Mutaatiot ovat sekä evoluution että kasvinjalostuksen käyttövoima. Geenien muokkaaminen säteilyttämällä ja kemikaaleilla määritellään EU:ssa perinteiseksi jalostukseksi, mutta entsyymeillä eli geenisaksilla gmo:ksi. Muu maailma on toista mieltä ja suhtautuu geenisaksiin perinteisenä mutaatiojalostuksena.
Mutaatiot ovat sekä evoluution että kasvinjalostuksen käyttövoima. Geenien muokkaaminen säteilyttämällä ja kemikaaleilla määritellään EU:ssa perinteiseksi jalostukseksi, mutta entsyymeillä eli geenisaksilla gmo:ksi. Muu maailma on toista mieltä ja suhtautuu geenisaksiin perinteisenä mutaatiojalostuksena.

Jalostajan geenisakset

saivat Nobelin

Kemian Nobel annettiin tänä vuonna geenisaksien keksijöille. Geenisaksilla saisi jalostettua kestävämpiä viljelykasveja, mutta menetelmä määriteltiin EU:ssa geenimuunteluksi. Se estää käytännössä geenisaksien hyödyntämisen Euroopassa. Tähän haetaan muutosta.

Teksti: Annaleena Ylhäinen

Kuvat: Annaleena Ylhäinen, Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Euroopan siemenjärjestön Euroseedsin pääsihteeri Garlich von Essen kävi Suomessa lobbausmatkalla vuosi sitten.

Suomi toimi silloin Euroopan unionin neuvoston puheenjohtajamaana, ja pääsihteerillä oli mielessään tärkeä asia, johon Suomi voisi vaikuttaa. Hän kantoi huolta eurooppalaisen kasvinjalostuksen tulevaisuudesta.

EU on maailman suurin siemenviejä. Siementuotannon ja kasvinjalostuksen arvo on kymmenen miljardia euroa vuodessa, ja suurin osa maatalouden tuottavuuden kasvusta perustuu kasvinjalostukseen.

Vuonna 2018 EU:n korkein oikeus päätti, että uusimmalla jalostusmenetelmällä, geenisaksilla, tuotettuihin lajikkeisiin sovelletaan samaa raskasta sääntelyä kuin muuntogeenisiin gmo-lajikkeisiin, joihin on lisätty perimäainesta, vaikka geenisaksitekniikassa vierasta materiaalia ei tarvita.

EU:n päätös yllätti alan tutkijat ja tyrmistytti kaupalliset toimijat – ja toi von Essenin Suomeen.

Kumouksellinen crispr-cas

Kasvinjalostajat ovat kauan haaveilleet työkalusta, jolla voisi ongelmitta korjata vialliset geenit ja muokata kasveja paremmiksi, terveemmiksi ja kestävämmiksi.

”Perimän muokkaamista tarkkaan valitusta kohdasta on pohdittu pitkään, ja siihen on yritetty löytää ratkaisua”, sanoo Helsingin yliopiston kasvinjalostustieteen professori Teemu Teeri.

Tekniikoita on kehitetty useita – ja jokaisessa on pulmansa.

Gmo-tekniikoissa siirrettävä geeni kiinnittyy sattumanvaraiseen paikkaan eikä aina toimi halutulla tavalla. Geeninsiirtoja on tehtävä monta, ja sen jälkeen on seulottava jatkoon ne yksilöt, joissa geeni toimii hyvin. Tämä on kallista, ja vie aikaa.

Kasvien perimää muokataan myös kemikaaleilla ja säteilytyksellä, mutta tulokset ovat vielä sattumanvaraisempia kuin geenien siirrossa. Muutoksista aiheutuu kasveille myös paljon haittaa, ja onnistuneiden yksilöiden seulonta on hidasta.

2000-luvulla keksittiin geenisakset, jotka vihdoin toteuttavat jalostajien unelman: perimää kyetään muokkaamaan eli editoimaan ennalta valitusta kohdasta.

Menetelmä katkaisee dna:n kaksoisjuosteen halutusta paikasta ja editoi sen emäsjärjestystä, ennen kuin solu liimaa dna-juosteet taas yhteen.

Geenieditointia kutsutaankin usein täsmäjalostukseksi. Muutokset pystytään tekemään yhden emäksen tarkkuudella. Muokattavan geenin emäsjärjestys on tietysti ensin tunnettava.

Uusia geenejä kartoitetaankin jatkuvasti, ja niiden vaikutusta kasvien ominaisuuksiin selvitetään. Geenien editointi etenee käsi kädessä tämän tiedon kanssa.

Vanhimmat geenisakset ovat olleet käytössä biotekniikkaan erikoistuneilla yrityksillä jo kymmenen vuotta.

Niitä on tehty meganuk-leaasi-, sinkkisorminukleaasi- ja talenukleaasientsyymeistä, joita on räätälöity proteiininmuokkauksen avulla niin, että ne katkaisevat dna:n suunnitellusta kohdasta.

”Entsyymien muokkaus tehtävään on vaikeaa ja hidasta ja onnistuu vain harvoilta tutkimusryhmiltä”, Teeri sanoo.

Vuonna 2012 julkaistu crispr-cas-tekniikka mullistaa kaiken. Se on yksinkertaisempi, tehokkaampi, nopeampi ja halvempi kuin aiemmat menetelmät.

Sen saksina toimivaa cas-endonukleaasia ei tarvitse muokata lainkaan, vaan entsyymi ohjataan haluttuun paikkaan crispr-rna molekyylin avulla. Crispr-rna:n voi tilata mistä tahansa laboratoriotarvikekaupasta antamalla vain rna:n emäsjärjestyksen.

Jalostusta pelätään

Crispr-cas-menetelmä on herättänyt paljon huomiota, koska sillä voi muokata myös ihmisten geenejä.

Kasvinjalostuksessa keksintö ei kuitenkaan ole yhtä mullistava kuin lääketieteessä tai eläinjalostuksessa, koska kasvien geenejä on pystytty mutaatiojalostuksella muokkaamaan jo vuosikymmenet.

Yhtä kaikki, suuri yleisö – ja samalla poliittiset päättäjät – suhtautuvat geenisaksiin epäluuloisesti, kuten kasvinjalostukseen ylipäätään.

Asenne on vanhaa perua. Perunaa hyljeksittiin aikoinaan, koska sitä ei mainittu Raamatussa.

Sata vuotta sitten keksittyä hybridijalostusta pidettiin ensin luonnottomana.

Mutaatiojalostus herätti sekin aluksi epäilyjä. Vuonna 1978 markkinoille tullutta Hankkijan Taava-vehnää pelättiin, koska se oli jalostettu kobolttisäteilytyksen avulla.

Osa asennoitumisesta voi selittyä sillä, että ihmiset kuvittelevat viljelykasvit luonnosta sellaisinaan löydetyiksi. Luonnollisiksi. Sellaisia ne eivät kuitenkaan ole. Viljelykasvit ovat aikojen kuluessa etääntyneet niin kauas lähtökohdastaan, etteivät ne edes selviydy luonnonvaraisissa oloissa.

Viljat ovat tästä hyvä esimerkki. Niiden siemenet eivät enää varise itsekseen. Ohran ja vehnän perimässä oletetaan tapahtuneen oleellisia muutoksia jo 10 000 vuotta sitten, kun maanviljely aloitettiin.

Olemme myös mieltyneet suuritähkäisiin ja suurijyväisiin muotoihin ja valinneet niitä viljelyyn. Maissi on menettänyt tällaisen valintajalostuksen ansiosta kokonaan luonnollisen leviämiskykynsä.

Luontokin siirtää geenejä

Mutaatiot, perimäaineksen muutokset, eivät ole ihmisen keksintöä vaan evoluution raaka-ainetta, joka mahdollistaa perinnöllisen vaihtelun. Jalostajat vain käyttävät sitä hyväkseen.

Kun ihminen aikoinaan alkoi valita luonnonkasveja viljelyyn, oli turvauduttava luonnon omiin mutaatioihin ja risteymiin.

Kasveilla lajien välistä risteytymistä tapahtuu luonnostaan. Siitepöly voi lentää kauas, eikä se valikoi, minkä kukan emille tipahtaa. Jos siitepöly itää ja kykenee hedelmöittämään vieraan lajin emin, syntyy kahden lajin risteytymä.

Jos siitepölyn ja emin perimät eivät sovi yhteen, saattaa kromosomisto kahdentua.

Leipävehnä on kouluesimerkki tällaisesta lajienvälisestä risteytymisestä. Se on kahdesta heinälajista syntyneen emmervehnän ja erään pukinvehnälajin risteymä, jonka kromosomisto on kahdentunut.

Leipävehnä on siis muodostunut kolmesta eri lajista. Samoja temppuja käyttävät kasvinjalostajat työssään.

Esimerkiksi ruisvehnä on täysin uusi kasvilaji, jonka kasvinjalostajat ovat luoneet. Makaronivehnä ja ruis on risteytetty keskenään, minkä jälkeen kromosomisto on kahdennettu.

Siinä missä ihmisille ylimääräiset kromosomit ja mutaatiot ovat usein haitallisia, jopa kuolemaksi, kasveilla ne ovat tavallisia. Kaikki viljelykasvit ovat tavalla tai toisella mutantteja, joiden kromosomistot ovat moninkertaisia. Tätä kutsutaan polyploidiaksi.

Polyploidiajalostus opittiin 1930-luvulla, ja sen avulla on voitu luoda jättiläiskasvua.

Perimäaineksen lisäys opittiin myöhemmin, ja sitäkin tapahtuu myös luonnostaan. Maaperässä elävät agrobakteerit pystyvät siirtämään geenejään kasviin.

Esimerkiksi bataatti syntyi luonnossa niin, että agrobakteeri siirsi siihen dna:ta. Kaikista viljellyistä bataateista löytyy tätä ”luonnollista” muuntogeenistä dna:ta.

Risteyttäminen yhä tärkeintä

Kasvinjalostuksen perusta on yhä edelleen risteyttämisessä ja sen jälkeisessä valintajalostuksessa. Soluhybrideillä, mutaatiojalostuksella ja geenien muuntelulla on haettu vain pieniä muutoksia, kuten taudinkestävyyttä.

Esimerkiksi perunasta on luotu kahden eri kasvilajin soluhybridejä niin kutsutun proto-plastifuusion avulla. Kaukaisilta Solanum-lajeilta on haettu geenejä virustautien ja peruna-ankeroisen sietoon.

Uusimmat menetelmät kuuluvat samaan sarjaan. Niillä voidaan jalostaa yhdestä tai kahdesta geenistä riippuvaisia ominaisuuksia.

Satoisuus sen sijaan on kuin älykkyys – siihen vaikuttavat sadat tai tuhannet geenit, eikä geenieditointi tuo pikatietä siihen.

Viljelykasvit eivät muutu kuolemattomiksi runsaudensarviksi millään jalostustekniikalla, mutta uusia menetelmiä tarvitaan erityisesti ilmastonkestävien lajikkeiden jalostamiseksi, kertoo Boreal Kasvinjalostuksen jalostusjohtaja Merja Veteläinen.

Luonnonkasveista löytyvien hyvien ominaisuuksien, kuten kuivuuden, tautien ja tuholaisten keston, jalostaminen viljelykasveihin auttaa ilmastonmuutokseen sopeutumisessa. Suomen oloissa korostuvat myös korren lujuus ja tähkäidännän ehkäisy. Niitä tarvitaan, jos sateet runsastuvat ja korjuut viivästyvät.

Villikasvien geenikirjoa on yritetty risteyttää viljelykasveihin vuosikymmeniä. Risteytymisen esteet ovat kuitenkin suuria, eikä eteenpäin päästä ilman monimutkaisia risteytys- ja alkionpelastusohjelmia, Veteläinen kertoo.

Lajin sisäisen vaihtelun hyödyntäminen on hankalaa esimerkiksi siksi, että hyödyllinen geenimuoto voi olla tiukasti kytkeytynyt haitalliseen geenimuotoon. Tämä este olisi helppo ylittää geenieditoinnilla.

Ongelmana on, että EU:n toissakesäinen päätös käytännössä estää menetelmän käytön.

Gmo-byrokratia on kallis

Jalostustekniikoiden kaupalliseen käyttöönottoon vaikuttaa se, miten niitä säännellään, ja määritelläänkö tekniikka perinteiseksi jalostukseksi vai rinnastetaanko se gmo:n tuottamiseen.

Perinteisellä tavalla jalostetulle kasville riittävät viljelyarvokokeet, joiden perusteella lajike hyväksytään kansalliseen lajikeluetteloon. Suomessa hyväksynnän antaa kasvilajikelautakunta.

Sen jälkeen siitä saa tuottaa sertifioitua siementä, jota saa myydä EU:ssa.

Gmo-kasveja sen sijaan säännellään tiukasti. Ensin lajike joutuu läpäisemään Euroopan elintarviketurvallisuusviraston Efsan turvallisuusarvioinnin.

Komissio antaa Efsan lausunnon perusteella päätösehdotuksen, jota käsitellään pysyvässä komiteassa ja josta jokainen maa esittää kantansa.

Suuret maat voivat halutessaan estää lajikkeen hyväksynnän, vaikka komissio sitä ehdottaisi. Jäsenmaat perustelevat kielteisen kantansa kansallisilla tai poliittisilla syillä.

Gmo:n hyväksyntä viljelyyn tai rehuraaka-aineeksi on voimassa kymmenen vuotta kerrallaan. Tätä nykyä Espanjassa, Portugalissa, Tšekissä ja Slovakiassa viljellään muuntogeenistä maissia pienellä pinta-alalla. Muuntogeenistä rehuraaka-ainetta puolestaan tuodaan jokaiseen EU-maahan.

EU:n direktiivi 2001/18 luokittelee geenisaksilla tuotetut lajikkeet muuntogeenisiksi eli gmo:ksi. Samalla se kuitenkin vapauttaa vanhat mutageneesitekniikat sääntelystä, koska ne ovat olleet niin pitkään käytössä.

Toisin sanoen geenien muokkaaminen säteilyttämällä ja kemikaaleilla määritellään EU:ssa perinteiseksi jalostukseksi, mutta muokkaus entsyymeillä eli geenisaksilla gmo-tekniikaksi.

Tämä merkitsee sitä, ettei parasta tekniikkaa oteta EU:ssa käyttöön kaupallisiin tarkoituksiin. Muuntogeenisen lajikkeen tuominen EU:n markkinoille on useimmille kasvinjalostusta tekeville yrityksille liian kallista ja epävarmaa. Käytännössä se onnistuu vain suuryrityksiltä.

Uudet tekniikat tarjoaisivat mahdollisuuksia myös pienille ja keskisuurille kasvinjalostajille, joita EU:ssa on paljon.

Edullisista tekniikoista olisi hyötyä erityisesti marginaalikasvien, kuten kauran, härkäpavun ja herneen, jalostuksessa. Myös allergeenien poisto ja terveys- ominaisuuksien lisääminen kiinnostavat kasvinjalostajia.

Muu maailma toimii toisin

Muu maailma on ottanut geenisakset innokkaasti vastaan. Editoituja lajikkeita on otettu viljelyyn, ja lisää jalostetaan koko ajan.

Ensimmäinen geenisaksilla jalostettu tuote tuli Yhdysvaltain kuluttajamarkkinoille viime vuonna. Se on Calyno-soijaöljy, jonka rasvahappokoostumusta on muutettu talenukleaasilla perinteistä soijaöljyä terveellisemmäksi.

Yhdysvalloissa geenisakset rinnastetaan perinteiseen mutaatiojalostukseen, kun taas EU:ssa Calyno-soija joutuisi käymään läpi raskaan gmo-byrokratian ja kuluttajapakkauksen kylkeen tulisi gmo-merkintä.

Myös useimmissa Etelä-Amerikan maissa geenieditointi on määritelty perinteiseksi jalostukseksi. Samoin ovat linjanneet Israel, Japani, Australia ja Intia.

Kanadassa lajikkeita säännellään niiden ominaisuuksien eikä jalostustekniikan mukaan. Kanadan elintarviketurvallisuusvirasto arvioi erikseen jokaisen lajikkeen, johon on jalostettu uusi ominaisuus.

Venäjällä lainsäädäntötyö on käynnissä. Valtio näytti vuosi sitten vihreää valoa ja myönsi miljardirahoituksen geeneiltään editoitujen lajikkeiden jalostukseen. Kiinassa määrittelyyn ei ole otettu vielä kantaa. Tiedelehdissä on veikkailtu Kiinan suhtautuvan tekniikoihin perinteisenä jalostuksena, koska valtio on myöntänyt tutkimukselle runsaasti rahoitusta.

Uusi-Seelanti on EU:n lisäksi ainoa maailmankolkka, joka on linjannut uudet menetelmät gmo-tekniikoiksi.

Kauppasota edessä?

Eurooppalainen tutkimus, kasvinjalostus ja maataloustuotannon kehitys ovat jäämässä muiden jalkoihin. Siksi eurooppalaiset tutkimuslaitokset vetosivat kesällä 2019 Euroopan parlamenttiin ja komissioon uusien perimänmuokkausmenetelmien käytön puolesta täkäläisessä kasvinjalostuksessa.

Suomesta vetoomuksessa olivat mukana muun muassa Helsingin yliopisto, VTT ja Luonnonvarakeskus Luke.

Euroseedsin pääsihteeri von Essen toivoi Suomen ajavan puheenjohtajakaudellaan lainsäädäntömuutosta. Komission pitäisi avata tarkasteltavaksi koko vanhentunut gmo-direktiivi ja päivittää se nykyaikaan.

Suomi ottikin maa- ja metsätalousministeri Jari Lepän johdolla aktiivisen roolin asiassa, ja lokakuun lopussa 2019 neuvosto jätti komissiolle lausunnon, jossa komissiota pyydettiin ottamaan uusien jalostusmenetelmien määrittely uudelleen käsittelyyn.

Kasvinjalostusasiat kuuluvat komissiossa terveys- ja elintarviketurvallisuuskomissaarin pöydälle. Uusi komissaari Stella Kyriakides vastasi neuvoston vetoomukseen ja lupasi komission selonteon uusista jalostusmenetelmistä kevääksi 2021. Komissio on lähettänyt jäsenmaille kyselyn, kuinka kukin maa suhtautuu jalostukseen.

Tilanne menee maailmankaupan kannalta joka tapauksessa mielenkiintoiseksi, sillä geeneiltään editoitua lajiketta ei voi millään keinolla erottaa perinteisistä lajikkeista.

Menetelmän käyttöä on siis mahdotonta valvoa. Eriytyykö maailmankauppa tämän vuoksi? Voiko EU sulkea rajansa kaikelta elintarvike- ja raaka-ainekaupalta?

Pahimmillaan tilanne voi ajautua kauppasotaan. Yhdysvaltain maatalousministeri Sonny Perdue suomi eurooppalaista kasvinjalostuksen sääntelyä tammikuisella vierailullaan ja kehotti EU:ta päättämään elintarviketurvallisuudesta tieteen eikä poliittisen paineen perusteella.

Perimänmuokkaustekniikoissa dna:ta leikataan nukleaasientsyymien avulla, jonka jälkeen solu liimaa dna-pätkät yhteen. Nukleaasit ovat geenisaksia, joita on solun sisällä luonnostaan, tai niitä voi myös viedä solun sisälle. Menetelmä tuo mahdollisuuksia sellaisten ominaisuuksien jalostamiseen, joihin vaikuttaa vain pari geeniä. Kasvinjalostuksessa geeninmuokkausmenetelmiä käytetään taudin- ja tuholaisten kestävyyden jalostukseen. Niillä haetaan myös kestävyyttä kuivuuteen ja muihin ympäristöolosuhteiden vaihtelusta aiheutuviin stresseihin. Tärkeä osa-alue on viljelykasvien laatuominaisuudet, esimerkiksi rasvahappo- tai tärkkelyskoostumus.
Perimänmuokkaustekniikoissa dna:ta leikataan nukleaasientsyymien avulla, jonka jälkeen solu liimaa dna-pätkät yhteen. Nukleaasit ovat geenisaksia, joita on solun sisällä luonnostaan, tai niitä voi myös viedä solun sisälle. Menetelmä tuo mahdollisuuksia sellaisten ominaisuuksien jalostamiseen, joihin vaikuttaa vain pari geeniä. Kasvinjalostuksessa geeninmuokkausmenetelmiä käytetään taudin- ja tuholaisten kestävyyden jalostukseen. Niillä haetaan myös kestävyyttä kuivuuteen ja muihin ympäristöolosuhteiden vaihtelusta aiheutuviin stresseihin. Tärkeä osa-alue on viljelykasvien laatuominaisuudet, esimerkiksi rasvahappo- tai tärkkelyskoostumus.
Jalostajien uusin työkalu parantaa viljelykasvien ominaisuuksia helposti, täsmällisesti ja halvalla. Geenisaksille myönnettiin Kemian Nobel -palkinto tänä syksynä. EU:n lainsäädäntö kuitenkin käytännössä estää menetelmän hyödyntämisen. Geenisaksia tarvitaan ilmastokestävien lajikkeiden jalostukseen.
Jalostajien uusin työkalu parantaa viljelykasvien ominaisuuksia helposti, täsmällisesti ja halvalla. Geenisaksille myönnettiin Kemian Nobel -palkinto tänä syksynä. EU:n lainsäädäntö kuitenkin käytännössä estää menetelmän hyödyntämisen. Geenisaksia tarvitaan ilmastokestävien lajikkeiden jalostukseen.
Jalostustekniikoiden kaupalliseen käyttöönottoon vaikuttaa se, miten niitä säännellään, ja määritelläänkö tekniikka perinteiseksi jalostukseksi vai rinnastetaanko se gmo:n tuottamiseen. Kaikki kasvinjalostajat käyttävät molekyylibiologian menetelmiä jalostustyössään, ja uusia tekniikoita kehitetään jatkuvasti.
Jalostustekniikoiden kaupalliseen käyttöönottoon vaikuttaa se, miten niitä säännellään, ja määritelläänkö tekniikka perinteiseksi jalostukseksi vai rinnastetaanko se gmo:n tuottamiseen. Kaikki kasvinjalostajat käyttävät molekyylibiologian menetelmiä jalostustyössään, ja uusia tekniikoita kehitetään jatkuvasti.