Rośliny komunikują się ze sobą w różny sposób. Ostrzegają się nawzajem, informują o sytuacji stresowej, próbują się bronić. Jaki jednak związek ta podziemna i naziemna komunikacja ma z rozwojem alergii?
A co z GMO, czy alergicy powinni się go bać? Na pytania „Hipoalergicznych” odpowiada dr n. med. Barbara Majkowska-Wojciechowska.
Hipoalergiczni: Zacznijmy od teorii. W swoim wystąpieniu podczas łódzkiej konferencji immunologicznej na początku lata tego roku przytoczyła Pani wyniki badań ENCODE, z których wynika, że modyfikacje genowe okazały się znacznie bardziej skomplikowane, niż się spodziewano. Sam łańcuch DNA zaś zawiera drugi sekretny, równoległy język, o którym naukowcy wcześniej nie wiedzieli. Czyli powinniśmy jednak uważać na GMO?
Dr n. med. Barbara Majkowska-Wojciechowska: W DNA odkryto nie tylko dwie, ale kilka warstw informacji. To tak, jakby zakodowane dane można było czytać symultanicznie w kilku językach, zależnie od potrzeb i stymulacji! Badacze stwierdzili, że DNA organizmów żywych to gigantyczna „skarbnica” informacji, której działania dopiero zaczynamy rozumieć.1,2
M.in. dzięki badaniom projektu ENCODE zrozumiano, że cały genom jest funkcjonalny, a regiony niekodujące stanowią swego rodzaju system operacyjny i kontrolny dla genów kodujących. Zarówno DNA, jak i syntetyzowane na jego bazie różnorodne cząsteczki RNA oraz białka tworzą swoiste triady, które ściśle współpracują i każda z tych biomolekuł przenosi i przekazuje zakodowane informacje – zależne nie tylko od ich sekwencji, ale i od aktualnej geometrii (struktury 3D), czasu (wskazań zegara biologicznego), obecności lub braku światła i wielu innych czynników.3
Ostatnio wielu naukowców bada niekodujące cząsteczki RNA, które są transkrybowane z DNA, lecz nie są zaangażowane w procesach translacji białek. Stwierdzono, że są zaangażowane w mechanizmy regulacji DNA, głównie o charakterze epigenetycznym.
Sztuczne modyfikacje genetyczne DNA mogą zakłócić tę naturalną harmonię, mogą trwale utrudniać/zmodyfikować procesy biosyntezy RNA i białek, a także formowania ich do prawidłowych kształtów. Jeśli układ odpornościowy uzna je za nieprawidłowe lub nieznane, może dojść do rozwoju alergii i innych form patologii.
Metoda CRISPR-Cas9, najczęściej stosowana przy modyfikacjach GMO, polega na cięciu DNA przez enzym endonukleazę Cas9 i dodaniu/wycięciu/ dezaktywacji genu lub zastąpieniu go inną wersją. Badania wskazują, że tego typu manipulacje, oprócz tych oczekiwanych, mogą spowodować wiele niezaplanowanych zmian i mutacji.
Jaki jest zatem sens stosowania żywności GMO czy herbicydów? Nie przewidzieliśmy np. superchwastów, które czynią znacznie większe szkody wśród farmerów niż oszczędności wynikające ze stosowania sztucznych środków „ochrony roślin”.
Historia była następująca. Niektóre rośliny uprawne, np. soję, kukurydzę, bawełnę czy rzepak zmodyfikowano tak, aby nadać im cechy odporności na herbicydy (np. glifosat, glufosynat), a z plantacji wyeliminować uciążliwe chwasty bez utraty roślin hodowanych. W tym celu do genomu roślin wprowadzane są geny bakterii (np. Agrobacte rium spp., Streptomyces spp.), które kodują enzymy mające zdolność usuwania toksyn stosowanych herbicydów, ale tylko u odpornych roślin GMO. 
Natomiast u innych roślin herbicyd powoduje liczne zaburzenia, np. hamuje syntezę glutaminy, biosyntezy aromatycznych aminokwasów i fenoli, co prowadzi do akumulacji amoniaku i śmierci roślin.4 Niestety, nie przewidziano, że genom pospolitych chwastów okaże się aż tak plastyczny. Np. na polach bawełny GMO, w stosunkowo krótkim czasie i to równolegle w wielu krajach, pojawiły się superchwasty, które samodzielnie uodporniły się na herbicydy i rosną lepiej niż hodowane rośliny GMO. Niedawno zaklasyfikowano je aż do 64 taksonów, a rolnicy zbierali z połowy swoich pól superchwasty superodporne na stosowane herbicydy.5
Ryc. 1. Pyłek roślin jest strukturą niezwykle bogatą w składniki odżywcze, 40% jego zawartości to białka, które mogą być alergenami. Alergogenne białka pyłku posiadają unikatowe epitopy, podobne w pyłku i pasożytach, które są powodem reakcji krzyżowych.
Czy to możliwe, że nasze ciała zawierają resztki pestycydów i herbicydów w tkankach i że mają one wpływ na nasze zdrowie i witalność?
Jak najbardziej! W komórkach ludzi i zwierząt nie ma enzymów rozkładających te herbicydy,6 więc stopniowo zatruwają one nasze organizmy. Badania ponad 20 tys. rolników z dwóch stanów USA, którzy uprawiali rośliny GMO odporne na herbicydy, wykazały, że stosowanie herbicydów i pestycydów ma związek z rozwojem objawów niealergicznego i alergicznego nieżytu nosa czy świstów oskrzeli w ciągu ostatniego roku!7
Badania prowadzone w amerykańskim stanie Indiana dały też dowód na to, że glifosat występował aż u ponad 90% kobiet w ciąży, przy czym kobiety z obszarów wiejskich miały wyższe stężenia w moczu, a dzieci tych kobiet częściej rodziły się przedwcześnie.8 Z kolei naukowcy z Kalifornijskiego Uniwersytetu w San Diego School of Medicine odkryli, że ekspozycja ludzi na glifosat wzrosła o ok. 500% od 1994 r., kiedy wprowadzono rośliny GMO w USA. Poza tym stale wzrasta też stężenie glifosatu i jego metabolitu (kwasu aminometylofosfonowego) w organizmach ludzi z tych obszarów.9 [pullquote align=”right”]Białka stresu stanowią skuteczną broń roślin. Jednak „zestresowane” rośliny mogą być niebezpieczne dla alergików, gdyż niedawno znaleziono analogię molekularnych struktur niektórych białek stresu roślin i białek pasożytów.[/pullquote]
Czy ryzyko uczulenia pokarmowego jest wyższe w przypadku żywności ekologicznej, czyli tej naturalnej, nietkniętej przez człowieka, czy tej, która rzekomo powinna być pozbawiona szkodliwych dla człowieka białek?
Żyjemy w silnie zanieczyszczonym środowisku. Dlatego objawy alergii pokarmowej mogą pojawiać się niestety zarówno w stosunku do tzw. żywności ekologicznej, której uprawę bardzo trudno jest oddzielić, jak i GMO.
Ocena alergogenności jest ważnym elementem ogólnej oceny stopnia ryzyka dla żywności GMO. Jednak dotąd nie ustalono pojedynczego parametru, który pozwalałby przewidzieć, czy białka roślin transgenicznych mają potencjał alergenów. Generalnie opracowując nowe cechy GMO, biotechnolodzy unikają wprowadzania znanych alergenów, chociaż nie jest to regułą. Sekwencje nowych białek są porównywane ze znanymi już alergenami (które wiążą przeciwciała IgE) z dostępnych baz danych, np. AllergenOnline. Badana jest też ich podatność na trawienie. Jednak mimo tych zabezpieczeń, nikt nie kwestionuje możliwości występowania niezamierzonych modyfikacji, powstania nieznanych dotąd biomolekuł i ryzyka rozwoju trudnych do przewidzenia skutków zdrowotnych nowych produktów żywnościowych czy paszowych.
Konsekwencje spożywania pokarmów GMO przez ludzi, szczególnie tych z alergią, nie zostały jeszcze dobrze ocenione, ponieważ badania kliniczne prowadzone są najczęściej na szczurach (które posiadają znacznie większe spektrum enzymów trawiennych niż ludzie) lub na zdrowych ochotnikach (którzy nie cierpią z powodu alergii pokarmowej) i w stosunkowo krótkim czasie.
W kontekście genetycznie modyfikowanej żywności często pada fraza „stres roślin”. Co to oznacza? Jak to się przekłada na ryzyko alergii?
Badacze stwierdzili, że patogeny, które atakują rośliny, by wniknąć do roślin i zakłócać ich odporność, wydzielają całą paletę białek efektorowych, enzymów, inhibitorów enzymów. Z drugiej strony, fizjolodzy roślin rozszyfrowują złożone molekularne mechanizmy obronności atakowanych roślin. Badania wykazały, że m.in. wiążą się one z syntezą specyficznych białek stresu o działaniu przeciwgrzybiczym, przeciwbakteryjnym, owadobójczym, przeciwwirusowym. Dotąd białka stresu (Pathogen Related Proteins PRs) zaklasyfikowano do 17 grup. Wiele z tych białek jest alergenami. Dzięki nim atakowane rośliny natychmiast rozpoczynają dogłębną obronę. Białka stresu dezaktywują białka wydzielane przez patogeny w zaatakowanych tkankach roślin, promują procesy tworzenia „barykad” z ligniny, uniemożliwiają rozprzestrzenianie się czynników zakaźnych, a aktywność enzymatyczna wielu z nich (chitynaz, peroksydaz, rybonukleaz, lizozymu) umożliwia atakowanie intruzów.
Białka stresu stanowią skuteczną broń roślin. Jednak „zestresowane” rośliny mogą być niebezpieczne dla alergików, gdyż niedawno znaleziono analogię molekularnych struktur niektórych białek stresu roślin i białek pasożytów (np. przywr, glisty ludzkiej). Jak wiadomo, układ odpornościowy człowieka broni się przed pasożytami z wielką siłą, m.in. poprzez syntezę przeciwciał IgE. I jeśli nie zetknął się wcześniej z pasożytami, może mieć trudności w odróżnieniu białek pasożytniczych od białek stresu roślin i może reagować na nie, rozwijając reakcje alergiczne zależne od przeciwciał IgE o różnym stopniu nasilenia (od łagodnych do anafilaksji zagrażającej życiu).
Wielkim paradoksem jest fakt, że roślinom GMO wszczepiane są często dodatkowe geny dla nasilonej syntezy białek stresu, aby w ten sposób zwiększyć ich odporność na patogeny. Np. uprawiane są orzeszki GMO z dodatkowym genem dla syntezy taumatyny (białko z grupy PR-5). Rośliny, na skutek tego genetycznego zabiegu, wykazują zwiększoną odporność na patogeny grzybowe Rhizoctonia solani i bakterie.10 Orzeszki GMO pozytywnie przeszły badania i stwierdzono, że nie szkodzą zwierzętom laboratoryjnym ani ludziom (zdrowym), ale dla osób uczulonych na białka z grupy taumatyn mogą stanowić duże zagrożenie. Podobnie w bananowcach GMO – sprowokowano wzrost ekspresji genu białka podobnego do taumatyny (PR5), co zwiększyło ich odporność na pleśń Fusarium Wilt.11 Niestety tego typu modyfikacje silnie zwiększyły ich alergogenność, a także możliwość wystąpienia reakcji krzyżowych.12
Do niedawna nadzieje budziła metoda zwana CRISPR-Cas9, którą uważano za wysoce precyzyjną i bezpieczną. Liczono na rozwój możliwości terapii osób z chorobami o podłożu genetycznym, np. poprzez korektę mutacji. Jednak niedawno odkryto, że taka edycja może mieć patogenne konsekwencje, a nawet wzbudzić transformacje nowotworowe z powodu zmiany lub inaktywacji „strażników genomu”, czyli genów dla białek p53, które są też naturalną obroną przed zmianami w genomie wprowadzanymi przez CRISPR-Cas9. 13,14
W Pani wystąpieniu padło również pojęcie syntezy białek stresu w kontekście „komunikacji roślin” za pomocą sieci grzybów mikoryzowych, która to przesyła podziemne sygnały ostrzegawcze. Czyli stres roślin stanowi pewien system alarmowy między gatunkami roślin. Czy nie jest więc tak, że modyfikacja genetyczna jest źródłem stresu dla roślin i z założenia nie może być dobra dla człowieka, bo wywołuje produkcję białek stresu, czyli alergenów?
Komunikacja roślin to swoisty fenomen przyrodniczy. Np. sadzonki fasoli komunikują się poprzez sieć podziemnych strzępków grzybowych i przekazują sobie informacje o zagrożeniu – np. ataku mszyc, inwazji pleśni, ekspozycji na toksyny, co wywołuje syntezę białek stresu u sąsiednich roślin, jeśli ich korzenie są połączone tym „podziemnym internetem”.
U tradycyjnych roślin następuje blokada genów odpowiedzialnych za syntezę białek stresu wtedy, kiedy niebezpieczeństwo zostanie zażegnane. Rośliny GMO, którym sztucznie wszczepiono aktywowane geny dla białek stresu, prawdopodobnie produkują je cały czas!
A czym są szepty na wietrze? O czym rozmawiają rośliny?
To naziemna droga komunikacji pomiędzy roślinami. Wbrew długo utrzymywanym poglądom o małomówności roślin niedawno stało się jasne, że prowadzą one „ożywione rozmowy” przez przesyłanie sygnałów akustycznych i uwalnianie związków organicznych (VOC). Te „szepty na wietrze” są szczególnie nasilone, gdy zaistnieje jakieś zagrożenie.
W związku z tymi odkryciami wprowadzono przepisy dotyczące ostrożności w zakresie współistnienia upraw: minimalne odległości między uprawami naturalnymi/GMO.15 Niestety wiadomo już, że nie są one wystarczające i trudno też sprawdzić, czy w ogóle są one przestrzegane.
Materiał został zaprezentowany podczas konferencji 22.06.2018 r. w Łodzi „Alergia Astma Immunologia Kliniczna” organizowanej przez Prof. dr hab. n. med. Marka L. Kowalskiego, mediton.pl
Czy Pani zdaniem manipulacje GMO są bezpieczne dla ludzi i zwierząt? Co mówią najświeższe badania naukowe na ten temat?
Zdania naukowców są podzielone w tej kwestii. Np. według metananalizy z 2017 r. autorstwa Delaney i wsp., „poza dodanymi cechami GMO nie różnią się od tradycyjnych roślin/zwierząt. Nie powodują alergii w większym stopniu niż tradycyjna żywność. Mogą chronić przed alergią (jest możliwe pozbycie się alergenów np. z orzeszków ziemnych).”16
Jednak nie wszyscy naukowcy są zgodni z tą opinią. Odkryto np., że małe cząsteczki RNA ze spożytych roślin czy mleka nie zawsze są trawione i wykrywalne w surowicy i moczu w stężeniach proporcjonalnych do ilości RNA obecnego w żywności.17, 18, 19, 20 Co ciekawe, RNA z diety moduluje funkcje trawienne, a także funkcje układu odpornościowego. Niedawno stwierdzono, że miRNA-155 mogą odgrywać kluczową rolę w inicjacji alergii pokarmowej u myszy.21, 22
W kilku badaniach zaobserwowano, że niektóre rodzaje miRNA są odporne na gotowanie i trawienie, wpływają na zmiany ekspresji genów u konsumentów,23 jeśli będą one zmienione z powodu modyfikacji genetycznych, istnieje możliwość utraty ich funkcji, a nawet rozwoju zaburzeń trudnych do przewidzenia. Wymaga to jednak dalszych badań. Naturalna dieta, poprzez transfer małych cząsteczek RNA, może odgrywać istotną rolę w profilaktyce i leczeniu wielu chorób – nawet nowotworowych.24
Natomiast fizjologia roślin transgenicznych bywa nieprzewidywalna. Z badań Yang i wsp. wynika np., że transgeniczne ziemniaki, które wykazują nadekspresję pewnego rodzaju miRNA, wykazywały (wbrew oczekiwaniom) nadwrażliwość na zakażenie patogenem grzybowym Verticillium dahliae.25
Czyli rośliny po transformacjach genetycznych mogą przechodzić bardziej rozległe zmiany, niż człowiek jest w stanie przewidzieć…
Tak. Nowe odkrycia wskazują, że kod DNA jest zaprogramowany tak, aby minimalizować błędy w sekwencji i strukturze białek, precyzyjnie regulować ich ilość, jakość, prawidłowy kształt, a także minimalizować błędy w komórkach potomnych, jak i w kolejnych pokoleniach. Ten złożony system informacyjny musi również być w stanie dokładnie kopiować się dla następnej generacji. Nawet pojedyncza mutacja, jeśli nie jest neutralna, pociąga za sobą szereg zmian i prowadzi do utraty informacji genetycznej. Naukowcy uhonorowani nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2015 r. pokazali, że wszystkie komórki posiadają systemy naprawcze, których zadaniem jest przeciwdziałanie katastrofalnym skutkom mutacji czy zmianom genomu (który następuje u organizmów modyfikowanych genetycznie). Mechanizmy naprawcze są aktywowane także u organizmów GMO, ale skutki ich działań są trudne do przewidzenia.
Czyli alergicy raczej powinni stronić od żywności GMO?
Tak, powinni zachować dużą ostrożność. Najnowsze badania tzw. omiki (dzięki biomedycynie systemowej) wskazują, że manipulacje genetyczne u roślin i zwierząt mogą powodować zmiany ekspresji dużej liczby genów (>100 genów), zależnie od kontekstu całego genomu. Mogą stymulować powstawanie nieoczekiwanych mutacji, zmian znaczników epigenetycznych, syntezę wielu niespodziewanych, nowych molekuł, nowych form niekodujących cząsteczek RNA, w tym miRNA, które nie są całkowicie trawione, mogą być absorbowane i bioaktywne. Efekty spożywania GMO przez ludzi, szczególnie ludzi z alergią, moim zdaniem są jeszcze zbyt mało zbadane, by z czystym sumieniem można było je polecać, a społeczeństwo powinno być na bieżąco informowane o aktualnych wynikach badań, zarówno o potencjalnych korzyściach jak i czynnikach ryzyka. Organizmy modyfikowane genetycznie mogą jednak być też cenne z uwagi na fakt, że stają się źródłem ważnych leków, których człowiek nie potrafi syntetyzować w laboratorium. Opracowano np. ryż GM zaprogramowany do produkcji wielu leków biologicznych, np. ludzkiej albuminy, ludzkiej laktoferyny. Te białka po ekstrakcji mogą być używane jako ważne środki lecznicze.
dr n. med. Barbara Majkowska-Wojciechowska
Dr n. med. Barbara Majkowska-Wojciechowska jest adiunktem w Klinice Immunologii i Alergologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, prowadzi zajęcia dydaktyczne dla studentów oraz lekarzy specjalizujących się w alergologii. Jest autorem i współautorem kilkudziesięciu publikacji i doniesień, które były wielokrotnie cytowane. Redaktorka i autorka kilku rozdziałów książki „Alergia na roztocze”, autorka 9 rozdziałów książek, w tym 1 zagranicznej, recenzentka artykułów w czasopiśmie Alergia Astma Immunologia Kliniczna. Piastuje stanowisko członka zarządu oraz sekretarza (udziela się pro bono) w Stowarzyszeniu Pomocy Chorym Na Astmę i Choroby Alergiczne. Jej publikacje dotyczą również źródeł nowoczesnych zagrożeń dla ludzkości ze strony schemizowanej żywności, upraw GMO i nieuczciwych praktyk stosowanych w przemyśle.
Przypisy:
1 Jia TZ, i wsp. Retraction: Oligoarginine peptides slow strand annealing and assist non-enzymatic RNA replication. Nature Chemistry 2016:8; 915-921.
2 ”Definitely embarrassing:” Nobel Laureate retracts non-reproducible paper in Nature journal. https://retractionwatch.com/2017/12/05/definitely-embarrassing-nobel-laureate-retracts-non-reproducible-paper-nature-journal.
3 Chen, H. i wsp. Functional organization of the human 4D Nucleome. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 2015;112: 8002- 8007.
4 Schütte G, i wsp. Herbicide resistance and biodiversity: agronomic and environmental aspects of genetically modified herbicide-resistant plants. Environ Sci Eur. 2017;29:5.
5 Nature 2013 Case studies: A hard look at GM crops.
6 www.oecd.org/env/ehs/biotrack/46815618.pdf
7 Hoppin JA i wsp. Pesticides are Associated with Allergic and Non-Allergic Wheeze among Male Farmers. Environ Health Perspect. 2017;125:535-543.
8 Parvez S, i wsp. Glyphosate exposure in pregnancy and shortened gestational length: a prospective Indiana birth cohort study. Environ Health. 2018; 17: 23.
9 www.ecowatch.com/glyphosate-exposure-humans-2501317778.html
10 Singh NK i wsp. Characterization of a pathogen induced thaumatin-like protein gene AdTLP from Arachis diogoi, a wild peanut. PLoS One. 2013.
11 Mahdavi F i wsp. Expression of rice thaumatin-like protein gene in transge
nic banana plants enhances resistance to fusarium wilt. Appl Biochem Biotechnol. 2012
12 Arantxa Palacín, et al.The Involvement of Thaumatin-Like Proteins in Plant Food Cross- -Reactivity: A Multicenter Study Using a Specific Protein Microarray. PLoS One. 2012; 7: e44088.
13 Kosicki M, i wsp. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR-Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements. Nat Biotechnol. 2018;36:765-771.
14 www.futurism.com/crispr-cancer-p53
15 Beckmann V. I wsp. Ex-Ante Regulation and Ex-Post Liability under Uncertainty and Irreversibility: Governing the Coexistence of GM Crops. Economics: 2010.
16 Delaney B, et al. Food and Feed Safety of Genetically Engineered Food Crops. Toxicological Sciences 2017.
17 Yang J. i wsp. Detection of dietary plant-based small RNAs in animals. Cell Res. 2015; 25: 517–520.
18 Yang J. i wsp. Intestinal permeability, digestive stability and oral bioavailability of dietary small RNAs. Sci Rep. 2018;8:10253.
19 Hirschi KD i wsp. Uptake of Dietary Milk microRNAs by Adult Humans: Rules for the Game of Hide and Seek. J Nutr. 2018;148:5-6.
20 Cui J. i wsp. Nutrition, microRNAs, and Human Health. Adv Nutr. 2017;17;8:105-112.
21 Lin RT, Micro RNA-155 plays a critical role in the initiation of food allergen-related inflammation in the intestine. Oncotarget. 2017.
22 Sakai T, i wsp. Dietary ribonucleic acid suppresses inflammation of adipose tissue and improves glucose intolerance that is mediated by immune cells in C57BL/6 mice fed a high-fat diet. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 2015;61:73-8.
23 Philip A, i wsp. Determination of the potential bioavailability of plant microRNAs using a simulated human digestion process. Mol Nutr Food Res. 2015 Oct;59(10):1962-72.
24 Minutolo A, i wsp. Olea europaea small
RNA with functional homology to human miR34a in cross-kingdom interaction of anti-tumoral response. Sci Rep. 2018;8:12413.
25 Yang L i wsp. Overexpression of potato miR482e enhanced plant sensitivity to Verticillium dahliae infection. J Integr Plant Biol. 2015;57:1078-88.
bardzo ciekawe podejście do tematu uważam że coś może w tym być ,rośliny muszą się komunikować ,czuć to ,słychać w powiewach wiatru ,szumie drzew których szkoda ,że nie potrafimy zrozumieć i zadbać o ich potrzeby , jak dbamy o swoje wlasne ….
pomimo iż jestem jeszcze dosyć młoda uważam ,że ludzie nie powinni bawić się w Boga , nie jesteśmy w stanie przewidzieć co z tego wyniknie ,jakie mutacje, transformacje nie tylko roślin bo skoro zjadamy modyfikowane genetycznie rosliny kto nam zagwarantuje ,że jakaś ich część nie dostanie się do naszego dna i go nie zmieni? poważny temat ,świetny artykuł