چالش‌های پیش‌روی رهاسازی محصولات تراریخته Bt

مسعود توحیدفر*¹، سولماز خسروی²

¹دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده فناوری نوین و مهندسی انرژی، گروه بیوتکنولوژی

²پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران

تاریخ دریافت: 09/11/1392، تاریخ پذیرش: 12/11/1393

خلاصه

با توجه به اینکه نیاز غذایی مردم در حال افزایش است، تامین امنیت غذایی برای این نیاز رو به رشد، مستلزم راهکارهای ویژه است. استفاده از محصولات تراریخته علی رقم چالش‌های موجود به عنوان یکی از این راهکارها در حال توسعه است، بطوریکه سطح زیر کشت این محصولات در حال افزایش است و از 28 کشور تولیدکننده در سال 2012 به بیش از 30  کشور با سطح زیر کشت180 میلیون هکتار در سال 2014 رسیده است. در این بین محصولات  Bacillus thuringiensis (Bt) با بیش از 25 میلیون هکتار از رشد و پذیرش چشمگیری برخوردار بوده اند.  علیرغم اینکه استفاده از محصولات Bt منفعت‌های قطعی را به دنبال دارد، اما نگرانی‌هایی در خصوص ایمنی زیستی آنها نیز وجود دارد. اگرچه هیچگونه گزارشی در خصوص آثار سوء اینگونه محصولات  تاکنون گزارش نشده است، اما ارزیابی دقیق و کامل اینگونه محصولات قبل از آزاد سازی ضروری است. نگرانی‌ها در خصوص محصولات Bt شامل اثر بر موجودات غیر هدف، پایداری بقایای Bt در خاک، شار ژنی محصولات تراریخته Bt، احتمال علف هرز شدن، زراعت تک محصولی و کاهش تنوع زیستی و اثرات ناخواسته انتقال ژن بر متابولیسم گیاه هستند. مقاله حاضر ضمن مروری اجمالی بر نگرانی‌های عنوان شده، بر ارزیابی و مدیریت این نگرانی‌ها در محصولات تراریخته Bt اشاره دارد که می‌تواند برای مسئولین، کارشناسان و متخصصین اهل فن مفید باشد

کلمات کلیدی: محصولات تراریخته Bt ، ارزیابی مخاطرات احتمالی، مدیریت احتمال خطر

مقدمه

پیش بینی شده است که جمعیت کره زمین تا چند دهه آینده به نه میلیارد نفر برسد. در حال حاضر ده کودک در هر دقیقه به علت گرسنگی از بین می روند ((Pinstrup-Andersen 2010. جهت تامین غذای این جمعیت رو به رشد در طول چهل سال آینده، میزان تولید محصولات باید افزایش یابد درحالیکه زمین های قابل کشت و منابع آبی، سوختهای زیستی و شرایط محیطی مناسب و کافی نیستند. بدین منظور، استفاده از محصولات تراریخته علی رقم چالش‌های موجود به عنوان یکی از این راهکارها در حال توسعه است. گیاهان تراریخته حاوی ژن‌های جدیدی هستند که به آنها خصوصیات سودمندی از قبیل تحمل تنش‌های محیطی و مقاومت در برابر بیماریها و حشرات می دهد.. در تولید گیاهان تراریخته از ارگانیسم های دهنده متفاوتی استفاده می شود یکی از پرکاربرد ترین آنها باکتری  thurigiensis Bacillus است. آفات حدود 14% تا 25% محصولات کشاورزی را تخریب می کنند (DeVilliers and Hoisington, 2011). آفت­کش­های زیستی بخش مهمی از مدیریت تلفیقی آفات را شامل می­شوند که علاوه بر تقلیل خسارات ناشی از آفت باعث کاهش اثر تخریبی آفت­کش­های شیمیایی بر محیط زیست نیز می شوند. باسیلوس تورینژینسیس (Bt) یک باکتری گرم مثبت، هوازی، اسپورزا و میله ای شکل است که پروتئین کریستالی شکلی تحت عنوان Cry را در خلال مرحله اسپورزائی تولید می کند که پس از بلعیدن در نهایت باعث مرگ حشره می گردد (Saleh et al., 1970). باکتری Bt به صورت یک حشره کش زیستی میکروبی در 5 دهه گذشته استفاده شده است زیرا سمیت آن به صورت انتخابی برای دسته خاصی از حشرات است و برای حشرات غیر هدف خطرناک نیست. همچنین، فاقد بقایای آلوده کننده محیط زیست است. از یک درصد سهم آفت کش های زیستی در بازار، 95% به سم Bt اختصاص دارد (Flexner and Belnavis, 1999). با این وجود، استفاده از آفت کش Bt به علت مشکلاتی مانند محدود بودن تعداد حشرات هدف، پایداری پایین در گیاه و عدم امکان استفاده آن در اندام‌های گیاهی بطوریکه حشرات موجود در داخل بافت گیاه را از بین ببرد؛ پایین است (Kaur, 2012). مشکلات مربوط به استفاده از آفت کش‌های Bt با تولید محصولات تراریخته Bt حاوی ژن cry1Ac کاهش یافت. محصولات تراریخته Bt مانند ذرت، پنبه، گوجه‌فرنگی، بادمجان، برنج، سویا، کدو حلوایی، بادمجان، خربزه درختی و سیب زمینی ایجاد شده‌اند (Kaur 2012, Tohidfar et al., 2008, Tohidfar and Mohsenpour, 2010). یونجه تراریخته که ژن cry3A را تولید می‌کند و مقاوم به سرخرطومی یونجه است برای اولین بار در سال 2013 توسط توحیدفر و همکاران نیز ایجاد شد (Tohidfar et al., 2013). سطح زیر کشت محصولات تراریخته به طور پیوسته در حال افزایش است و به بیش از 30 کشور با سطح زیر کشت180 میلیون هکتار در سال 2014 رسیده است (James, 2014). بیشترین محصول Bt مربوط به پنبه است که از 34 میلیون هکتار پنبه در دنیا 23 میلیون به پنبه Bt اختصاص دارد. ذرت Bt نیز سهمی معادل 29% را به خود اختصاص داده است (James, 2014). استفاده از محصولات Bt باعث افزایش عملکرد و کاهش مصرف سموم می‌شود که به دنبال آن فواید اقتصادی و زیست محیطی نیز حاصل می شوند (Carpenter, 2010). به هر حال تاکنون هیچ مدرکی دال بر مضر بودن گیاهان تراریخته برای انسان، موجودات دیگر و محیط زیست ارائه نشده است. در عین حال و برای ایجاد اطمینان کافی در مصرف‌کنندگان، آزمایش‌های اکولوژیکی _ زراعی جامع و در سطح وسیع، برای ارزیابی اثرات آنها قابل توصیه است.

نگرانی‌های مربوط به محصولات Bt

احتمال خطر به مفهوم احتمال پیامدهای مضر ناشی از یک فعالیت گفته می‌شود. مخاطرات احتمالی اکولوژیکی ادعا شده برای محصولات تراریخته Bt شامل ایمنی تراژن (بیگانه) برای موجودات غیر هدف، اثرات ژن معرفی شده بر صفات فنوتیپی مرتبط،  احتمال  علف هرزی شدن، سلامت زیست محیطی محصول و اثرات ناخواسته مانند تغییرات در سطح متابولیت‌های ثانویه است (Carpenter, 2011). 

1-1.نگرانی های مرتبط با موجودات غیر هدف

به طور کلی تاثیرات گیاهان تراریخته بر موجودات غیر هدف (آفاتی که از شیره گیاهی تغذیه می‌کنند، شکارگرها، پارازیتوئیدها، حشرات گرده‌افشان) به دو گروه، تاثیرات مستقیم (اثرات کشندگی) و غیرمستقیم طبقه‌بندی می‌شود. تغییر در طول دوره زندگی، میزان زادآوری و تغییرات وزنی در حشرات غیر هدف به علت تاثیرات غیر مستقیم گزارش شده است که ناشی از تغییر کیفیت غذایی گیاهان تراریخته است. بطورکلی سه راه برای در معرض قرارگیری با پروتئین Bt وجود دارد: 1. گرده 2. بقایای گیاهان در خاک 3. گیاهخوارانی که از محصولات تراریخته Bt تغذیه می‌کنند. ساده‌ترین راه، مصرف مستقیم برگ، ساقه، ریشه، دانه یا گرده گیاه تراریخته است. بررسی‌های انجام شده در مورد برهمکنش گیاهان تراریخته با دشمنان طبیعی شامل 1- اثر بر دشمنان طبیعی آفات هدف 2- اثر بر روی دشمنان طبیعی آفات غیر هدف یا ثانویه است. محققان بیشتر تاکید بر اثرات غیر مستقیم گیاهان تراریخته بر این حشرات دارند. این اثرات به صورت: کاهش یا افزایش کیفیت غذایی گیاه برای آفت یا اینکه عدم ترجیح یا گرایش آفت برای تغذیه از گیاه است، چون تغییرات ژنتیکی در گیاه ممکن است موجب تغییر در ترکیبات ثانویه گیاه شود که باعث حالت دورکنندگی و یا گرایش به تغذیه در آفت شود. با توجه به توضیحات فوق و تاثیرات گیاهان تراریخته بر شکارگرها ممکن است که دشمنان طبیعی نیز از طریق تغییر کیفیت غذایی میزبان به طور غیر مستقیم از گیاهان تراریخته متاثر شوند. حتی برخی ویژگی‌های فیزیکی گیاهان (وجود کرک و خار در سطح برگ و ساقه)، ترکیبات ثانویه و مواد فرار گیاهان، دشمنان طبیعی مخصوصا پارازیتوئیدها را تحت تاثیر قرار می‌دهند (Clark et al., 2005). شکارگرها و پارازیتوئیدهای غیر هدف از ارکان مهم برنامه‌های مدیریت تلفیقی آفات به شمار می‌روند. مطالعات آزمایشگاهی نشان داده است که محصولات Bt اثر سوء بر این دو دسته ندارند. طی مطالعات انجام شده در خصوص اثر پروتئین Cry بر کفشدوزک‌ها که از لحاظ اکولوژیکی از مهمترین شکارگرها به شمار می‌روند هیچ گونه اثر سویی گزارش نشده است (Clark et al., 2005). همچنین تحقیقات نشان داده است که پروتئین Cry3A درسیب زمینی Bt هیچ گونه اثر نامطلوبی بر زنده مانی، بیوماس، باروری و زنده مانی تخم حشرات Harmonia axyridis و Nebria brevicollis نداشت (Ferry et al., 2007). اثر Bt بر موجودات غیر هدف لپیدوپترا آزمایش شده است. زنبورهای عسل که جزو رایجترین گرده‌افشان‌ها هستند به عنوان حشرات تغذیه کننده از گرده گیاهان Bt مورد آزمایش قرار گرفتند و نتیجه‌ای مبنی بر اثر نامطلوب گیاهان Bt بر زنبورها گزارش نشد (Han et al., 2010). همچنین، هیچ تفاوت معنی داری در درصد مرگ و میر و وزن کرم های خاکی پس از 40 روز در خاکهایی که ذرت Bt و غیر Bt کاشته شده بود مشاهده نشد.هیچ تفاوت معنی داری  در جمعیت نماتدها و پروتوزوآ ها، باکتری ها و قارچ ها در خاک ذرت Bt و غیر Bt نیز مشاهده نشد. نتایج نشان داد که پروتئین آزاد شده در ریشه ذرت Bt یا بیوماس ذرت Bt برای ارگانیسم های موجود در خاک اثر سوئی ندارد (2000 Saxena and Stotzky,).

1-2. پایداری بقایای Bt در خاک

ذرات سطح فعال خاک در پایداری مولکول­های آلی مهم هستند، در غیاب چنین ذراتی پروتئین Bt سریعا توسط جمعیت میکروبی تجزیه می شوند. این ذرات سطح فعال معمولا رس های معدنی و مواد هیومیکی هستند. شن و ذرات سیلتی از آنجایی که فاقد سطح فعال هستند ظاهرا به نظر نمی رسد که در پایداری چنین مولکول هایی دخیل باشند. اتصال پروتئین هایBt   به رس ها میزان دسترسی آنها را به میکروب ها کاهش می دهد که احتمالا همین امر باعث پایداری آنها در خاک می گردد. پروتئین­های آزاد به آسانی به عنوان منبع کربن و یا نیتروژن توسط ارگانیزم های خاک مورد استفاده قرار می گیرد. به طور واضح پروتئین‌های Bt متصل  به خاک به عنوان منبع کربن نمی توانند مورد استفاده قرار بگیرند ولی اندکی به عنوان منبع نیتروژن می توانند استفاده شوند (Saxena and Stotzky, 2000). نگرانی‌های موجود در رابطه با پایداری بقایای Bt در خاک به دو عامل سرعت تجزیه سم Bt در خاک و اثرات آن بر ماکرو و میکروارگانیسم‌های خاک مربوط می­شود. متفاوت بودن میزان تجزیه Bt در خاک گزارش شده است. این تفاوت می‌تواند به علت تفاوت در مواد گیاهی مورد استفاده در آزمایش و پیچیدگی اکوسیستم خاک باشد. تفاوت در میزان تجزیه پروتئین Bt مشاهده شده در مطالعات مختلف به تفاوت در میزان فعالیت میکروبی نسبت داده شده است. فعالیت میکروبی نیز خود تحت عوامل مختلفی مانند نوع خاک، فصل رشد، عملیات زراعی و سایر فاکتورهای محیطی مثل شرایط آب هوایی و موقعیت جغرافیایی است. تجزیه سریع پروتئین Cry1Ab در خاک پس از برداشت ذرت Bt مزارع آلمان  گزارش شده است (Gruber et al., 2011).

1-3.شار ژنی از محصولات تراریخته Bt

با کاربرد محصولات تراریخته، نگرانی در خصوص شار ژنی از آنها رواج یافته است. مسیرهایی که طی آنها امکان دارد  شار ژنی رخ دهد شامل : تکثیر غیر جنسی، پراکنش بذر و شار ژنی وابسته به دانه گرده است. کشت گیاهان هزاران سال است که رایج  بوده و دانش ما از میزان شار ژنی در کشاورزی سنتی به تخمین میزان شار ژنی در گیاهان تراریخته کمک می کند. در ارزیابی تاثیرات احتمالی گیاه تراریخته بر محیط زیست، تاریخچه کشت گیاه والد تراریخته و اینکه آن محصول به شکل علف هرز یا گیاه مهاجم در خارج از محیط کشت تبدیل می شود بسیار مهم است. شار ژنی می‌تواند بین دو محصول یا یک محصول و گونه های وحشی اتفاق افتد (et al., 2008 Chandler). احتمال شار ژنی از محصولات تراریخته به سایر موجودات دور مثل باکتری‌های خاکزی بسیار پایین است. ژن‌های Bt به طور گسترده‌ای در سویه‌های مختلف باسیلوس تورنژینسیس که در خاک زندگی می‌کنند، وجود دارند. بنابراین، انتقال این ژن‌ها از سویه‌های باسیلوس به سایر باکتری‌ها نسبت به انتقال آن از محصولات تراریخته محتمل‌تر است.  انتقال افقی ژن‌ها از گیاهان تراریخته به جلبک، قارچ و پروتوزوا نیز بسیار ناچیز است (Keese, 2008; Mohammadabadi et al., 2008). از دیگر نگرانی‌های مطرح شده احتمال فرار تراژن از یک گیاه تراریخته به گونه غیرتراریخته یا خویشاوندان وحشی آن است. لازم به ذکر است که گیاهان در ظرفیت دگرگشنی با یکدیگر متفاوت هستند. ظرفیت یک گیاه در آمیزش با یک علف هرز به شدت به سازگاری و خویشاوندی والدین با یکدیگر وابسته است. هیبریدهای بین گونه‌ای معمولا عقیم بوده و کمتر زنده باقی می مانند. بنابراین، احتمال اینکه گیاهان تراریخته قادر به انتقال تراژن یا ژن‌های دیگر به گونه‌هایی غیر از کولتیوارهای زراعی باشند بسیار ناچیز است (Conner et al., 2003). با فرض بر اینکه شار ژنی از گیاهان Bt به خویشاوندان وحشی انجام شود، تنها اتفاقی که رخ خواهد داد این است که باعث مقاوم شدن آنها به آفات می شود که این یک مزیت برای اینگونه گیاهان محسوب می‌شود زیراکه از انقراض آنها جلوگیری می‌شود و دوباره به محیط بازگردانده می‌شوند.

1-4.احتمال علف‌هرز شدن

نگرانی در خصوص احتمال تبدیل گیاهان تراریخته به علف هرز به خاطر وجود تراژن همانند ژن Bt در ساختار ژنتیکی آنها مطرح است. اعطای خصوصیات علف هرزی به گیاه تراریخته مانند دوره خواب، انعطاف فنوتیپی، رشد نامحدود، گلدهی پیوسته و تولید بذر و توزیع و رقابت آن؛ باعث پایداری گیاه و تبدیل گیاه به علف هرز می‌شود. با این وجود، ورود تراژن Bt به یک گیاه نمی‌تواند باعث تبدیل گیاه به علف هرز شود زیرا ویژگی علف هرز بودن توسط بیش از یک ژن کنترل می‌شود. بنابراین نگرانی تبدیل محصولات تراریخته Bt به علف هرز از طریق انتقال یک تا تعداد کمی ژن غیر ممکن است (Conner et al., 2003).

1-5.زراعت تک محصولی و کاهش تنوع زیستی

یکی از نگرانی‌ها درباره گیاهان تراریختهBt این است که استفاده از آن‌ها می‌تواند منجر به تک کشتی شود و تک کشتی هم تنوع زیستی را به طرق مختلفی کاهش می‌دهد. بالطبع کاهش تنوع زیستی ممکن است  منجر به از بین رفتن موجودات زنده‏ای شود که از این گیاهان تغذیه می‏کنند. یا اینکه تک کشتی ممکن است به شیوع یا اپیدمی یک بیماری خاص کمک کند. در اینجا سوال مهم تری که مطرح می شود آن است که آیا کاهش تنوع زیستی که امروزه به عنوان یکی از بهانه های مخالفین محصولات تراریخته است در ارتباط با گیاهان اصلاح شده به صورت سنتی وجود ندارد؟ به خصوص در گیاهانی که با استفاده از ایجاد جهش‌های مصنوعی اصلاح شده و در اختیار مصرف کنندگان قرار گرفتند و منجر به کشت مداوم آنها می شود با عث کاهش تنوع زیستی نمی شود؟ البته کشاورزی در هر شکل آن تاثیر مهمی بر محیط زیست دارد زیراکه یک گیاه زراعی جایگزین گیاه بومی می شود. ضمن اینکه در کشاورزی سنتی نیز با از دست دادن تنوع زیستی روبرو هستیم، بخصوص جایی که یک نوع گیاه زراعی در یک منطقه وسیع کشت شود. برعکس، فناوری گیاه تراریخته ممکن است حتی منجر به استفاده بیشتر از منابع ژنتیکی شود. برای مثال با استفاده از این فناوری می‏توان ژن‌های مقاوم به آفات مثل Bt را وارد انواع زراعی نمود و آنها را از انقراض نجات داد.

 1-6.اثرات ناخواسته انتقال ژن بر متابولیسم گیاه

از سایر نگرانی های مطرح شده در خصوص ورود تراژن به یک گیاه گیرنده مربوط به برخی اثرات ناخواسته بر متابولیسم گیاه است. چنین اثرات پلیوتروپیکی ممکن است شامل تغییر بیان یک ژن غیر مرتبط در محل القای ژن یا محلی دور از آن باشد. با این وجود، اثرات ناخواسته ممکن است در سایر گیاهان غیر تراریخته نیز از طریق نوترکیبی کروموزمی یا تحت شرایط محیطی خاص پدید آیند (Conner et al., 2003). تجربیات موجود در خصوص گیاهان تراریخته نشان می‌دهد که احتمال ایجاد اثرات غیر قابل انتظار در طی مراحل انتخاب که قابل تشخیص نباشند بسیار پایین است (Bradford et al., 2005). ضمن اینکه قبل از آزاد سازی اینگونه محصولات آزمایش­هایی برای ارزیابی اثرات ناخواسته متابولیکی جهت مقایسه محصولات تراریخته با والدهای غیر تراریخته صورت می­گیرد. هرگونه تفاوت معنی‌دار در غلظت ترکیبات تغذیه‌ای مهم محصول تراریخته در مقایسه با نوع غیر تراریخته آن بوسیله آنالیز ترکیبات گیاه قابل شناسایی است (Tohidfar et al., 2007).

1- 7.ایمنی غذایی محصولات تراریخته Bt

ایمنی غذایی محصولات تراریخته Bt شامل نگرانی های مرتبط با این موضوع است که آیا گیاهان تراریخته Bt در مقایسه با نوع غیر تراریخته احتمال خطر بیشتری دارند. ایمنی غذایی در مورد گیاهان تراریخته Bt مربوط به احتمال سمیت و یا آلرژی زایی پروتئین Bt و همچنین ایمنی پروتئین‌های کد شده توسط مارکرهای مقاومت به آنتی بیوتیک است. شواهد معتبر در خصوص سمیت یا آلرژی زایی محصولات Bt برای سلامت انسان وجود ندارد. غلظت پروتئین های Bt در گیاهان تراریخته معمولا زیر 1/0% پروتئین کل گیاه است و تا کنون خاصیت سمی برای انسان از خود نشان نداده‌اند. به علاوه اینکه پروتئین‌های Bt فاقد توالی‌های مشابه اپی‌توپ‌های آلرژن هستند (Chassy, 2002). مطالعه تعیین سمیت خوراکی بسیاری از پروتئین های Bt انجام شده است که طی آن سطحی از پروتئین که فاقد اثرات نامطلوب می باشد مشخص شده است (Cockburn and Hammond, 2007). البته این مطالعه تنها برای تعیین سطحی از پروتئین که فاقد اثرات نامطلوب است انجام شده و برای پاسخگویی به مسایل ایمنی این پروتئین ها تهیه نشده است (جدول 1). هرچند مطالعاتی جهت تعیین ایمنی غذایی محصولات Bt انجام شده است. به عنوان مثال طی ارزیابی 90 روزه از تغذیه موش ها با برنج تراریخته Bt (KMD1) حاوی پروتئین Cry1AC هیچ تغییری در رفتار حیوان و وزن آن مشاهده نشد. برنج تراریخته حاوی 15 میلی گرم در کیلوگرم سم Bt بود و موش ها به طور روزانه 54/0 میلیگرم به ازای هر کیلوگرم وزن خود از سم Bt دریافت می کردند. طبق نتایج بدست آمده  برنج KMD1 هیج تاثیر سوء یا سمی در بر نداشت (Schroder et al., 2007). در ارزیابی آلرزی زایی  پروتئین ها از سه روش اساسی که شامل مقایسه توالی و هضم آنزیمی در شرایط In silico و همچنین بررسی پتانسیل اپی تاپی استفاده می‌شود. در مقایسه توالی از سه روش به  شرح زیر  استفاده می شود. مقایسه توالی کامل پروتئین جدید با توالی پروتئین­های­آلرژی­زا  موجود در بانک های اطلاعاتی آلرژن، مقایسه توالی­های کوتاه به هم پیوسته 8-6 اسید­آمینه­ای پروتئین جدید با آلرژن­ها، مقایسه پنجره های 80 اسید آمینه ای جهت بررسی وجود تشابه> 35% (Tohidfar et al., 2007). در روش هضم آنزیمی از نرم افزار Peptide Cutter در شرایط In silico استفاده می­شود. درروش  پتانسیل اپی تاپی ازنرم افزار پیش گویی اپی تاپ های ایمنو گلوبولین E جهت بررسی پتا نسیل اپی تاپی قطعات حاصل از هضم، استفاده می‌شود (Tohidfar et al., 2007). معمولا در ارزیابی ایمنی غذایی محصولات Bt نیاز به آزمایش‌های پیچیده نیست زیراکه پروتئین Bt به صورت یک حشره کش زیستی از گذشته‌های دور تا به امروز استفاده شده است و تاکنون هیچ گزارشی مبنی بر مضر بودن آن ارائه نشده است.

جدول 1- تعیین سطوح فاقد اثرات نامطلوب پروتئین‌های مختلف در بالاترین غلظتهای استفاده شده.

Table 1- The no-observed-adverse-effect levels (NOAELs) in a cute High-Dose Studies with Different Proteins

1-8.توسعه آفات مقاوم

با وجود اینکه گیاهان زراعی تراریختهBt  در کشورهای توسعه یافته از لحاظ کنترل آفات، بسیار موفقیت آمیز بوده اند ولی با افزایش سطح کشت آنها نگرانی‌های اساسی مبنی برتکامل جمعیت حشرات مقاوم وجود دارد IPCS, 2000)). اگر چه با آفت‌کش‌های زیستیBt حشرات مقاوم به عنوان نمونه در جمعیت پروانه پشت الماسی(diamondback moth) در نقاط بسیاری از جهان مشاهده شده است ولی نژاد مقاومی از حشرات آفت در مزارع گیاهان تراریخته Bt تجاری گزارش نشده است (Hammond et al, 2004). البته گزارشی مبنی بر شکستن مقاومت در گیاهان پنبه Bt فقط در درصد بسیار  کمی از کشت چندین میلیون هکتاری آن وجود دارد که عواملی چون غیر کافی بودن میزان پروتئین بیان شده درگیاه، وجود جمعیت بومی حشره مقاوم، مدیریت ناکافی مقاومت و فشار گزینشی محیط را دلیل آن ذکر شده است (Huesing and English, 2004).

2. ارزیابی احتمال خطر محصولات تراریخته Bt

ارزیابی احتمال خطر، اولین مرحله در ارزیابی مخاطرات احتمالی به شمار می‌رود و شامل شناسایی و تخمین احتمال خطر است. شناسایی خطر نیز بررسی عواملی مانند جمعیت، گونه‌ها و خصوصیات اکوسیستم، شرایط کشت محصولات تراریخته مانند محل و زمان آزاد سازی را در بر می‌گیرد. تخمین خطر شامل اندازه گیری خصوصیات خطر، احتمال و میزان تاثیر آن است (Wilkinson et al., 2003).

2-1.خصوصیات احتمال خطر

خصوصیات احتمال خطر شامل حصول اطمینان از وقوع خطر و نتایج حاصل از اتفاق افتادن خطر است. مطالعات زیست محیطی در این خصوص باید شامل فرضیه مناسب، طرح آزمایش و روش های اندازه گیری صحیح باشند. طراحی آزمایش‌ها و روش‌های اندازه‌گیری برای احتمال خطر باید طوری باشد که از تعبیر نادرست نتایج بدست آمده جلوگیری شود. فرضیه برای تعیین خصوصیات خطر باید به گونه ای منطقی تعریف شود که در برگیرنده مسیرهای پیش بینی شده برای مواجه با خطر و  همچنین ادعاهای قابل آزمایش باشد (Shelton et al., 2009).

2-2.روش‌های ارزیابی احتمال خطر برای محصولات تراریخته Bt

ارزیابی احتمال خطر یک روش مرحله به مرحله است که شامل آزمون‌های آزمایشگاهی، آزمایش­های مزرعه در مقیاس کوچک و سپس در مقیاس بزرگ است تا ایمنی محصول تراریخته قبل از رهاسازی تایید شود. در این روش مرحله به مرحله، ارزیابی گیاهان تراریخته در چهار قسمت انجام می شود: 1. تحقیقات در آزمایشگاه یا گلخانه 2. آزمون‌های در مقیاس کوچک 3. آزمون‌های در مقیاس بزرگ 4. آزمون های رهاسازی تجاری که بیشتر به عملکرد زراعی و سازگاری حین کشت مربوط می‌شود (Kjellsson, 1997).

ارزیابی احتمال خطر برای هر  گیاه به صورت موردی انجام می‌شود و نتایج حاصله از ارزیابی‌های یک محصول تراریخته به سایر موارد تعمیم داده نمی‌شود زیرا بیولوژی و اکولوژی هر گیاهی اختصاصی است. حتی در داخل یک گیاه ارزیابی احتمال خطر هر رخداد بصورت جداگانه انجام می شود.

مرحله اول ارزیابی احتمال خطر شامل تحقیقات آزمایشگاهی است که طی آنها موجودات غیر هدف در معرض  بالاترین غلظت سم Bt قرار میگیرند تا بدترین سطح ممکن شناسایی شود. هرچند، غلظت سم موجود در مزرعه به مراتب کمتر از حالت آزمایشگاهی است. مرحله دوم  که شامل آزمایش در  مقیاس کوچک است، موجودات غیر هدف در معرض  غلظت‌های واقعی سم که در مزرعه با آن مواجه می شوند قرار می‌گیرند. اما این مرحله نیز مانند مرحله قبل در آزمایشگاه انجام می‌شود. مرحله سوم مطالعات  ارزیابی خطرات احتمالی در مزرعه و در سطوح واقعی آن است (Romeis et al., 2008).

مهمترین قسمت در ارزیابی محصولات تراریختهBt، مقایسه آنها با  مشابه سنتی است. بنابراین، روش‌های ارزیابی احتمال خطر بر پایه آنالیز مقایسه‌ای تفاوت‌ها و تشابه های موجود بین محصولات تراریخته و گیاهان مشابه سنتی آنها بنا شده است تا بیان پروتئین های طبیعی و جدید به همراه اثرات ناخواسته احتمالی آنها بررسی شود (Talas-Og˘ras, 2011).

2-3. مدیریت احتمال خطر

هدف از تولید محصولات تراریخته Bt، تولید پایدار است بنابراین استراتژی‌های مناسب برای مدیریت احتمال خطر این دسته از محصولات باید در نظر گرفته شود. فرآیند مدیریت احتمال خطر بر اساس ارزیابی خطر طراحی می‌شوند که طی آن تمهیدات لازم برای حفاظت مردم و محیط زیست تعیین می‌شوند. مدیریت احتمال خطر شامل ارزیابی خطرهای شناسایی شده جهت تعیین روش‌های خاص برای کاهش ضررهای احتمالی به سلامت انسان و محیط زیست است. تمهیدات تعیین شده در مدیریت احتمال خطر برای تصمیم‌گیری در خصوص تایید محصولات تراریخته مهم هستند. بنابراین، مدیریت احتمال خطر شامل ارزیابی احتمال خطر، فواید اقتصادی، نگرانی‌های عمومی، نظارت، کاهش خطر و تصمیم‌گیری در خصوص اثرات ناخواسته یک اثر است (Kaur, 2012; Salehi Jouzani and Tohidfar, 2013).

2-3-1.مدیریت احتمال خطر برای موجودات غیر هدف

به منظور مدیریت نگرانی‌های موجود دررابطه با موجودات غیرهدف برخی از تمهدیدات زیر در نظر گرفته می‌شود:

ارزیابی‌های آزمایشگاهی

در اولین مرحله آزمایش‌ها، موجودات غیر هدف شامل شکارگر، پارازیتوئید و بی مهرگان آبزی و خاکزی در معرض غلظت‌های بالای پروتئین Bt قرار می‌گیرند. در این مرحله، بهتر است آن دسته از موجوداتی مورد آزمایش قرار گیرند که فراوانی آنها بالا است و برای محیط زیست بسیار ارزشمند بوده و امکان آزمایش بر روی آنها هم در شرایط آزمایشگاهی و هم  در مطالعات مزرعه‌ای وجود داشته باشد. البته، ارزیابی احتمال خطر برای تمامی گونه‌های یک موجود غیرهدف در تمامی مراحل سنی آن موجود لازم الاجرا نیست، بلکه تنها گونه‌هایی که در شرایط سنی خاص در معرض خطر قرار می گیرند مورد آزمایش واقع می‌شوند (Romeis and Meissle, 2011).

ارزیابی های مزرعه‌ای

مطالعات مزرعه ای زمانی انجام می شوند که نتایج آزمایشات مرحله اول حاکی از شناسایی احتمال خطر برای موجودات غیرهدف باشد (Romeis et al., 2011). میانگین تراکم و تنوع حشراتی که در آزمایشات مزرعه‌ای تست می‌شوند مهم است. چنانچه تنوع آنها یا متوسط تراکمشان پایین باشد باید تعداد تکرارها را افزایش داد. همچنین، اثر گیاهان غیر تراریخته یا کنترل   بر حشرات غیر هدف  نیز باید در نظر گرفته شود. هدف از انجام آزمایشات مزرعه‌ای این است که آیا احتمال خطر شناسایی شده در ارزیابی‌های آزمایشگاهی  مجددا در شرایط مزرعه‌ای رخ می‌هد؟.

بطورکلی، اثرات احتمالی محصولات تراریختهBt بر موجودات غیر هدف قابل مدیریت است. همچنین، به منظور جلوگیری از باقی ماندن بقایای سم Bt در زنجیره غذایی، بهتر است بیان مختصِ بافت تراژن تنها در بافت‌هایی که مورد استفاده آفت قرار می‌گیرند مانند ساقه و برگ‌ها رعایت شود (Wraight et al., 2000).

2-3-2.مدیریت احتمال خطر برای  اثرات بقای Bt در خاک

فرآیند تجزیه پروتئین‌های Bt تولید شده توسط گیاه از پروتئین‌های Bt خالص شده متفاوت است، چراکه پروتئین‌های موجود در گیاه قبل از اینکه مستقیم وارد خاک شوند در معرض فعالیت‌های میکروبی و جانوری قرار می‌گیرند. در حال حاضر تکنیک های وجود دارد که بررسی پروتئین‌های Bt تولید شده توسط گیاه در خاک را ممکن می‌سازد (Raubuch et al., 2010).

2-3-3.مدیریت احتمال خطر برای  شار ژنی محصولات تراریخته Bt

بطورکلی عواملی متعددی مانند فاصله ایزولاسیون، شرایط جغرافیایی، سرعت و جهت  باد، شرایط آب و هوایی و بیولوژی محصول بر تلاقی بین گونه تراریخته با سایر گونه‌های مرتبط موثر است. از سایر عوامل موثر می توان به قدرت و مدت زنده مانی دانه گرده، باورری گرده و همزمانی گرده افشانی اشاره داشت ( Sanvido et al., 2008; Tohidfar et al., 2008). کلیه این عوامل در مدیریت شار ژنی از محصولات Bt به سایر محصولاتی که در بخش نگرانی های احتمالی به آنها اشاره شد در نظر گرفته می شوند.

2-3-4.مدیریت احتمال خطر برای علف هرزی شدن گیاهان تراریخته Bt

ارزیابی احتمال خطر تبدیل گیاهان تراریخته به علف هرز در زمان رهاسازی گیاه تراریخته ضروری است. جهت تعیین قابلیت تبدیل یک گیاه به علف هرز بعد از تراریخته شدن باید بیولوژی گیاه میزبان بخوبی مشخص شده باشد و هرگونه خصوصیات مخصوص به گونه در آن تعیین شده باشد. از لحاظ آماری تفاوت‌های معنی‌داری در داده‌های کمی فنوتیپی مانند ارتفاع گیاه و درصد جوانه‌زنی بذر و همچنین در داده‌های کیفی فنوتیپی مانند حساسیت به بیماری بین گیاه تراریخته Bt و گیاه شاهد وجود دارد اما این تفاوت‌ها در محدوده گونه‌های زارعی قرار می‌گیرد (Tohidfar and Kaviani, 2008).

2-3-5.مدیریت احتمال خطر برای  زراعت تک محصولی و از دست رفتن تنوع زیستی

ارزیابی احتمال خطر تبدیل گیاهان تراریخته به علف‌هرز در زمان رهاسازی گیاه تراریخته ضروری است. جهت تعیین قابلیت تبدیل یک گیاه به علف هرز بعد از تراریخته شدن باید بیولوژی گیاه میزبان بخوبی مشخص شده باشد و هرگونه خصوصیات مخصوص به گونه در آن تعیین شده باشد. از لحاظ آماری ممکن است  تفاوت‌های معنی‌داری در داده‌های کمی فنوتیپی مانند ارتفاع گیاه و درصد جوانه‌زنی بذر و همچنین در داده‌های کیفی فنوتیپی مانند حساسیت به بیماری بین گیاه تراریخته Bt و گیاه شاهد وجود داشته باشد، اما این تفاوت‌ها باید با  محدوده گونه‌های زارعی مقایسه شود (Tohidfar and Kaviani, 2008).

اثر محصولات تراریخته در اکوسیستم‌های طبیعی و زراعی باید بطور کامل ارزیابی شود. تمام اطلاعات مرتبط با محصولات مهم که برای تراریخته شدن انتخاب می‌شوند لازم است جمع آوری شود تا به درستی پیش بینی شود که تراژن، قابلیت اعطای توان بقا به گیاه تراریخته خارج از محدوده رشد طبیعی خود را دارد یا خیر (Alavi et al., 2007).

2-3-7.ارزیابی احتمال خطر ناشی از اثرات ناخواسته انتقال ژن بر متابولیسم گیاه

آزمایش­های زیادی در ارزیابی اثرات ناخواسته متابولیکی جهت مقایسه محصولات تراریخته با والدهای غیر تراریخته آنها صورت می­گیرد.هرچند پس از آنالیز، این مسئله باید در نظر گرفته شود که عدم وجود تفاوت بین گیاه تراریخته و غیر تراریخته دلالت بر عدم وجود اثرات مضر ناشی از ترارژن دارد، وجود تفاوت معنی دار بین گیاه تراریخته و غیر ترایخته به منزله وجود اثرات مخرب ناشی از تراریزش نیست (Raybould et al., 2010). آنالیز دقیق ترکیبات پنبه تراریخته رخداد Bolgard II در خصوص الیاف، اسید آمینه، اسید چرب، رنگدانه، محتویات معدنی در 14 مزرعه در امریکا طی دو سال نشان داد که پنبه تراریخته از لحاظ ترکیبات مواد تغذیه‌ای مشابه نوع غیر تراریخته آن است (Hamilton et al., 2004). علاوه بر مقایسه الگوی پروتئین‌‌ها از طریق کروماتوگرافی، روش‌های جدید شامل ژنومیکس به منظور آنالیز توالی DNA، ترانسکریپتومیکس برای مطالعه پروفایل بیان ژن، پروتئومیکس برای مطالعه پروتئین‌های جدید و متابولومیکس برای بررسی تغییرات مسیرهای متابولیکی ایجاد شده‌اند تا هرگونه تغییر ناخواسته در محصولات تراریخته در مقایسه با نوع غیر تراریخته آنها بررسی شود (Baker et al., 2006; Heidarian et al., 2012).

2-3-8.مدیریت توسعه مقاومت

اطلاعات دقیق در خصوص مکانیسم‌های مقاومت و  بیولوژی آفات و ایجاد راهکارهای مدیریت مقاومت برای اطمینان از پایداری محصولات تراریخته Bt لازم است. آنالیز داده های پنبه Bt در طول بیش از یک دهه نشانگر این است که وجود پناهگاه‌ها منجر به تعویق مقاومت در آفات شده است (Tabashnik et al. 2008).

2-3-8-1.درک مکانیسم توسعه مقاومت

پیشرفت در راهکارهای مدیریت مقاومت، نیازمند درک صحیح مکانیسم‌های بیوشمیایی و ژنتیکی توسعه مقاومت است (Ferre and Van Rie, 2002) . کادهرین، به عنوان گیرنده پروتئین Cry1Ac شناخته شده است (Fabrick and Tabashnik, 2007) . در برخی مطالعات، توسعه مقاومت؛ به لوکوس کادهرین ارتباط داده شده است. مقاومت به Cry1Ac در برخی از آفات مهم پنبه به علت جهش در پروتئین کادهرین دیده شده است (Gahan et al., 2001). این مقاومت به تخریب یکی از ژنهای متعلق به خانواد بزرگ ژنی کادهرین توسط رتروترانسپوزون‌ها نسبت داده شده است که تعدادی از پروتئین‌های مورد نیاز برای رشد لارو را تولید می‌کند. اگرچه در دو نژاد P. xylostela جدا شده از مزرعه، رابطه­ای بین مقاومت به Cry1Ac و ارتولوگ‌های ژن کادهرین وجود نداشت که نشان­دهنده اساس ژنتیکی متفاوت برای مقاومت در نژادهایی است که در مزرعه تکامل یافته‌اند (Baxter et al., 2005) . مقاومت به Cry1Ac به از دست رفتن قدرت چسبندگی و اتصال غیر قابل برگشت به غشای پیش روده  آفت نسبت داده شده است. ولی کاهش قدرت اتصال تنها مکانیسم توسعه مقاومت نیست. همچنین، جهش در دومین 12 پروتئین کادهرین باعث ایجاد مقاومت به Cry1Ac شد البته بطور کامل مانع از اتصال سم در ارزیابی‌های آزمایشگاهی نشد (Gahan et al., 2010). از روش های دیگر ایجاد مقاومت، جهش در ناقلین پروتئین های ABC است. پروتئین های ABC، پروتئین های غشای داخلی هستند که فعالیت های زیادی را شامل انتقال مولکول های سمی از سلول به عهده دارند. طی یک تحقیق، جهش غیر فعال کننده‌ای در یکی از پروتئین های ABC به نام ABCC2 ایجاد شد که منجر به کاهش میزان اتصال سم Bt به وزیکول‌های غشایی شد. کاهش میزان اتصال سم Bt به غشای سلول به دنبال جهش در این پروتئین سبب شد ABCC2 به عنوان یکی از پروتئین‌هایی که در تلفیق پروتئین Bt با غشا نقش دارند معرفی شود. (Gahan et al., 2010 ).

  2-3-8-2.راهکارهایی برای مدیریت مقاومت

مدیریت مقاومت یک نیاز ضروری برای گیاهان Bt محسوب می‌شود. هر رخداد تراریخته Bt به مدیریت  مقاومت خاصی نیاز دارد چرا که هر منطقه، آفات مرتبط به خود داشته و بیولوژی حشرات با یکدیگر متفاوت هستند (Zhao et al., 2002). توصیه‌های مدیریتی که از مطالعات اکولوژیکی برگرفته شده‌اند؛ استفاده از بالاترین غلظت توکسین تا حدی که شانس زنده‌مانی حشرات هتروزیگوت‌ مقاوم را به حداقل برساند، کاشت گیاهان غیر تراریخته پناهگاه برای پایداری جمعیت‌های حشره هموزیگوس و حساس و انتقال ژن‌های چندگانه Bt که به گیرنده‌های مختلفی در رودة حشره متصل شوند از جمله راهکاری‌های مدیریت مقاومت است (Kaur 2006; Azimi et al., 2012). تجاری‌سازی موفق محصولات تراریخته Bt به موفقیت روش‌های توصیه شده برای مدیریت مقاومت بستگی دارد. گیاهان ترایخته Bt تنها باید در روش مدیریت تلفیقی آفات گسترش یابند. نظارت بر تراکم آفات و ارزیابی سطح خسارت اقتصادی لازم است تا اینکه حشره‌کش‌ها تنها زمانی که مورد نیاز هستند استفاده شوند.

2-3-8-3.راهکارهای مولکولی برای تاخیر در ایجاد مقاومت

راهکارهای مولکولی برای تاخیر در شروع مقاومت شامل بیان مختص به بافت یا بیان القایی با مواد شیمیایی مانند سالیسیک اسید، بیان بیش از حد ژن cry در کلروپلاست‌ها، هیبریدهای جدید از ژن cry یا تغییر هیبریدهای ژن cry به منظور فعالیت حشره‌کشی بیشتر است (De Cosa et al., 2001).

تغییر توالی ژن‌های cry و ساخت هیبریدهای جدید از این ژن که بتوانند به چندین گیرنده در پیش روده حشره متصل شوند باعث به تاخیر انداختن مقاومت حشرات می‌شود. ساخت پروتئین‌های جدید Cry از طریق مهندسی پروتئین نیازمند اطلاعات دقیق از ساختار و عملکرد این پروتئین‌ها است.

.استفاده همزمان از چند ژن مقاومت نه تنها کارایی مقاومت را افزایش می‌دهد بلکه باعث تاخیر در ایجاد مقاومت به آفات می‌شود. نسل دوم محصولات تراریخته Bt شامل محصولات دارای دو نوع ژن مقاومت به منظور بهبود سطح کنترل و افزایش میزان حفاظت حشره کش‌ها ایجاد شده اند (Kaur, 2006).

3.اطلاع رسانی احتمال خطر

اطلاع رسانی احتمال خطر به ارتباط و مشورت بین کارشناسان احتمال خطر، مدیران احتمال خطر و سایر ذینفعان که ممکن است تحت تاثیر خطر احتمالی قرار گیرند گفته می‌شود. اطلاع رسانی احتمال خطر از اجزای مهم در ارزیابی احتمال خطر جهت تجاری سازی موفق محصولات تراریخته Bt محسوب می‌شود. رهاسازی محصولات تراریخته در برخی از کشورها حساسیت عمومی را برانگیخته اگرچه شدت این حساسیت در همه کشورها یکسان نیست. تحقیقات در زمینه مهندسی ژنتیک با سرعت زیادی رو به پیشرفت است که می‌تواند باعث ایجاد نگرانی‌های عمومی بی اساس در خصوص امنیت این تکنولوژی شود. انجام ارزیابی‌های محتاطانه اثرات مفید این محصولات در مقابل اثرات ناخواسته و تصادفی آنها ضروری است. اذهان عمومی باید در مورد فواید و خطرهای احتمالی محصولات تراریخته Bt مطلع شوند (Miller, 2010).

نتیجه گیری

محصولات Bt برای مصرف تجاری در تعداد زیادی از کشورها از جمله کشورهای در حال توسعه پذیرفته شده‌اند. راهکارهای بین المللی ارزیابی خطرات احتمالی  قبل از مصرف تجاری محصولات Bt در کشورهای مختلف پیاده می‌شود. ارزیابی خطرات احتمالی زیست محیطی برای تایید قانونی موجودات تراریخته در کشورهایی که متعهد به پروتکل ایمنی زیستی کارتاهنا هستند لازم است. این پروتکل در تعداد زیادی از کشورها به تصویب رسیده است، بسیاری از کشورها زیربنای علمی مناسب را نداشته و موانع اقتصادی دارند. دسترسی به محصولات تراریخته در این کشورها بیشتر به علت مخالفت‌های شفاهی با این تکنولوژی و فقدان مکانیسم‌های قانونمند امکان‌پذیر نیست. بخش دولتی در کشورهای در حال توسعه نقش مهمی را در توسعه محصولات Bt به عهده دارد. در نتیجه رسیدگی به مشکلات در حوزه سیاست‌های دولتی قرار می‌گیرد. بنابراین، کشورهای در حال توسعه نیازمند قوانین علمی‌تری برای ارزیابی احتمال خطر هستند که در آن تمامی مسایل ایمنی زیستی با محیط زیست آن کشور مطابقت داشته باشد.

از آنجا که اطمینان از ایمنی زیستی محصولات تراریخته دشوار است، بهتر است راهکارهای ارزیابی احتمال خطر بر خطرات محتمل متمرکز شوند تا بر فرضیه‌های غیر محتمل. اگرچه برخی از اثرات اکولوژیکی گیاهان تراریخته شناخته شده است اما امکان تخمین کلیه نتایج این اثرات وجود ندارد. بنابراین، درک یک نگرانی احتمالی توسط دانشمندان این رشته از درک عمومی متفاوت است. به عنوان مثال درک عمومی از اثر مخرب ذرت Bt بر پروانه‌های مونارک ناشی از نتایج تحقیقات ناقص هنوز به قوت خود باقی است اگرچه تحقیقات بعدی نتیجه این تحقیق را نقض کردند (Chapotin and Wolt, 2007). 

محصولات تراریخته Bt فواید بی‌شماری را برای تولید کشاورزی، سلامت انسان، غذا و تغذیه به همراه دارد اما درصورتیکه به درستی نظارت و مدیریت کشت آنها صورت نگیرد ممکن است نگرانی‌هایی را نیز برای محیط زیست به دنبال داشته باشند. موفقیت تکنولوژی مهندسی ژنتیک به ارزیابی علمی و مدیریت پایدار نیاز دارد. ارزیابی و نظارت موثر شامل مشارکت تلفیقی و چند رشته‌ای گروهی از دانشمندان است که به یک نتیجه مشترک برسند. مطالعات بیشتر در خصوص اثر پروتئین‌های Bt بر موجودات غیرهدف بر اساس روش‌های استاندارد، آزمون‌های زیست سنجی طولانی و روش های بیوشیمیایی پیشرفته در این راه موثر است.

روش‌های جدید ژنومیکس، پروتئومیکس و متابولومیکس می‌توانند برای ارزیابی احتمال خطر مفید باشند. راهکارهای مدیریتی برای تاخیر ایجاد مقاومت به پروتئین Bt در آفات برای بقای کارآیی محصولات Bt یک ضرورت محسوب می‌شود. فهم مکانیسم بیوشیمیایی و ژنتیک توسعه مقاومت به ایجاد راهکارهای مناسب برای نظارت و مدیریت این مساله کمک می‌کند. هم چنین، سایر راه حل‌های ممکن برای کنترل آفات بوسیله کنترل بیولوژیکی، تغییر در مدیریت مزرعه می‌تواند بر اساس کارآیی آنها بکار گرفته شود. مدیریت و ارزیابی دقیق و کافی احتمال خطر منجر به ایجاد قوانینی می‌شود که جهت هدایت راهکارهای لازم برای توسعه و گسترش محصولات تراریخته Bt (جدول 2) در آینده نیاز هستند.