan være nyttige for oss, både til forskningsformål og til industriell produksjon.

Forskning

Forskere bruker genmodifiserte mikroorganismer på flere måter, blant annet som forskningsmodeller for ulike biologiske prosesser, også hos mennesket. Et annet viktig forskningsområde er å finne ut hvordan mikroorganismer som gir sykdom hos dyr eller mennesker opererer. Dermed er det lettere å sette inn forebyggende tiltak, som å utvikle vaksiner, tilpasse hygienerutiner på sykehus eller endre på produksjonsrutiner i en matbedrift (dersom det gjelder mikroorganismer som gir matbåren sykdom). Genmodifiserte mikroorganismer er viktig for både grunnforskning, som fører til ny innsikt, og i anvendt forskning, som er mer rettet mot praktiske mål eller anvendelser.

Medisinske fabrikker

Genmodifiserte mikroorganismer blir ofte brukt som cellefabrikker for å produsere medisiner. Veksthormon og insulin er to av mange eksempler. Barn som ikke vokser som de skal fordi de ikke selv produserer nok veksthormon, kan få tilskudd av hormonet slik at de blir høyere. Veksthormon blir gjerne produsert av genmodifiserte bakterier.

Mikroorganismer kan lage medisiner – som insulin for diabetikere. Foto: iStock.

Insulin, et hormon som er viktig for å holde blodsukkeret stabilt, gis til diabetikere som ikke selv produserer tilstrekkelige mengder. Insulin har blitt produsert av genmodifiserte bakterier og gjær i flere tiår. Mikroorganismene som lager insulin eller veksthormon får satt inn insulingenet eller vekthormongenet. Ved å gi mikroorganismene gode vekstforhold kan de lage mye medisiner. Når bakteriene produserer insulin eller veksthormon, lagres det som regel inne i bakterien. Før medisinene tas i bruk, må hormonene renses ut fra bakteriene. Tidligere ble veksthormon og insulin hentet fra menneskelik eller dyr, men det innebar utfordringer knyttet til renhet. For eksempel kunne det følge med virus som ga sykdom.

Et annet eksempel på genmodifiserte mikroorganismer som medisinfabrikker, er genmodifisert gjærsopp som lager vaksiner mot virussykdommer, for eksempel mot leversykdommen hepatitt B. Genmodifiserte gjærsopp brukes også for å produsere spesielle proteiner, som humant serum albumin. Dette proteinet er viktig for å opprettholde trykket i blodårene våre slik at blodvæske ikke lekker ut i vevet. Humant serum albumin blir mye brukt på sykehus for å behandle ulike sykdommer.

Mikroorganismer som gentaxi

Genmodifiserte mikroorganismer blir også brukt til genterapi. Genterapi er overføring av arvestoff til celler for å påvirke en persons gener, for eksempel for å reparere en genfeil. Dette er et felt som er i rask utvikling. I genterapi fungerer ikke mikroorganismene som cellefabrikker, men som gentaxier. Virus er svært flinke til å levere arvestoff til celler og kan derfor brukes til å sette inn et friskt gen som kan kompensere for genfeilen. Virus til genterapi skreddersys ved hjelp av genmodifisering slik at de ikke gir sykdom, men fortsatt kan levere arvestoff til målcellene. Et stort antall virus blir brukt i en behandling. To eksempler på slike behandlinger er genterapi for alvorlig immunsvikt og genterapi for arvelig synstap. Kreftbehandling er et annet eksempel. Her brukes genmodifiserte virus for å levere gener til immunceller, slik at immuncellene lettere kan ødelegge kreftceller.

Et annet område for genmodifiserte mikroorganismer som legemidler, er bakterier som er endret slik at de bryter ned avfallsstoffer i tarmen hos pasienter med stoffskiftesykdommer. Med andre ord, bakteriene gjør jobben slik at pasientene blir friskere. Skreddersydde vaksiner er et annet eksempel. Da blir virus genmodifiserte slik at de gir en best mulig stimulering av immunsystemet. I tiden fremover vil det antakelig komme mange legemidler med genmodifiserte mikroorganismer som skal testes ut og etterhvert brukes til behandling. Se også vår temaside om genterapi.

Matproduksjon

Enzymer er proteiner som påskynder (katalyserer) kjemiske prosesser i levende organismer. Enzymer laget av mikroorganismer, både genmodifiserte og ikke-genmodifiserte, er mye brukt i matproduksjon, for eksempel til å bryte ned ulike stoffer. Det er særlig genmodifiserte bakterier og sopp som er aktuelle enzym-produsenter. Enzymene blir renset ut før bruk, slik at de ikke inneholder DNA eller andre rester av organismen som laget dem. Genteknologi gjør det mulig å lage nye og mer skreddersydde enzymer til spesifikke bruksområder.

Enzymer laget av mikroorganismer, både genmodifiserte og ikke-genmodifiserte, er mye brukt i matproduksjon. Foto: iStock.

Ett av flere eksempler er genmodifiserte bakterier som lager en mer varmestabil utgave av et enzym (amylase), som bryter ned stivelse til søtningsstoffer. Mange matvarer blir i dag tilsatt ulike søtningsstoffer. Et annet eksempel er genmodifisert sopp, som lager enzymet kymosin, som brukes til produksjon av majones og ost. Kymosin inngår i løpe, som er en blanding av enzymer som finnes i kalvemager. Løpe får melkeproteinene (ostestoffet) til å koagulere, og det lages deretter hvitost av ostestoffet. Kymosin fra kalvemager er imidlertid en begrenset ressurs og kan også inneholde urenheter. Ved å sette inn gener som koder for kalvekymosin i gjær og bakterier, løser man disse utfordringene. Genmodifisert sopp blir benyttet i kommersiell produksjon av kymosin i dag. Ost laget med kymosin fra mikroorganismer blir også lettere akseptert som kosher-, halal- og vegetarmat.

Fytase er et enzym som blir tilsatt fôret til gris, slaktekylling og verpehøner. Fytase er nødvendig for å frigjøre fosfor, som er et livsviktig mineral for både dyr, mennesker og planter. Gris og kylling har ikke fytase i tarmen selv, slik som drøvtyggere har, og fytase blir derfor tilsatt fôret. Et annet alternativ hadde vært å tilføre fosfor til fôret, men dette er kostbart og kan gi miljøforurensning fra gjødsel. Fytase som blir solgt på markedet til dyrefôr kan være laget av genmodifiserte eller ikke-genmodifiserte sopparter.

Enzymer produsert av mikroorganismer, også genmodifiserte, blir brukt i kommersiell ølproduksjon. Det gjøres også mye forskning innen området. Humle, som er en plante, er en vanlig ingrediens i ølbrygging. Oljeinnholdet i planten kan imidlertid variere, som igjen kan gi varierende smak på ølet, som ikke er ønskelig i kommersiell produksjon. Amerikanske og danske forskere rapporterte nylig (2018) at de hadde fått vanlig ølgjær til å lage stoffer som gir humlesmak på øl, ved å sette inn gener fra basilium- og mynteplanter, i tillegg til gener fra annen gjærsopp.

Bioøkonomi

Bioøkonomi kan defineres som en økonomi basert på produksjon og foredling av biologiske, fornybare ressurser som planter, skog, jord husdyr og mikroorganismer. Bioøkonomien står i kontrast til en «fossil» økonomi, der råstoffene er olje, kull og gass. For nærmere beskrivelse, se vår temaside om bioøkonomi.

Både genmodifiserte og ikke-genmodifiserte mikroorganismer er sentrale i bioøkonomien. Potensialet for verdiskapning er stort, og genteknologi som verktøy gir oss enda flere muligheter. Genmodifisering gjør at vi blant annet kan øke produksjonen av verdifulle stoffer fra mikroorganismene og sette inn arvestoff slik at organismene kan produsere nye stoffer.

Ved hjelp av genmodifisering er det mulig å skreddersy mikroorganismer som er gunstig for produksjon av biodrivstoff. Foto: iStock.

Et stort forskningsområde innen bioøkonomi er produksjon av såkalt «tredjegenerasjons» biodrivstoff, som er biodrivstoff laget ved bruk av mikroorganismer. Mikroalger og blågrønnbakterier inneholder mye olje og kan derfor være gode kilder til biodrivstoff. Flere av disse organismene kan også lage verdifulle forbindelser som pigmenter, vitaminer og omega-3-fettsyrer. Forskere arbeider med å finne de beste variantene, og genmodifisering er et verktøy for å skreddersy mikroorganismene slik at kommersiell produksjon lønner seg. Gjennom genmodifisering kan vi få organismene til å vokse raskere eller lage mer av verdifulle forbindelser. For eksempel har forskere fått mikroalger, bakterier og sopp til å lage mer fettstoffer som har en sammensetning som er gunstig for produksjon av biodrivstoff. Forskere arbeider også med å øke innholdet av karbohydrater som stivelse i mikroalger. Karbohydrater kan omdannes til ulike typer biodrivstoff, som etanol, butanol og metan. Hydrogengass er et annet type biodrivstoff. Mange mikroalger kan produsere hydrogengass, og forskere bruker genteknologi for å optimalisere produksjonen.

Ett eksempel på hvordan genmodifiserte mikroorganismer kan lage forbindelser de ellers ikke ville laget, er genmodifisert E. coli som bryter ned cellulose til sukkerstoffer, som bakterien igjen lager biodiesel av. E. coli er en bakterie som er mye brukt i laboratorieforsøk, og den er en av de viktigste bakteriene for å lage biodrivstoff. Cellulose finnes i planter og må brytes ned før blir brukt videre.

Et annet bruksområde innen bioøkonomi er nedbrytning av plast. Ved bruk av genteknologi har forskere fått frem bakterier og sopp som lager spesielle enzymer. Disse enzymene bryter effektivt ned plast, særlig PET-plast som det tar lang tid før brytes ned i naturen.

Mikroorganismer kan også gis helt nye egenskaper som ikke finnes i naturen fra før, og som kan være nyttige innenfor bioøkonomi. Dette kalles syntetisk biologi og er omtalt i neste avsnitt.

Syntetisk biologi

I syntetisk biologi brukes verktøy som genteknologi, molekylærbiologi og IT-teknologi for å lage helt eller nesten helt kunstige biologiske systemer. Det er mulig å lage DNA helt fra bunnen av. De kjemiske basene A, T, G og C kan da settes sammen slik man ønsker, for å få produsert molekyler med ulike funksjoner. Eksempler på bruksområder for genmodifiserte mikroorganismer innen syntetisk biologi er forskning, i legemiddelproduksjon, i produksjon av industrielle enzymer og som biodrivstoff. Les mer om syntetisk biologi på vår temaside. 

Den første levedyktige organismen med arvestoff som var laget syntetisk, kom i 2010 og var en bakterie som fikk navnet Synthia. Det syntetiske arvestoffet var riktignok ganske likt arvestoffet i en som fantes fra før og var i tillegg satt inn i «tomme» bakterieceller. Noen forskere mente derfor at det derfor var mer snakk om en kopiering av liv enn å lage syntetisk liv fra scratch. Den samme amerikanske forskningsgruppa laget i 2016 bakterien Syn 3.0 med kun 473 gener, som var minimum for at bakterien skulle kunne overleve og formere seg. Underveis fant forskerne ut at funksjonen til flere av genene som er avgjørende for liv, faktisk er ukjente for oss. Syntetisk liv kan derfor være viktig for å forstå grunnleggende biologi. Forskerne bak Syn 3.0 tror også at denne minimums-bakterien kan bygges ut med helt nye egenskaper, som evne til å lage ulike medisiner og biodrivstoff.

Mulighet for misbruk

Bruk av mikroorganismer som biologiske våpen har en lang historie. Vi har kjennskap til at så langt tilbake som 600 år før Kristus forurenset assyrerne fiendens vannkilde med en skadelig sopp. Det har siden vært hendelser i verden der skadelige mikroorganismer har vært brukt for å ramme andre mennesker og dyr, ved bruk av naturlig forekommende mikroorganismer. Ett eksempel er bakterien som forårsaker miltbrann.

I løpet av den senere tiden har flere virus, som poliovirus og hestekoppevirus, blitt laget på laboratoriet, og det er det ikke alle som er begeistret for. Forskere laget hestekoppevirus ved å sette sammen kjemisk fremstilte DNA-biter bestilt fra et bioteknologisk firma, omtalt i blant annet Bioteknologiråets fagblad GENialt. Hestekoppevirus er ikke farlig for mennesker, men det er en slektning av koppeviruset som smitter mennesker. Menneskekoppevirus er omtalt som en av menneskehetens mest dødelige sykdommer. Effektiv vaksinering satte imidlertid en stopper for virusets herjinger, og Verdens helseorganisasjon erklærte sykdommen for utryddet i 1980. Da de amerikanske og canadiske forskerne offentliggjorde arbeidet sitt om hestekoppeviruset i en vitenskapelig artikkel, var det delte meninger om hvorfor forskningen ble satt i gang og om det var riktig å gjøre forskningen kjent. Kritikere mente nemlig at artikkelen kan brukes som en oppskrift på koppevirus på mennesker, som igjen kan misbrukes til biologisk terror og krigføring. Forskerne på sin side argumenterte med at deres arbeid var viktig for forskning på virus generelt, og at det vil kunne bidra til tryggere og mer effektive vaksiner. Vaksinering kan igjen bli aktuelt dersom det skulle komme et terrorangrep med enten naturlig eller syntetisk virus.

Det skjer en rask utvikling innen genteknologi der nye verktøy er enklere og rimeligere å bruke enn før. Lett tilgjengelighet gjør at det kan være vanskeligere å kontrollere bruken. Skal vi da forby bruk av teknologi som kan havne i gale hender og potensielt gi store konsekvenser? Vil forbud føre til at utviklingen i stedet foregår i kjellere og ellers i det skjulte? Vil det derfor være riktig å ikke forby, men heller sette rammer og jobbe for en mer forsvarlig bruk av teknologi? Og hva om forskningen som potensielt kan misbrukes også kan ha en stor nytteverdi for samfunnet?

Risikovurdering og lovregulering

Levende genmodifiserte mikroorganismer blir regulert i genteknologiloven, sammen med genmodifiserte planter og dyr. Det er egne regler for å arbeide med genmodifiserte mikroorganismer i laboratorier og andre lukkede systemer, der organismene ikke skal komme ut i miljøet. Dersom en produsent eller et firma ønsker å bruke genmodifiserte mikroorganismer som kommer ut i miljøet, er det andre og mer omfattende krav som gjelder før det eventuelt kan gis en godkjenning. Myndighetene gjør da en risikovurdering av hvordan helse- og miljøforhold blir påvirket. Sannsynlighet for påvirkninger og eventuelle konsekvenser blir da vurdert. I tillegg blir samfunnsnytten og etisk forsvarlighet av å sette ut mikroorganismene i miljøet vurdert, og hvordan det påvirker en bærekraftig utvikling. Bioteknologirådet vurderer samfunnsnytte, etikk og bærekraft.

For enzymer og andre stoffer til blant annet matproduksjon, og som lages av genmodifiserte mikroorganismer i lukkede systemer, er det ikke like omfattende regler. Stoffene må ikke godkjennes som GMO dersom de er fri for rester av den genmodifiserte organismen som laget dem.

Føre-var-prinsippet står sterkt i lovregulering av genteknologi, både i Norge og i flere andre land. Prinsippet blir ofte omtalt som å la tvilen komme natur og miljø til gode. Myndighetene skal unngå vesentlig skade på natur og miljø når de fatter beslutninger. Føre-var-prinsippet innebærer ikke at all bruk av genteknologi skal sees på som risikosport. Men der det er en rimelig tvil om risikoen, vil det tale mot bruken.

Mikroorganismer, som E.coli,  kan spre seg raskt i miljøet og være vanskelig å kontrollere. Foto: iStock.

Et forhold som inngår i en miljørisikovurdering, er organismens evne til å spre seg i det fri. Mikroorganismer kan generelt spre seg mye raskere i miljøet og til et større område sammenlignet med planter og dyr. De kan dermed være vanskeligere å kontrollere. Blant mikroorganismene som gruppe er det store forskjeller på hvor raskt de formerer seg, hvilke betingelser de må ha og hvor godt de overlever under ulike miljøforhold. Noen kan spre seg raskt. For eksempel kan bakterien E. coli dele seg hvert 17. minutt dersom den har optimale vekstbetingelser.

Flere tiltak kan iverksettes for å forsøke å redusere skadepotensialet. Ett mulig sikkerhetstiltak kan være å endre mikroorganismene slik at de overlever dårlig utenfor laboratoriet. Det vil også være krav om overvåkning av mikroorganismene dersom de skal settes ut. Men vil tiltakene være tilstrekkelig til å forhindre skade? Det er ikke bare mulig fare som blir vurdert, også potensielle gevinster skal tas med i betraktningen. Mange genmodifiserte produkter som er utviklet eller er under utvikling, vil være nyttige for blant annet matproduksjon og for forebygging og behandling av sykdommer hos mennesker og dyr.

Spørsmål til diskusjon

1. Er det noen etisk prinsipielle forskjeller på å bruke genmodifiserte mikroorganismer til å lage medisiner sammenlignet med stoffer til matproduksjon?

2. Er det en prinsipiell forskjell på å spise GMO-mat (for eksempel mel fra en genmodifisert plante) og mat med stoffer laget av genmodifiserte mikroorganismer (for eksempel ost laget med enzym fra genmodifisert sopp)?

3. Var det riktig av forskerne som lagde det syntetiske hestekoppeviruset å offentliggjøre sin forskning? Hvorfor/hvorfor ikke?

4. Hvor sterkt bør føre-var-prinsippet stå når myndighetene tar avgjørelser om genmodifiserte mikroorganismer? Hvor stor risiko kan vi akseptere dersom den potensielle samfunnsnytten er stor?

Siden ble opprettet: 23.08.2019. Siden ble oppdatert: 14.10.2019

© 2019 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter