GMWATCH – Published: 19 July 2024
Deregulation could mean humans and animals are exposed to gene-altering pesticides with no regulatory oversight, with potentially deadly consequences. Report: Claire Robinson
We’re used to gene editing being something that’s done in controlled and contained conditions in the lab, with just the final product being unleashed in the environment. But coming down the pipeline are pesticides designed to “edit” the genes of organisms out of doors, in the uncontrolled conditions of the open environment. Applied by spraying, irrigation, or via soil pellets, these outdoor-use genetic pesticides are claimed to be more environmentally friendly than chemical pesticides.
The problem is that these genetic pesticides could also “edit” the genes of what scientists call non-target organisms – i.e. people, animals, and insects in the environment could become collateral damage. “Editing” these organisms’ genes means silencing or disrupting their normal functioning. And the deregulation of gene editing that is occurring and being aggressively promoted around the globe means that these products could be used in open fields with no prior risk assessment, traceability, or monitoring.
Sounding the alarm about this “Wild West” scenario is a new study by an international team of scientists. The study, based on computer predictive modelling, found that exposure to a CRISPR/Cas gene-editing pesticide could unintentionally alter the genes of a wide assortment of non-target organisms, with potentially serious or even fatal consequences. And leading the list of potential victims of unintended gene editing are humans.
How the study was done
For their study, the scientists drew up a list of non-target organisms. They chose 18 species commonly found in farming environments, including humans, cattle, chickens, and mice; major crops – maize, soybeans, cotton, and common beans; wild plants; pollinator insects – two types of bee; predator insects; and soil organisms – earthworms and fungi – that cycle nutrients.
Then the scientists identified three major pests that look set to become targets of outdoor-use gene-editing pesticides: the Western corn rootworm, Red Flour Beetle, and the fungus Sclerotinia sclerotium. They selected genes that have been previously identified as a successful target for the CRISPR/Cas gene editing tool, making them probable targets for any genetic pesticide. Then, using publicly available computer software, they searched for matching genomic regions in the non-target species that would also be targeted by the CRISPR/Cas.
Exposures to target and non-target organisms could occur through contact, inhalation, or ingestion. The exposure methods modelled were irrigation, spraying (fumigation), or direct applications of pellets into soil (fertilisation).
Findings
The study found that unintended activity of the CRISPR/Cas gene-editing tool occurred in 12 out of the 18 species of non-target organisms investigated. The genomic regions affected included genes involved in the formation of the central nervous system in the honeybee to several pathways related to cancer and hormone metabolism in humans. In total, 155 metabolic pathways were affected the three exposure scenarios in the 12 species, with the majority of hits in the human genome.
The authors point out that such “Unintended activity could result in significant biological effects in all non-target plants and animals examined, such as the effects on immune responses, essential molecule biosynthesis, and the central nervous system. These results, consistent with existing literature on editing techniques, provide a clear rationale for the need to evaluate vulnerable NTOs [non-target organisms] in any proposed use of spray or topical techniques in the environment.”
Among eight non-target species (humans, cattle, chickens, mice, maize, soybeans, switchgrass, and sorghum), the number of potential unintended target genomic sites ranged from one in soybean and sorghum to 16 in humans. Humans were the most likely to be affected by exposure to a CRISPR/Cas pesticide in irrigation water.
Implicaciones
Ni la relación del objetivo con el organismo no objetivo ni siquiera el reino biológico del organismo no objetivo pudieron predecir la probabilidad de actividad no deseada de la herramienta de edición genética. Por lo tanto, concluyen los autores, es posible que todas las especies de preocupación deban examinarse específicamente en una evaluación de riesgos.
La autora principal del estudio, Sarah Agapito-Tenfen, dijo a GMWatch: “La probabilidad de identificar tales efectos no deseados está directamente relacionada con la disponibilidad de bases de datos genómicas para las especies de organismos no objetivo. Y debido a que no existe una base de datos completa para todas las especies de organismos no objetivo relevantes, los estudios subestiman el impacto real de las aplicaciones de pesticidas genéticos. Esta incertidumbre científica no debería utilizarse como excusa para eximir a los plaguicidas genéticos de la evaluación integral de los riesgos medioambientales”.
Los autores explican que, históricamente, los organismos no objetivo no han sido objeto de las evaluaciones de riesgo de los OGM porque la ingeniería genética se realizó en el organismo previsto en un laboratorio que minimizaba la posibilidad de que los organismos no objetivo se expusieran a los procedimientos de modificación genética. Sin embargo, la desregulación de los procesos de ingeniería genética, como se está proponiendo en algunas regiones, incluidas la UE y Nueva Zelanda, “permitiría utilizarlos en entornos abiertos o construidos que no controlen las exposiciones o la liberación de organismos modificados tras una exposición no intencionada”.
Al comentar el estudio, el genetista molecular Prof. Michael Antoniou dijo: “Si estos pesticidas de edición genética llegan al mercado, como se anticipa, se utilizarán en grandes cantidades en millones de hectáreas, lo que hace que la probabilidad de que los organismos no objetivo se vean afectados sea una certeza, y esa probabilidad aumentará con el tiempo”.
Es crucial que los gobiernos y los reguladores tomen en serio los riesgos del uso al aire libre de pesticidas genéticos y no permitan que pasen desapercibidos ante el radar regulatorio basándose en falsas afirmaciones de los grupos de presión sobre la supuesta naturalidad de la edición genética.
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Efectos no deseados predichos en múltiples especies a partir de la edición genómica al aire libre
Aline Martins Hoepers, Jack A. Heinemann, Caroline Bedin Zanatta, Philomena Chu, Tessa C. Hiscox, Sarah Zanon Agapito-Tenfen
Ecotoxicology and Environmental Safety 282, 1 de septiembre de 2024, 116707.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651324007838#bib25 (acceso abierto)
Aspectos destacados
* Es posible que pronto estén disponibles nuevos productos para el uso al aire libre de la edición genómica. y no pueden controlar las exposiciones a organismos no objetivo.
* Utilizamos las mismas herramientas in silico que se utilizan para predecir la eficacia para evaluar la posible edición genómica no deseada.
* La filogenia no predijo la probabilidad de efectos no deseados en especies no objetivo.
* La exposición al pesticida CRISPR/Cas podría alterar involuntariamente los genomas de una variedad de organismos no objetivo.
* El análisis de enriquecimiento metabólico confirma la posibilidad de que efectos no deseados provoquen efectos adversos en organismos no objetivo.
Resumen
CRISPR/Cas9, una potente herramienta de ingeniería genética ampliamente adoptada en la agricultura, es capaz de introducir nuevas características en las plantas a gran escala y sin métodos de cultivo convencionales. A pesar de su notable eficiencia, han surgido preocupaciones sobre las consecuencias no deseadas en entornos no controlados. Nuestro objetivo fue evaluar la actividad potencial en organismos que podrían estar expuestos a la edición genómica en entornos no controlados. Desarrollamos tres escenarios, utilizando riego, fumigación y fertilización como métodos de administración, basados en usos al aire libre en la agricultura, a saber, control de plagas y enfermedades. Utilizando software disponible públicamente (Cas-OFFinder, NCBI Genome Data Viewer y STRING), se predijeron efectos no deseados en múltiples especies que se encuentran comúnmente en el agroecosistema, incluidos los humanos (16 de 38 (42 %) muestreados). El análisis de enriquecimiento metabólico (identificación de genes), al conectar genes no deseados en una red fisiológica, predijo efectos en el desarrollo de los sistemas nervioso y respiratorio. Nuestros hallazgos enfatizan la importancia de tener cuidado al considerar el uso de esta edición genómica en entornos no controlados. Pueden ocurrir alteraciones genómicas no deseadas en organismos no deseados, lo que subraya la importancia de comprender los peligros potenciales e implementar medidas de seguridad para proteger la salud humana y el medio ambiente.
Fotografía del gusano de la raíz del maíz occidental: Extensión de Purdue