BioOK – a Comprehensive System for Analysis and Risk Assessment of Genetically Modified Plants

Gentechnisch veränderte (GV) Pflanzen müssen im Rahmen des Zulassungsverfahrens in der EU auf ihre potentiellen Auswirkungen auf die Umwelt und die mensch­liche oder tierische Gesundheit analysiert werden. Der gegenwärtige Zulassungsprozess ist ein Konglo­merat verschiedenster Analysemethoden und extrem zeit- und kostenaufwendig. Das Anliegen von BioOK als ein multidisziplinäres wissenschaftliches Netzwerk ist die Entwicklung von maßgeschneiderten Ansätzen zur Risikoanalyse von GV Pflanzen auf der Grundlage von Ursache-Wirkungs­hypothesen mit dem Ziel des Aufbaus eines effektiven und qualifizierten Risikobewertungssystems. Die Forschungsaktivitäten von BioOK zielen auf einen Paradigmenwechsel im aktuellen Zulassungsprozess. Sie basieren auf einem modularen System, das alle Aspekte des Risikomanagements umfasst: molekulare Charakterisierung, Inhaltsstoffanalyse, agronomische Eigenschaften, Ziel- und Nichtzielorganismen, Boden und Mikroorganismen, Toxikologie, Allergenität und Überwachung nach Markt­einführung, wobei jeder Modul unterschiedliche Analysemethoden beinhaltet. Die durch BioOK angestrebte Reform des Risikobewertungsprozesses von GV Pflanzen umfasst zwei Phasen: zunächst die Optimierung der Analysemethoden selbst und dann die Etablierung eines Entscheidungsunterstützungssystems (Test Decision System – DSS), basierend auf biologischen Schwankungsbreiten (baselines), Zeigermerkmalen (indicators) und Grenzwerten (thresholds) für jede Analysemethode. BioOK hat in einer ersten Entwicklungsphase bereits optimierte Testmethoden entwickelt: Für die Inhaltsstoffanalyse wurde die Untersuchung auf substantielle Äquivalenz durch GC-MS, LC-MS und HPLC/RI Methoden vereinfacht. Ein neu eingeführtes Analyseschema zur Ermittlung potentieller Effekte von GV Pflanzen auf den Boden kombiniert ein in vitro System zur Beprobung von Rhizodepositaten von Pflanzen, die unter kontrollierten Umweltbedingen gewachsen sind, sowie die entsprechenden Bodentypen und deren Charakterisierung mit offenen und hochsensitiven molekular-chemischen Screening und Fingerprinting-Methoden. Ein neues in vitro System zur Simulation des Transports von Substanzen aus dem Darm ins Blut, das das Risiko der Aufnahme durch Mensch oder Tier zu einem frühen Zeitpunkt misst, wurde entwickelt. Um die Effektivität und Reproduzierbarkeit von Probenahmen an der Pflanze zu erhöhen, wird ein genau definiertes Probenahmeschema entwickelt. Schließlich, in Ergänzung der aktuellen Methodik zur Allgemeinen Überwachung (General Surveillance) von GV Pflanzen im Anbau, wurde eine Herangehensweise zur Abschätzung der Notwendigkeit für ein europaweites fallspezifisches (Case Specific) Monitoring beruhend auf Ursache-Wirkungsszenarien, erarbeitet. Die zweite Phase der BioOK F&E-Arbeiten konzentriert sich auf die Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems (Decision Support System, DSS). Dazu wird ein computergestütztes System implementiert, in dem alle standardisierten und validierten Methoden zu einem Entscheidungsbaum mit Knotenpunkten, definiert über biologische Schwankungsbreiten und potentielle Risiken definierenden Grenzwerten für Zeigermerkmale, zusammengeführt sind.    Genetically modified (GM) plants have to be analyzed for their potential impacts on the environment and on human or animal health before authorisation by the EU. The approval process currently refers to a conglomeration of diverse analytical methods and is intensive in time and costs. The intention of BioOK as a multidisciplinary scientific network is the development of tailor-made approaches for GM plants based on a cause-effect hypothesis to obtain an effective and qualified risk assessment system. The research activity of BioOK aims to renew the current approval process. It is based on a modular system covering all aspects of risk assessment: molecular characterisation, compound analysis, agronomic traits, target and non-target organisms, soil and micro organisms, toxicology, allergenicity and post-market monitoring, each module containing several test methods. The renewal of the risk assessment procedure intended by BioOK consists of two phases: first the optimization of test methods and second the establishment of a decision support system (DSS) based on baselines, indicators and thresholds developed for each of the methods. Optimized test methods have been developed mainly during the first phase: For compound analysis methods have been developed to ease the analysis of substantial equivalence of the events by GC-MS, LC-MS and HPLC/RI. A newly introduced testing scheme for the detection of potential effects of GM plants on soil combines an in-vitro system to collect rhizodeposits from plants grown under controlled environmental conditions and the correspon­ding bulk soil, and their characterisation by untargeted and highly sensitive molecular-chemical screening and fingerprinting technique. A novel in vitro system simula­ting the transport of substances from the gut into the blood that detects the risk of incorporation in human or animal at an early time point was developed. In order to increase the effectiveness and reproducibility of the sampling procedure we developed a valid defined sampling scheme. Finally, complementing the actual General Surveillance methodology, an approach for a Europe-wide case specific monitoring referring to cause-effect sce­narios was developed. The second phase concentrates on the development of a Decision Support System (DSS). A computer-based system will implement and merge all standardized methods in a decision tree system following decision rules defined by baseline and thresholds for indicators.   &nbsp

Allergological and toxicological risk assessment of genetically modified (GM) plants - Development of a model system

Technical advances in biotechnology lead to a rising number of genetically modified plants and derived food and feed. Therefore, the international interest in adequate and standardized analytical methods increases to assess health risks in a rapid and low cost manner.
To address this issue a decision support system (DSS), which will be based on baseline data and thresholds of key parameters, is going to be established in the framework of a joint project (BioOK). Determination of the potential allergenicity or toxicity of novel proteins caused by the genetic modification compared to near isogenic variants (NIV) is a key issue in this context. For the development of DSS the model plant “potato” was used to compare values of relevant parameters of GM plants with those of NIV using different allergological and toxicological methods which are shown in the present poster. No significant differences in comparison of the results of GM plants and NIV were found so far.
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