Innspill til miljøforvaltningens forskningsbehov 2010-2014.

02.04.2009

Adressatene, bl.a. Genøk –Senter for Biosikkerhet, inviteres i brev av 09.02.2009 (Deres ref. 2009/1326 ARE-VE-BOS) til å bidra med innspill til ny katalog over Miljøverndepartementets viktigste forskningsbehov 2010-2014.

Direktoratet for Naturforvaltning
Tungasletta 2
7485 Trondheim
Tromsø 10.03.2009

Innspill til miljøforvaltningens forskningsbehov 2010-2014.

Adressatene, bl.a. Genøk –Senter for Biosikkerhet, inviteres i brev av 09.02.2009 (Deres ref. 2009/1326 ARE-VE-BOS) til å bidra med innspill til ny katalog over Miljøverndepartementets viktigste forskningsbehov 2010-2014. Vi takker for denne muligheten som vi med glede benytter oss av, og vil samtidig minne om at GenØk-ansatte i det aller siste har bidratt til to DN-initierte rapporter som setter lys på presserende forskningsbehov, nemlig ”GMO Assessment in Norway as Compared to EU Procedures: Societal Utility and Sustainable Development” i 2008, og ”Monitoring GMOs in Norway” i 2009. Vi henviser også til våre bidrag til bakgrunnsdokumenter, gjennomføring og sluttdokument/anbefalinger i relasjon til ”The Norway/Canada Workshop on Risk Assessment for Emerging Applications of LMO” som ble arrangert i Montreal, Canada 4.-6. juni 2007. Også i disse dokumentene pekes det på en rekke presserende forskningsbehov relatert til moderne bioteknologiers innvirkninger på økosystemers helse.

GenØks hovedarbeidsområder er forskning og kunnskapsutvikling/-formidling innen genøkologi og biosikkerhet relatert til anvendelser av moderne bioteknologier, herunder transgene modifiseringsmetoder, nanobioteknologi, syntetisk biologi, teknikker basert på små RNA og DNA molekyler, og nye ”konvergerende” teknikker som utvikles ved kombinasjoner og synergier mellom disse. Vi vil i det følgende spille inn en del presserende forskningsbehov med våre interessefelt satt inn i større, holistiske miljøsammenhenger så vel som i mer spesifikke kontekster.

Holistiske, overordnete problemstillinger.
Det foreligger internasjonalt en nærmest komplett tørketilstand med hensyn til forskning rettet mot kombinerte effekter (additive, synergistiske, antagonistiske) av menneskeskapte miljøendringer. Mer konkret tenker vi for eksempel på kombinerte effekter av klimaendringer, radioaktiv stråling, kjemiske forurensninger og organismer/ nukleinsyrekonstrukter produsert ved moderne bioteknologier (transgene modifiseringsteknikker, SyntBio, nanobioteknologi, små inhiberende RNA og DNA molekyler etc.). Det kan på basis av eksisterende forskningsresultater, bl.a. fra genterapi-feltet, framsettes troverdige og testbare arbeidshypoteser om at for eksempel kombinasjoner av temperaturøkning, øket stråling, hormon-hermende kjemikalier og destabiliserte, genmodifiserte eller syntetiske genomer kan øke potensialet for horisontal genoverføring mellom organismene i gitte økosystemer. Likeledes kan man hypotetisere at aktivering av pattedyrs endogene, stumme virusinfeksjoner vil forekomme hyppigere. I begge tilfeller vil det kunne initieres uforutsigbare og irreversible, men potensielt alvorlige, konsekvenser for individer, arter og økosystemer. Slik forskning må i første omgang baseres på adekvate, vel-designete cellekultur- og mikrokosmos-modeller på måter som i neste omgang lar seg etterprøve i virkelighetens ”laboratorier”. Norge har her muligheten til å være et foregangsland på et forsømt, men universelt viktig forskningsfelt.

Underområdene 1 og 2: Bærekraftig bruk og vern.
Vi mener at hypoteser, ideer og tiltak ligger på ”alt for høye nivåer” innen næringskjeder og økosystemer. Stort sett beskjeftiger man seg med organismer som kan ses med det blotte øye, og som enten er ”søte” eller har åpenbar nytteverdi for Homo sapiens eller Homo ludens. Det startes med andre ord på et alt for antroposentrisk grunnlag.. De små og tallrikeste organismene og livsformene (mikrorganismer, virus etc.), som ofte er avgjørende for økosystemers, dyrs og menneskers helsetilstand blir ikke ofret tilstrekkelig oppmerksomhet, verken i deskriptiv (”biologisk mangfold”, artsdata- og biobanker etc.), monitorerende eller effektrettet forskning. Hypotesene som skisseres i foregåene avsnitt gjelder i fullt monn også på dette feltet.

Transgen modifisering og GMO
I I DNs invitasjonsbrev sies det at kunnskapsbehovet relatert til GMO først og fremst har vært knyttet til i) miljøeffekter av utsetting og omsetting, ii) hvordan og i hvilken grad disse kan motvirkes og begrenses, og iii) grunnlag for risikovurderinger av produkter med tanke på godkjenning. I tillegg nevnes følgende problemstillinger som aktuelle: iv) Utfordringer relatert til økende innblanding av GMO i importerte landbruksvekster (bl.a. til dyre og fiskefor), v) effekter av herbicidresistente GM-planter på ugreesmidlers bruksmengder, samt vi effekter på landbruks parametere som jorderosjon, effekt av insektresistente genmodifiserte planter (GMP) på ikke-målorganismer, og innvirkning av GMO på bærekraftig utvikling i dyrkningsland.

Dette er viktige aspekter som vi i det følgende vil knytte noen konkrete problemstillinger til. Vi vil påpeke forskningsbehov tilknyttet GMO overvåkning og overvåkningsmetodikk. Videre vil vi påpeke viktigheten av at miljøforvaltning også inkluderer forskning på utfordringer relatert til a) nye typer GM planter som produserer farmasøytiske komponenter og til nye metoder for genmodifisering, b) GMOer som ikke er planter, f. eks. GM fisk, sykdomsprofylaktiske GM vaksiner til mennesker og dyr sykdom og ulike GM biokontroll initiativ (GM mygg, GM anti-fertilitets vaksiner for skadedyr og smittespredende dyr), c) DNA/RNA vaksiner, d) syntetisk biologi, e) nanobioteknologi, og f) kombinasjoner av de ovenfor nevnte. Spennet av mulige forskningstemaer omkring slike spørsmål er stort og vi vil derfor også inkludere noen av disse i vårt innspill. Avslutningsvis skisserer vi også kort noen utfordringer relatert til begreper som ”føre-var” og ”risiko” satt inn i en miljøforvaltningssammenheng Forskningsbehovene er som ønsket beskrevet på et overordnet nivå, kontakt oss gjerne for utdypning.

GM dyr
I en norsk sammenheng er transgen fisk mest relevant. Forskere i Canada har oppnådd størst effekt ved tilførsel av ekstra genkopier av laksens eget veksthormongen. Dette fører til opptil 10 ganger økt veksthastighet. Man har i en årerekke forsøkt å få godkjent ”AquAdvantage Bred Salmon” til fiskeoppdrett i Canada og USA, foreløpig uten suksess. Forskning for å kartlegge hvordan den genmodifiserte veksthormon-laksen vil kunne påvirke helse gir indikasjoner på forringelse av dyrevelferd, men har ikke gitt svar på hvilke økologiske effekter rømt GM fisk ville kunne få. Andre egenskaper av betydning for både produktivitet, helse og miljø, og som kan tenkes oppnådd ved genmodifisering er f.eks. sykdomsresistens. Det vil derfor være nødvendig å klarlegge mulige miljøeffekter ved fremtidig bruk av genmodifisert fisk i akvakultur. Potensialet for alvorlige miljøkonsekvenser er åpenbare for fisk med høyere vekstrater og/eller sykdomsresistens. Med grunnlag fra invasjonsbiologien vet vi at spredning av arter og genotyper vil være internasjonalt omgripende spørsmål fordi ”fremmede arter” ikke stoppes av landegrenser eller nasjonal lovgivning. Kongekrabbe, lagesild og amerikansk hummer er alle eksempler på at introduksjoner i andre land får konsekvenser i Norge. Ved genmodifisering vil egenskapene kunne endres meget vesentlig. Tidoblet vekst og sykdomsresistens er sterke spredningsegenskaper. Likevel vet man ikke om GM dyr med slike trekk er levedyktige i naturen, om avkom av hybrider mellom GM og villbestander vil overleve, eller om naturlige tilpasninger i villbestander kan ødelegges (Trojan Gene Effect).

GM vaksiner
Vaksiner produsert ved hjelp av rekombinant transgen-modifisering eller syntetisk biologi kan inndeles i tre hovedgrupper: Rekombinante subunitvaksiner, plasmid DNA-vaksiner og ”levende” virusvektorvaksiner. Subunitvaksiner produseres i innesluttede fermentorer. Verken celler eller DNA, bare rensede proteinprodukter slipper ut av laboratoriet.

DNA-vaksiner består av plasmider med integrerte, ønskete gener og DNA motiver. Etter injisering uttrykker plasmidet protein fra et bestemt patogen, som kan indusere beskyttende antistoff eller celle-basert immunitet mot angjeldende patogen.
Prinsippene for produksjon, anvendelsesområdene og presserende kunnskapshull/forskningsbehov relatert til GM virusvektor-baserte vaksiner er relativt grundig beskrevet i basis- og sluttdokumenter fra ”The Norway/Canada Workshop on Risk Assessment for Emerging Applications of LMO” som ble arrangert i Montreal, Canada 4.-6. juni 2007. Det var full enighet blant de land og delegater som deltok om de forskningsbehov som formuleres. DN var medarrangør, og konklusjonene fra møtet bør vel reflekteres i de oppdaterte forskningsbehovene.

I tillegg kan slike levende virusvektorer også anvendes til bioremedieringsformål og til genmodifisering av Anophelses spp. mygg for å hindre malaria spredning. Tilsvarende strategier vil sikkert bli aktuelle for andre artropode-overførte infeksjonssykdommer hos dyr og mennesker, og ikke minst til bekjempelse av smittestoff-reservoirer i frittlevende, ville dyr.

Usikkerheter, potensielle risiki og forskningsbehov relatert til GMO og GM DNA-konstrukter og virus ble meget grundig presentert i de to DN-initierte rapportene ”An Orphan in Science: Environmental Risks of Genetically Engineered Vaccines (Research Report for DN No. 1999-6) og ”Too Early May Be Too Late. Some ecological risks associated with release or escape of recombinant or genetically modified nucleic acids” (Research Report for DN 1999-1). Kunnskapshullene og forskningsbehovene som ble presentert i disse rapportene er endog mer presserende i dag, fordi lite har skjedd i mellomtiden, og anvendelsesområdene utnyttes i økende takt.

For ”levende” virusvektorer mangler det også forskning med hensyn til sikkerhetskriterier for vektoren samt forskning angående premissene og mulighetene for overvåkning. Videre er det i dag uklart hvordan DNA-vaksiner skal defineres og reguleres og om den vaksinerte organismen bør defineres som en GMO. Bruk av levende virusvektorer reiser også uavklarte juridiske spørsmål til regulering siden de kan spres over landegrenser. Spredningsveier, -vektorer, -rater innen og mellom land krever forskning, men også utvikling av internasjonale overvåkningsstrategier som ikke finnes per i dag. Spredning av virus har et enormt potensial, men så lenge vi nesten utelukkende observerer sykdomsbærende virus, har vi svært mangelfulle kunnskaper om relevant virusspredning. Vi har tilsvarende mangel på kunnskap om GM virus kan rekombinere med beslektede virus i naturen, og hvilke egenskaper som da kan bli uttrykt, samt i hvilken grad vi fortsatt kan spore opp rekombinant virus via den kjente DNA sekvensen til GM viruset.

Syntetisk biologi
Hensikten med anvendelse av syntetisk biologi er å bygge celler, organismer, virus, kromosomer og reguleringsmotiver for genekspresjon fra bunnen av med akkurat de egenskapene man ønsker. Dette åpner for mange muligheter til fremstilling av vaksiner, organismer som kan påvise kjemiske våpen, fjerne forurensning, produsere miljøvennlig energi og drivstoff, fjerne miljøgasser, eller påvise sykdommer. Det kan gis nye muligheter for å modifisere genaktiviteten til en organisme (altså modifikasjon uten innsetting av fremmed DNA). Disse mulighetene fører også til nye utfordringer for miljøforvaltning, ikke bare for forskning og kartlegging av risiko, men også for definisjonen av hva en GMO er – som igjen er grunnlaget for risikovurderinger, reguleringsmekanismer, overvåkningsstrategier, etc.

Nanoteknologi
Nanoteknologi befinner seg i en tidlig fase av sin utvikling og reiser spørsmål som på mange områder og måter er sammenfallende eller nært beslektet med bioteknologien. Et bredt spekter av mulige anvendelser kan få stor innvirkning på områder som medisin, mat og landbruk, informasjon og kommunikasjon, materialer, forsvar, miljø og energi. Mest relevant for miljøforvaltninger er at det trengs vurderinger av hvilken grad adekvat regulering kan og bør skje gjennom tilpasning og modifisering av eksisterende regelverk og systemer, eller om det vil bli nødvendig med særskilte ordninger og lovverk som for eksisterende bioteknologi. Videre trengs det forskning på gode modellsystemer for å studere økotoksikologiske egenskaper og effekter ved nanomaterialer og nanopartikler, samt systemer for kartlegging av hvilke produkter som involverer nanoteknologi. Også her vil det være viktig å overvåke bruk og forske på eventuelle miljøeffekter. Ett eksempel: i det siste har det vært mye diskusjon rundt nanokompositter, som sølvioner. Sølvioner har mange mulige bruksområder, blant annet å drepe skadelige bakterier i plaster, i sokker, i matemballasje, i vaskepulver osv. Videre har nanosølv blitt interessant i som behandlingsform av ulike virus og bakteriesykdommer. Bruk av nanosølv vil føre til at partikler vil bli spredt til miljøet hvor en per i dag har liten kunnskap om persistens, spredning, akkumulering og effekt på ikke-mål-organismer. Det vil være behov for forskningsbasert metodeutvikling for å måle nivå og sammensetning av nanopartikler og egnede biologiske modellsystemer for å studere biologiske effekter av eksponering. Andre spørsmål er relatert til kontroll og merking av matvarer, medisiner, kosmetikk og andre forbruksartikler som inneholder nanopartikler og nanomaterialer.

Genmodifiserte planter
Kunnskapsbehov relatert til miljøeffekter av GM planter kan deles i tre kategorier; a) metoder for å studere uforutsette og uønskede effekter av transgene teknikker, produkter og organismer og gode modeller for å studere miljøeffekter, b) direkte og indirekte effekter på landbruksmiljø og på omliggende miljø, og c) overvåkningsstrategier og metoder. Det er svært viktig å inkludere effektene av tilhørende ko-teknologi (sprøytemidler) av GM planter siden en overvekt av transgene planter er sprøytemiddeltolerante.

Metoder og modeller
De største forskningsmessige utfordringene ved GM-planter er å identifisere gode metoder og etablere modellsystemer som kan brukes for å studere mulige miljø og helse effekter. Dette er spesielt relevant med hensyn på hvordan en skal studere interaksjoner og eventuelle skadevirkninger som er knyttet til gjensidige reaksjoner mellom ulike elementer i det økosystem som GM planten dyrkes i eller i nærheten av. Mulige konsekvenser vil kunne påvirkes av en rekke varierende klima- og miljøparametere, derfor er det også nødvendig at forskningen utføres der GM-plantene skal dyrkes.

De siste årene har vår kunnskap om hvordan genomer er organisert og hvordan reguleringen av hvilke gener i genomet som er aktive i forskjellige celletyper og til forskjellige tider eller etter å ha mottatt forskjellige stimuli økt. I tillegg til kodeelementer i DNA-molekylet har man funnet at en rekke små RNA-molekyler, sammen med mønsteret av kjemiske merkelapper på histonproteinene som er bundet til DNA (”epigenetikk”) har en sentral rolle i kontrollen av geners aktivitet og funksjon. Dette er ny kunnskap som bør følges opp og implementeres i risikovurdering og i riskio-assosiert forskning på GMO.

Direkte og indirekte effekter på landbruksmiljø og omliggende miljø
Når det gjelder effekter på landbruksmiljø er det per i dag mangel av kunnskap med hensyn på effekter av dyrkning av GM planter på jordkvalitet og fertilitet, effekter fra sameksistens (spredning av pollen, innblanding i såvarer), effekt på mål organismer av Bt-planter (effektivitet av ønsket egenskap og resistens utvikling), effekter fra forandret landbrukspraksis ved overgang til GM planter, for eksempel endring i type eller mengde av sprøytemidler. I det omliggende miljø er det mangel på kunnskap om organismer som lever i jord og i akvatiske miljøer (dette inkluderer ikke minst næringskjeder), samt effekt på ikke-mål-organismer av Bt planter. Et annet uavklart område er hvilke standarder skal vi anvende ved vurdering av risiko fra GM-planter? Er skadenivået ved tradisjonelt landbruk og sprøyting en akseptabel standard, eller ønsker vi å bruke økologisk landbruk som standard? Forskjellige standarder vil kunne gi oss forskjellige svar.

Overvåkningsstrategier
Nødvendigheten av å kartlegge miljøeffekter ved dyrking og fôring med GMO og GM-fôr ble aktualisert når det i 2007 ble gitt tillatelse til fôrprodusenter innen havbruksnæringen til å bruke prosesserte GM-planter i produksjon av fiskefôr. Dette reiser spørsmål som vil GM-fôret spres ut i sjøen og konsumeres av andre organismer som lever under og rundt merdene. Dette vet vi lite om i dag.

Generelt mangler det kunnskap om hvilke effekter GMO vil ha på norsk flora og fauna. Det er derfor viktig at det blir satt i gang et eget overvåkningsprogram for GMO i Norge. Dette impliserer forskning på, og kartlegging av kunnskapshull samt metodeutvikling. Det vil være viktig å harmonisere datainnsamling i forhold til allerede eksisterende overvåkningsprogram, om mulig. Overvåkningprogrammet bør omfatte i) landbruk, ii) akvakultur, iii) vaksiner, og iv) importerte mat og fôrvarer. Programmet bør også gå utover å følge trender og forandringer ved å studere årsakene til endring.

Etiske hensyn, samfunnsnytte og bærekraftig utvikling
Blant særtrekkene ved det norske systemet for godkjenning av genteknologiske produkter er at det ved siden av helse- og miljørisiko, så skal det også legges vekt på etiske hensyn, samfunnsnytte og bærekraftig utvikling. Disse begreper er til dels kontroversielle og uklare, og det er behov for videre analyser av hvordan de bør forstås og anvendes. Dette involverer problemstillinger som hvor bærekraftig er dyrkning av GM planter under ulike agronomiske forhold både i en norsk og internasjonal sammenheng og relatert til ulike dyrkningsregimer, e.g. småskala versus storskala dyrkning av GM planter. Dette innebærer kunnskap om effekter på både kort og langsikt ved overgang til GM planter og involverer ved siden av miljøeffekter også innvirkninger på tradisjonelle kulturer, landbruk, matsikkerhet, økonomi og samfunnsutvikling. Videre også analyser av hvilke ansvar disse spesielle kravene legger på norske myndigheter med å identifisere dokumentasjon og initiere forskning som kan informere beslutninger om bærekraft og samfunnsmessig nytte av GM planter søkt dyrket og/ eller omsatt i Norge. Moderne bioteknologi er basert på at såkorn underlegges sterke eierrettigheter (patenter), noe som ulovliggjør ivaretagelse av såkorn hos bonden. Dette er en radikal endring av premissene for verdens matvareproduksjon, og representerer en fare for monopolisering, økte matpriser og redusert matsikkerhet.

De særnorske kravene til bærekraftighet og samfunnsnytte kan belyse en svært viktig generell problemstilling: hvordan i-landene kan bidra til å understøtte u-landenes utvikling av sine egne bioressurser samt ivareta internasjonale forpliktelser i forhold til moderne bioteknologi, herunder oppfølging av Konvensjonen om Biologisk Mangfold og Cartagena-protokollen.

Nye GM planter
Den neste generasjon av GM-planter er under utvikling og involverer GM-planter som produserer etanol, medisiner og vaksiner (molecular pharming), spiselige vaksiner, industri relaterte produkter (som for eksempel stivelsesredusert potet) samt GM-planter med kombinasjoner av ulike overførte transgener. Dette krever utvikling av biologiske testmodeller for å forstå mulige risiki og inneslutningsnivåer ved fremtidig produksjon av farmasøytiske og kjemiske produkter i GMO, både i innesluttet produksjon, og ved utsetting på friland.

Nye metoder for genmodifisering.
Den økte kunnskapen om hvordan genomer er organisert og hvordan reguleringen av hvilke gener i genomet i forskjellige celletyper er aktive åpner for nye muligheter for genmodifisering. Samtidig medfører disse nye mulighetene nye uavklarte helse- og miljørisiki som kommer i tillegg til de som er forbundet med de tradisjonelle, transgene GM teknikkene. Dette reiser viktige spørsmål; vil disse eventuelle nye metodene for genmodifisering redusere risiko eller bære med seg nye risikomomenter? Bringer disse nye metodene utfordringer til definisjonene brukt i den norske Genteknologiloven?

Føre-var; Risiko og usikkerhet
Genmodifisering og de videreutviklede og kombinerte bio/nano/syntetisk baserte teknologiene nevnt ovenfor åpner på den ene siden et bredt spekter av nye problemløsninger, tjenester og produkter innen områder som spenner fra medisin og landbruk til miljøvern. Samtidig har utviklingen vært preget av usikkerhet og den er blitt møtt med betydelig skepsis og motstand i brede grupper av befolkningen. Usikkerhet og faglig kontrovers beskriver bioteknologiens stilling og representerer en utfordring for både forskning og miljøforvaltning. Det er for eksempel typisk i den nåværende situasjon at forskere eller ”eksperter” står mot hverandre og gir motsatte anbefalinger til myndigheter, ofte med bakgrunn i den samme faglige dokumentasjonen tilknyttet søknader; dvs det trekkes ofte vidt forskjellige konklusjoner ut fra det samme materialet. Mest sannsynlig vil dette også karakterisere de nye bioteknologirelaterte teknologiene når de kommer til det kommersielle nivået. Grunnlaget for mye av uenigheten har sin opprinnelse i ulike måter å forholde seg til vitenskapelig usikkerhet på og hvordan en skal utføre en kritisk vurdering av kunnskapsgrunnlaget.

Det finnes ulike kategoriseringer av vitenskapelig usikkerhet. Til tross for noe ulik begreps- bruk, karakteriseres usikkerhet som en gradvis endring fra deterministisk kunnskap, hvor alt er kjent, til total ignoranse, hvor en ikke engang vet hva en ikke vet. Det er som regel to kilder til vitenskapelig usikkerhet; begrenset kunnskap og naturlig variasjon i systemet som studeres. Det følger av dette at kvalitative former for vitenskapelig usikkerhet, som går utover det som kan uttrykkes i statistiske termer, nødvendiggjør utviklingen av alternative verktøy. Dette er særlig viktig siden bioteknologien har selvreproduserende produkter, uønskede effekter kan komme til å øke over tid. Derfor må risikovurderinger ta høyde for kvalitative aspekter ved usikkerhet og verdiers innflytelse på forskning og forvaltning. Dette involverer verktøy som brukes for å identifisere og systematisere vitenskapelig usikkerhet av kvalitativ karakter. Slike analyser kan også øke forskeres evne til å reflektere over og kommunisere usikkerhet samt peke ut hvilke områder som det kreves mer forskning på (eksempler er Walker& Harremoes usikkerhesanalyse og NUSAP).

Føre var-prinsippet, som har vært diskutert i forbindelse med mange andre teknologier, er spesielt viktig når effektene av er ukjente og sannsynlighetene for uheldige konsekvenser ikke kan tallfestes. Det arbeidet som allerede er gjort for å avklare føre-var-prinsippet vil være til stor nytte også i anvendelsene av disse nye teknologiene. Prinsippet er anerkjent som grunnlag for å forholde seg til helse- og miljørisiko av ny teknologi. Men det er fortsatt uklart og kontroversielt hvordan prinsippet skal konkretiseres, anvendes og implementeres i ulike sammenhenger.

Avsluttende kommentar.
Vi er trygge på at MD/DN og GenØk-Senter for Biosikkerhet deler den samme overordnete målsetning i relasjonene mellom næringsliv/produksjon og økosystemers, dyrs og menneskers helsetilstand, nemlig ”Biosikkerhet først!” Vi ser derfor fram til den reviderte og oppdaterte ”Katalog over Miljøverndepartementets viktigste forskningsbehov 2010-2014” med både spenning og forventning!

Med hilsen

Terje Traavik
Forskningssjef

Trond Skotvold
Direktør