環境中で持続・増殖する遺伝子組換え植物のリスク評価

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さらに、害虫による高い圧力や補完的な除草剤の散布などの特定の環境条件も、植物やその子孫の可能性を高める重要なドライバーとなり得る。

リスク評価の複雑さは、GEイネで例えることができる。生物学的または生物学的ストレス要因に耐性を示すGEイネが、その特性を雑草イネに伝えることができる場合、これらの植物の子孫や雑種について、いくつかのレベルの複雑さを考慮する必要があるのである：

(i) 飼育イネと雑草イネの間の遺伝子流動は、元の事象ではそのような特性が観察されなかったとしても、次の世代でフィットネス（または他の生物学的特性）の向上を引き起こすことがある。遺伝子流動により、付加された遺伝物質が様々な遺伝的背景に導入され、特にハイブリッドにおいて意図しない効果を引き起こす可能性がある（表1）。(ii) 雑草イネと家畜イネで説明されたように遺伝子流動が起こると、次の世代で遺伝物質の新しい組み合わせが発生し、例えば、いくつかの生物学的または生物学的ストレス要因に対する耐性を持つ自然発生的に積み重なったトランスジェニックイベントが発生する可能性がある[40,41]。このような組み合わせは、元の品種や初期の交配種で観察されたよりもはるかに強い影響を与え、フィットネスの向上やその他の生物学的効果を引き起こす可能性がある。(iii) 最後に、植物がより長い期間持続し、かつ／または様々な受け入れ環境に広がる場合、環境×ゲノム相互作用（表3）によって強化されたフィットネスまたは他の生物学的効果が引き起こされる可能性が高くなる可能性がある。最初の世代では関連する効果はなく、数回の交配を経て、あるいは特定の環境条件下で初めて現れるかもしれない。

例えば、Huangら[27]は、Bt毒素を生産し、グルホシネートに耐性を持つイネを積み重ねた場合の次世代への影響を調査した。その結果、選択圧や遺伝的背景によって、フィットネスが低くなったり高くなったりすることがわかった。彼らは、数世代にわたってこれらの影響を調査する必要性について明確に言及している。

このように、遺伝子組み換え植物が環境中で存続し、家畜化された植物や野生の親類植物との遺伝子フローが確立され、生存可能な子孫を残すことができれば、その結果生まれた子孫は、元の事象のデータから予測できないフィットネスに関する意図しない変化を示すかもしれない。これらの観察は、遺伝子流動の影響や遺伝的背景や環境との相互作用を十分に評価すべきであるとする過去の論文と一致している[30,32,71]。その結果、GE植物が環境中で存続・増殖し、生存可能な子孫を残すことができるようになると、リスク評価において新たな課題が生じることが明らかとなった。

環境中で持続・増殖しうるGE植物のリスク評価に関連するその他の影響および相互作用

EFSAは、「植物から植物への遺伝子フローを含む永続性と侵入性」のリスク評価に関して、GE作物植物のフィットネスの変化が唯一かつ最も関連性の高い問題であるとみなしている。しかし、GE作物の環境中での残留性や自己増殖性から生じる可能性のある問題は、これだけではない。以下では、関連する他の問題を説明するために、3つの例を挙げる：

1. 綿[72]やポプラの木[73]などのBt生産植物は、環境中で持続的に増殖できるGE植物の例である[49]。これらの植物は、Btに感受性のある昆虫が植物を食べることによる選択圧のもとで、野生の近縁種と比較して高いフィットネスを示す可能性がある。Bt毒素は、これらの植物から摂食する昆虫に取り込まれたり、根から分泌されたり[74]、植物の根圏を変える[75]だけでなく、花粉、種子、葉、根などのBt含有植物体がより広い環境に分布する可能性がある。短期的にはBt毒素は発達障害や行動変化を引き起こす可能性があるが[76,77]、大規模かつ長期的な暴露はこれらの影響を大幅に増加させ、昆虫集団に変化をもたらし、関連する生態系の機能を乱すかもしれない。長期的な影響の評価における問題は、Stewartら[78]やAndow and Zwahlen[79]の研究にも反映されており、意図した形質が野生集団に移行した場合の影響の可能性について言及している。植物体中のBt含有量は、環境条件や子孫の遺伝的背景の異質さによっても影響を受ける可能性があることを考慮する必要がある[61]。
   
2. 生命体は、複数の生物化学的経路を介して環境と相互作用している。植物では、他の植物、微生物、昆虫とのシグナル伝達や「コミュニケーション」がこれに含まれる[80,81]。揮発性物質、その他の二次代謝産物、生物学的活性化合物など、さまざまな化合物が関与している。環境との相互作用は、身近な環境（関連する微生物群）やより広い環境（食物網、捕食者、有益生物、他の植物など）を包含する。遺伝子制御や遺伝などの自然プロセスは、現代の遺伝子工学ツール（トランスジェネシスやゲノム編集など）で回避することができ、従来の植物育種から知られる環境との相互作用は、遺伝子組み換え植物に単純に外挿できないことが経験上わかっている。例えば、ダ・シルバら[82]やウォレスら[83]は、トランスジェニック植物の関連マイクロバイオームの違いは、環境の影響だけでなく、ある程度は植物遺伝学の影響も受けていることを示している。したがって、GE生物のERAは、これらのシグナル伝達経路の潜在的な（意図的および非意図的な）変化を含めるべきである。なぜなら、これらのシグナル伝達経路は、生態系の機能を大幅に乱し、あるいは破壊することができるからだ。これらのリスクは、遺伝子工学によって内因性の代謝経路を変化させ、例えばストレス条件に対する抵抗力を高めたり、収穫量を増加させたりする場合に特に関連する。植物の成長、ストレス耐性、あるいは植物の組成の基礎となる代謝は、多機能で複雑であることが非常に多い。このような状況下では、リスク評価は、より広い、あるいはより近い環境とのシグナル伝達を含むゲノム介入（例えば、トランスジェネシスやゲノム編集）によって、植物の生物学的特性が系統的に変化するという仮説に基づき行われなければならない。
3. 栄養価の変化を引き起こす植物組成の変化は、関連する食物網を介した生態系に特定の障害をもたらす可能性がある。植物の組成は、従来の育種に比べ、遺伝子工学の方法によってはるかに大きく変化するため、既存の経験をGE植物（トランスジェネシスまたはゲノム編集に由来する）に単に外挿することはできない。したがって、GE生物のERAは、植物組成の潜在的な（意図的および非意図的）変化と生態系への影響を含むべきである。例えば、Colomboら[84]は、長鎖オメガ3脂肪酸のエイコサペンタエン酸（EPA）とドコサヘキサエン酸（DHA）を生産するナタネなどのGE植物の大規模栽培によって生じる食物網への潜在的な危険性を示している。つまり、進化的に前例のない新規の植物成分が生態系に入り込み、複雑なリスクを引き起こす可能性がある。例えば、植物中のオメガ3脂肪酸は、陸上の食餌には通常存在しないため、それを餌とする生物の成長や繁殖力を変化させる可能性がある。このような遺伝子組み換えナタネがヨーロッパで栽培された場合、関連する特性が遺伝子流動によって他の家畜や野生の集団に広がり、その結果、食物連鎖に影響が及ぶ可能性がある[84]。
   

上記の例は、環境中で持続的に自然増殖する植物が、植物のフィットネスに変化がない場合であっても、リスク評価に大きな課題をもたらすことを示している。

長期的影響や次世代影響に伴うリスク評価の具体的な課題

上記の次世代効果に関する知見から、GE植物のERA、すなわちその堅牢性、信頼性および全体的な結論は、植物が環境中で持続できるかどうか、自然繁殖できるかどうか、および/または農業または半自然および自然の生息地のいずれかで生存可能な子孫をもたらす家畜および/または野生相対する植物との遺伝子フローが確立できるかどうかという問題に決定的に影響を与えると結論づけることができる。これらの質問に対する回答は、問題の定式化、ハザードの特定と特性化、暴露の特性化、最終的なリスクの特性化に大きく影響する。一般的に、GE植物が環境中で存続できる場合、および／または、家畜化された植物や野生の相対的な植物との遺伝子フローが確立され、生存可能な子孫を残すことができる場合、不確実性が増し、リスク評価は、存続できず遺伝子フローも確立できない植物の場合よりも複雑な問題に直面することになる。

GE植物が畑で1シーズンだけ栽培されるか、数年連続で生産されるかで、リスク評価には根本的な違いがある。前者の場合、企業は生物学的または経済的特性に関して、毎年種子をチェックすることができる。しかし、2番目のケースでは、GEの子孫や潜在的な雑種が、畑に出る前に品質や安全性の追加チェックを受けずに発生する可能性がある。これは、GE植物の自立した個体群が確立された場合に、それが生産システム内で確立されたものであるか、それ以外のものであるかにかかわらず、特に関連する。

このように、植物が環境中で存続できる場合、および／または家畜化された植物や野生の親類植物との遺伝子フローが確立され、生存可能な子孫を残すことができる場合、ハザード識別と特性評価は、元のイベントのデータから予測できないハザードに対処するものを含む、いくつかの複雑なシナリオを含まなければならない。

潜在的な害は、雑草性の増大、侵入性、生態系ネットワークの崩壊によって引き起こされる可能性がある。関連する原因やシナリオは、ゲノムと環境の相互作用、異質な遺伝的背景から生じる次世代の影響、エピジェネティックな影響、野生近縁種との交雑の影響などを考慮する必要がある。これらの影響は、野生集団への導入や農業生産地以外への拡散など、環境への分布に関する特定のシナリオには依存しない。例えば、原産国の一つであるメキシコのトウモロコシの地域品種に導入遺伝子が持続して拡散すれば十分である[85]。

スペインの畑で観察されたテオシンテからの、あるいはテオシンテへの潜在的な遺伝子流動についても同様である[86]：これらの植物は栽培されたトウモロコシの野生親族（祖先）である。テオシンテの亜種によって、遺伝子流動は多かれ少なかれ発生する可能性がある。スペインで見られるテオシンテの亜種は完全には特定されておらず、トウモロコシとテオシンテの雑種であると思われる。

2016年、EFSA[87]は、Bt毒素を産生し、グリホサートに対して耐性を持たせたGEトウモロコシ（MON810、Bt11、Maize 1507、GA21）からスペインとフランスに発生するテオシンテ植物への遺伝子流入のリスクをレビューした。

EFSA GMOパネル[87]の意見は、メキシコのテオシントから外挿したデータに基づいており、スペインのテオシントは非常に似ていると仮定している。しかし、Trtikovaら[86]は、メキシコとスペインに由来するteosinteの遺伝学に大きな違いがあることを示した。したがって、スペインで栽培されているテオシンテの遺伝子流動の実際の可能性は、メキシコのデータを単に外挿することで評価することはできない。さらに、EFSAは、遺伝子フローが発生した場合、ハイブリッド子孫の生物学的特性は元のトウモロコシの事象から予測可能であると仮定している。しかし、栽培されたトウモロコシとテオシンテの種のゲノム背景が大きく異なることを考慮すると、この仮説は妥当とは思えない。むしろ、テオシンテに導入された遺伝子は、独立した事象とみなされ、それに応じて評価されなければならない植物を生み出すと仮定しなければならないのである。

しかし、これらの不確実性、未知数、結果として生じるリスクは、EFSAの意見では考慮されないままであった。雑種子孫における導入遺伝子の発現データがまったくないにもかかわらず、どの雑種も、せいぜい元の事象から知られている導入遺伝子の形質を発現すると仮定された[87,88,89]。しかし、上記のように、これは間違いである可能性が高い。遺伝子流動による影響は、環境との相互作用や植物の遺伝的背景に大きく依存するため、ボランティアの子孫の特性や次世代の影響は、元の事象の特性から予測できないかもしれない。

このような複雑化の問題は、EUのERAだけの問題ではない。特に、環境中に容易に残留する植物種や、家畜や在来種の近縁種に広がる植物種にとっては、世界的な問題である。アルファルファ、クリーピングベントグラス、ワタ、ナス、トウモロコシ、ナタネ、ポプラ、イネなど、遺伝子工学に用いられるいくつかの植物種は、それらが栽培されている地域で持続する可能性と遺伝子流動の可能性があることが知られている[49,89]。国際自然保護連合の最近の報告書[90]が示すように、自然集団に導入される可能性のある遺伝子組み換え昆虫、サンゴ、両生類、げっ歯類、樹木に取り組むプロジェクトがいくつか存在する。これらのプロジェクトの目的は自然保護であると報告されているが、生物多様性への長期的な影響はほとんど考慮されていないようである[91]。

時空間的な複雑さの問題と現在のERAの実践

EFSAは、2010年のGE生物のERAのためのガイダンス文書[7]において、各事象はケースバイケースで段階的に評価されなければならないと予見し、EFSAは対処すべき7つの特定の懸念分野を特定した：(1) 植物から植物への遺伝子導入を含む、GE植物またはその互換性のある近縁植物の持続性および侵入性、(2) 植物から微生物への遺伝子導入、(3) GE植物と標的生物の相互作用、(4) GE植物と非標的生物の相互作用、(5) 生産システムおよび受け入れ環境の考慮を含む特定の栽培、管理および収穫技術の影響、(6) 生物地球化学プロセスへの影響、(7) 人および動物の健康への影響。

しかし、EFSA[7]が提案する持続性と侵略性の評価のための段階的アプローチでは、GE植物の子孫によって引き起こされる潜在的な影響は、ほとんどが元の事象のレベルのみで対処される。

このことは、スペインとフランスのいくつかのBt トウモロコシのイベント[87] からテオシンテへの遺伝子流出に関する前述のEFSAの見解や、以下に述べる。GE ナタネ MON88302の生存する穀粒の輸送による流出の可能性があるケースに対する。EFSAの対処方法からも明らかだ。この除草剤耐性GE作物は、モンサント社が開発したもので、従来よりもさらに高用量のグリホサートの散布と、さらに頻繁な散布に耐えるようにしたものである[92]。EFSAによって評価され[92]、EUへの輸入が許可されている。

EFSAガイダンス[7]で定められている環境リスク評価では、輸入製品の生存可能な穀粒からの流出も評価することが求められている：

また、輸入、輸送、保管、取り扱い、加工中に流出した生存可能なGM 植物の種子または繁殖体が、野生の植物になり、荒れ地、半自然、自然の生息地を植民地化し侵略する可能性も考慮しなければならない”と述べている。EFSA[93]は、MON88302（彼らは遺伝子組み換え除草剤耐性-GMHT-ナタネと要約している）の輸入と輸送は、輸送ルートや加工施設において、確かにボランティア植物が定着しそうだという意見を持っている：

「EFSAのGMOパネルは、GMHTナタネが輸送される場所では、GMHTナタネの野生株が発生する可能性があることを確認した。EFSAはこれを問題視していない：しかしながら、除草剤耐性形質によって、ナタネMON 88302や交雑した野生親族のフィットネス、持続性、侵入性が、これらの植物がグリホサート系除草剤にさらされない限り高まるという証拠はない。したがって、逃げ出したナタネ植物や他の交雑適合植物に導入された遺伝子は、農業や環境に新たな影響を与えることはないだろう。」

上述のように、輸送による流出が、数年にわたり環境中に存続しうる個体群を生み出す量で起こりうること、また、これらの個体群と野生親類との間で遺伝子流動が起こることを、いくつかの出版物が示している[49,51, 52, 53]。選択圧（例えば、グリホサート耐性のナタネに対するグリホサート処理）の下だけでなく、選択圧がなくても、これらの集団は数を増やし、近隣の畑での遺伝子フローに貢献することができる[94]。

この理由として考えられるのは、グリホサートへの耐性を付与するEPSPS酵素が、グリホサートを含まない環境でもフィットネスの向上を誘発することである[30, 31, 32, 33, 34]。

しかし、EFSA[93]は、種子休眠、開花期間、花粉数、花粉の生存率など、植物のフィットネスを判断するための関連パラメータに関するデータを要求していない。最初の開花、種子の成熟、宿根の時期に観察された有意差は、EFSAによって脇に置かれた。それらは生物学的に関連性がないとみなされたため、さらなる評価を受けることはなかった。結論として、ナタネ MON88302の適合性、持続性、侵入性を評価するための標的アプローチは存在しなかった。

さらに、上記の側面を追求するために、EFSA[93]は、元の事象で観察された特性のみを考慮した。子孫や交配種が元の事象と同じ特性を示すと仮定することで、EFSAは、意図した形質とは無関係なトランスジェニック植物のフィットネスにおける予期せぬ変化を示す出版物を考慮しなかった[56,57]。例えば、イネのケースで、Huang ら[27]が必要だと判断したのとは逆に、EFSA は自然発生した子孫や潜在的な交配種からの実験データを要求しなかった。他の遺伝的背景を持つ植物における導入遺伝子の影響を調査するために、MON88302を用いた交配実験も行われなかった。

より一般的には、EFSA[7]が提案する段階的アプローチでは、以下の理由により、十分に堅牢で信頼できる結果を得ることができない可能性がある。

1. GE植物の子孫によって引き起こされる潜在的な影響は、ほとんどの場合、元のイベントのレベルで評価される、
2. 潜在的な危険性については、雑草問題を悪化させるフィットネスの変化、在来植物種の移動または絶滅の可能性のみが考慮されている。

その結果、EFSAのリスク評価にはかなりのギャップがある。GE植物やその改変された遺伝物質が環境中で持続し、家畜や野生の近縁種を導入できる場合、ゲノムと環境の相互作用や交配/ハイブリッドから生じるリスクは、ERAのプロセスを逃れる可能性が非常に高いのである。このプロセスは、環境中で持続・増殖しうるGE植物の放出に関連する時空間の複雑さという現実的な次元に対処できていない。

特に野生近縁種への遺伝子流出を排除できない場合、環境中に残留し自然増殖する可能性のあるGE植物のERAには、いくつかの根本的な問題があると結論付けている。時空間的な次元を決定できない場合、ハザードの特定、ハザードの特性化、暴露の特性化など、EFSA[7]による問題策定は、環境リスクについて結論を出すために十分に定義できないかもしれない。時空間次元に十分に対応するためには、以下の質問に答える必要がある（表4）：