Биотехнология и биобезопасность

 

Биотехнология изменяет фундаментальные свойства организмов: наследственность, изменчивость, энерго- и массообмен, адаптацию и устойчивость, продуктивность и качество. Такое искусственное вмешательство в генетические структуры не позволяет всегда точно прогнозировать возможные последствия. Это вызывает большое беспокойство людей, что может затормозить развитие биотехнологии и особенно биоинженерии.

Биобезопасность – это защищенность человека и окружающей среды от вредного воздействия различных биологических соединений, содержащихся в природных или генно-инженерно-модифицированных биологических объектах и полученных из них продуктах. Биобезопасность важна не только для человека, но и для растений, животных и полезных микроорганизмов.

Манипуляции с растительными и животными клетками и их органеллами основаны на фундаментальных свойствах клеток и тканей, тотипотентности, соматической гибридизации, дифференциации и дедифференциации. В клеточных технологиях постоянно используется спонтанный и направленный мутагенез. Это приводит к генетической гетерогенности клеток. Исходя из этого, в клеточных биотехнологиях должен быть построенный мониторинг полученных мутантов. Они должны иметь устойчивые генотипы, так как распространение неустойчивых мутантов может привести, например, в сельском хозяйстве к большим потерям урожая.

Биотехнологические процессы нужно непрерывно контролировать и своевременно выявлять возможные отклонения от нормы основных параметров и качества продукции. Показано, что при работе с животными тканями и клетками возможно накопление токсических веществ, необычных продуктов метаболизма. Считают, что клеточная биотехнология растений (селекция сортов, получение продуктов для фармацевтической и пищевой промышленности) более безопасна, чем использование клеточных и тканевых технологий в животноводстве.

При проведении рДНК-биотехнологии важной проблемой является возможность получения мутантов с содержанием токсичных или аллергенных для человека белков или других опасных соединений. Не исключено, что при трансгенозе могут активироваться «молчащие» гены, поэтому вероятно появление генотипов, опасных для здоровья и жизни человека. Возможность появления таких мутантов значительно возрастает при использовании искусственных, синтетических генов для трансгенных растений, животных и микроорганизмов с улучшенными и принципиально новыми свойствами. Не исключено также взаимодействие полученных модифицированных генов с генами третьих генотипов, что может привести к становлению новых генотипов с опасными свойствами для людей и окружающей среды.

Однако 30 лет интенсивных работ в области новейшей биотехнологии – генетической инженерии – показывают их безопасность. Это объясняется исходя из следующих основных положений:

· В биоинженерных работах используются природные гены, которые за все время эволюции подвергались отбору, элиминации, рекомбинации и т.д. В результате этого выработались механизмы, которые обеспечивают устойчивый характер репарации биосинтеза белков и их качества.

· В биоинженерных лабораториях постоянно проводится мониторинг за качеством получаемых трансгенных организмов. Это позволяет заблаговременно, на этапе создания генетически-модифицированных объектов (ГМО) в лаборатории, выявить опасные генотипы и не допускать их в производство.

· Для создания ГМО используются проверенные гены и их регуляторные генетические структуры, что позволяет получать трансгенные организмы с заданными свойствами.

 

Тем не менее, генно-инженерные исследования по трансгенозу должны оставаться под строжайшим контролем ученых и государства. Для оценки биобезопасности ГМО и полученных из них пищевых и других продуктов необходима санитарно-гигиеническая экспертиза, которую проводит институт питания РАМН. В институте проверяют химический состав исходных и трансгенных растений; биологическую ценность и усвояемость приготовленных из ГМО продуктов; оценивается возможность ГМО и полученных из них продуктов вызывать аллергию или влиять на иммунную систему человека; токсическое, канцерогенное и мутагенное действие ГМО; изменение репродуктивных функций животных под влиянием ГМО и полученных из них продуктов.

Испытание генетически измененных растений на биобезопасность проводят также в институтах фитопатологии и биологической защиты растений РАСХН, центре биоинженерии РАН. Они изучают участки ДНК, встроенные в геном растений, проверяют возможность транслокации измененного гена в другие организмы, оценивается влияние нового гена на поражаемость растений болезнями и повреждаемость вредителями, на почвенную микрофлору и др. В 2000 г. разработаны и утверждены методические указания «Медико-биологическая оценка пищевой продукции из генетически модифицированных источников». В них установлен порядок гигиенической экспертизы и государственной регистрации пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников. Утверждены методики медико-гигиенической, медико-биологической оценки и клинических испытаний всех видов пищевой продукции, полученной с помощью ГМО. Эти указания должны выполняться и строго контролироваться.

В настоящее время приняты законы и другие государственные акты, создающие нормативно-правовую базу для современной биотехнологии и биоинженерии. Так, в России Федеральный Закон № 86 «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» принят 5 июня 1996 г. В этом законе установлены четыре уровня риска возможного потенциально вредного воздействия генно-инженерной деятельности на здоровье человека:

1. уровень риска соответствует работам, которые представляют опасность для здоровья и сопоставимы с риском при работе с непатогенными микроорганизмами;

2. уровень соответствует работам, которые представляют незначительную опасность для здоровья человека и сопоставимы с опасностью при работах с условно-патогенными микроорганизмами;

3. риск работ, которые представляют умеренную опасность для здоровья человека и сопоставимы с опасностью при работах с микроорганизмами, потенциально способными к передаче инфекции;

4. уровень риска соответствует работам, которые представляют опасность при работах с возбудителями особо опасных инфекций.

 

В законе определены требования к лицам, осуществляющим генно-инженерную деятельность; требования по стандартизации и сертификации генно-инженерной продукции (услуг). Закон определяет ответственность юридических и физических лиц, осуществляющих генно-инженерную деятельность и пр. С 2001г. в России установлена система обязательной маркировки пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников. Это обеспечивает условия выбора гражданами продовольственной и другой продукции с учетом ее генетической природы и личного отношения каждого к такой продукции.

Для производства и реализации всех товаров, в т.ч. полученным из ГМО, обязательным является их стандартизация. Госстандарт России предложил создать федеральную программу «Проблемы производства и реализации продуктов питания, полученных из генно-модифицированных источников пищи». Главная задача этой программы – нормативное и нормативно-методическое обеспечение качества и генетической безопасности генно-инженерно модифицированных продуктов питания и продовольственного сырья. Приоритетным направлением в области нормативного обеспечения является разработка «Концепции стандартизации генно-модифицированных продуктов»; внесение изменений в действующую нормативную документацию на пищевую продукцию, продовольственное сырье и методы испытания, в частности включение дополнительных требований по генетической чистоте, идентификации и маркировке генно-модифицированных продуктов питания; на пороговые уровни потребления для человека ГМ-продуктов питания. Необходимо разработать правила и порядок оценки соответствия ГМ-продуктов питания требованиям генетической безопасности; нормативные документы по государственному контролю и надзору за производством, хранением, реализацией и обращением ГМ-продуктов питания.

В США масштабы и достижения биоинженерных работ значительно превышают российские. Это объясняется устойчивой финансовой поддержкой таких работ, а также более мягкими требованиями к производству ГМО. В результате половина посевов сои и четвертая часть посевов кукурузы в фермерских хозяйствах заняты трансгенными сортами и гибридами. США занимают первое место в мире по объемам производства ГМ-продуктов. Главное направление в биоинженерии этой страны – создание ГМ сортов и гибридов сои, кукурузы, хлопчатника, сахарной свеклы, картофеля, томатов, риса и др., устойчивых к тотальному гербициду раундапу (глифосату), грибным болезням и насекомым. В этой стране нет никаких проблем с выращиванием и реализацией семян ГМ сортов и гибридов, что обеспечивает существенную прибавку к прибыли, сокращая затраты на гербициды и пестициды и уход за посевами. Обязательного маркирования продовольственных товаров, полученных из генетически модифицированных сортов и гибридов, в США пока не введено, но их можно ввести по желанию покупателей на любом торговом предприятии в любое время.

Итак, научно-обоснованные проверенные факты против создания и использования ГМО и полученных из них продуктов пока отсутствуют. Между тем только с помощью биотехнологии и биоинженерии можно будет прокормить 10 или 11 млрд. населения Земли.

Важнейшими задачами в области биотехнологии для России являются: а) создание и реализация, утвержденной федеральным законом научной программы по биотехнологии, биоинженерии и биобезопасности; б) признание важнейшим приоритетом XXI в. ядерной биологии, стратегической части биотехнологии;                            в) приорететное финансовое обеспечение развития биотехнологии, биоинженерии и биобезопасности; г) оснащение биоинженерных научных учреждений современным научным оборудованием; д) привлечение для выполнения этой программы молодых исследователей; е) объективное информирование населения страны о содержании и результатах исследований по биотехнологии, биоинженерии и биобезопасности;                 ж) совершенствование законодательной и другой нормативно-правовой базы по биотехнологии, биоинженерии и биобезопасности и др.

Россия пока отстает от многих стран в области биотехнологии и биоинженерии. В нашей стране до сих пор не зарегистрировано ни одного генно-инженерно-модифицированного сорта гибрида сельскохозяйственных культур отечественного производства. Решение этой важной проблемы возможно на путях быстрого развития сельского хозяйства и выведения его из глубокого экономического кризиса, создание и выполнение всех нормативных документов по биотехнологии и биоинженерии, развитие международного сотрудничества по выполнению совместных проектов по биотехнологии и биоинженерии.

Вопросы для самоконтроля

 

1) Каких животных называют трансгенными?

2) Методы получения трансгенных животных.

3) Какие новые хозяйственно-полезные свойства удалось получить при изменении наследственности животных?

4) Применение техники трансгеноза для улучшения состава молока.

5) Создение трансгенных животных с устойчивостью к заболеваниям.

6) Использование трансгенных животных как продуцентов БАВ.

7) Понятие «биобезопасность».

8) Биобезопасность генноинженерных исследований.

9) Нормативно-правовая база биотехнологии и биоинженерии.

10) Основные задачи в области биотехнологии для России.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

 

1. Блинов, В.А. Общая биотехнология: Курс лекций. В 2-х частях. Ч. 2. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2004. – 144 с. – ISBN 5-7011-0436-2

2. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М: Мир, 2002. – 589 с.

3. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

4. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

5. Марченко, Г.Г. Гибридизация животных / Г.Г. Марченко, О.И. Бирюков, Т.С. Преображенская. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 84 с.

6. Никульников, В.С. Биотехнология в животноводстве: учебное пособие / В.С. Никульников, В.К. Кретинин. – М.: Колос, 2007. – 544 с. – ISBN 978-5-10-003966-2

7. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

8. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

 

Дополнительная

 

1. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

2. Журнал «Биотехнология» (аннотации статей) (ссылка доступа – http://www.genetika.ru/journal)

3. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» (ссылка доступа – http://cbio.ru)

4. Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)

 

Библиографический список

1. Биологические препараты. Сельское хозяйство. Экология: Практика применения / ООО «ЭМ-Кооперация» / сост.: Костенко Т.А., Костенко В.К.; под ред. П.А. Кожевина. – Саранск: ГУП РМ «Республиканская типография «Красный Октябрь», 2008. – 296 с. – ISBN 978-5-7493-1236-2

2. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

3. Блинов, В.А. Биотехнология (некоторые проблемы сельскохозяйственной биотехнологии) / В.А. Блинов. – Саратов: ОГУП «РИК «Полиграфия Поволжья», 2003. – 196 с.

4. Блинов, В.А. Биотехнология пивной дробины (консервирование и биотрансформация) / В.А. Блинов, И.А. Сазонова, Е.Н. Зеленцова. – Саратов: «Контур-Про», 2006. – 65 с.

5. Блинов, В.А. Общая биотехнология: Курс лекций. В 2-х частях. Ч. 2. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2004. – 144 с. – ISBN 5-7011-0436-2

6. Блинов, В.А. Пробиотики в пищевой промышленности и сельском хозяйстве / В.А. Блинов, С.В. Ковалева, С.Н. Буршина. – Саратов: ИЦ «Наука», 2011. – 171 с. – ISBN 978-5-9999-0927-5

7. Блинов, В.А. ЭМ-технология – сельскому хозяйству / В.А. Блинов. – Саратов, 2003. – 205 с.

8. Генетически модифицированные растения и продукты питания: реальность и безопасность. Аналитический обзор [Электронный ресурс]. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. – 200 с. – ISBN: 5-7367-0543-5 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

9. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М: Мир, 2002. – 589 с.

10. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

11. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

12. Марченко, Г.Г. Гибридизация животных / Г.Г. Марченко, О.И. Бирюков, Т.С. Преображенская. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2008. – 84 с.

13. Мотовилов, К.Я. Экспертиза кормов и кормовых добавок: учебно-справочное пособие / К.Я. Мотовилов, А.П. Булато, В.М. Позняковский. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. – 336 с.

14. Никульников, В.С. Биотехнология в животноводстве: учебное пособие / В.С. Никульников, В.К. Кретинин. – М.: Колос, 2007. – 544 с. – ISBN 978-5-10-003966-2

15. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

16. Ситников, В.В. Использование микроорганизмов-пробионтов в выращивании птицы: монография / В.В. Ситников. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2010. – 106 с. – ISBN 978-5-7011-0586-5

17. Современная биотехнология в ветеринарной медицине / Шишков В.Н. и др. – М., 1988. – 56 с.

18. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

19. Фаритов, Т.А. Корма и кормовые добавки для животных: учебное пособие / Т.А. Фаритов. – СПб.: Лань, 2010. – 304 с. – ISBN 978-5-8114-1026-2

20. Фисинин, В.И. Кормление сельскохозяйственной птицы: учебник /                           В.И. Фисинин, И.А. Егоров, И.Ф. Драганов. – М.: ГЭОТАР – Медиа, 2011. – 344 с. – ISBN 978-5-9704-1996-0

21. Цыганский, Р.А. Физиология и патология животной клетки: учебное пособие / Р.А. Цыганский. – СПб.: Лань, 2009. – 336 с. – ISBN 978-5-8114-0870-2

22. Журналы: Ветеринария и кормление, Главный зоотехник, Животноводство России, Зоотехния, Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство, Кормопроизводство, Птицеводство, Свиноводство.

23. Адаптивное кормопроизводство: Международный научно-практический электронный журнал ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса; ссылка доступа – http://adaptagro.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=57&Itemid=73&lang=ru

24. Ветеринарная энциклопедия: ветеринарные препараты (ссылка доступа – http://www.webvet.ru)

25. Журнал «Биотехнология» (аннотации статей) (ссылка доступа – http://www.genetika.ru/journal)

26. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» (ссылка доступа – http://cbio.ru)

27. Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)

 

                                                        Содержание      

Введение…………………………………………………………………………………	3
Лекция 1. Введение в дисциплину. Биотехнологические основы               почвоведения……………………………………………………………..	4
1.1. Значение биотехнологии для растениеводства и животноводства…………...	4
1.2. Почвенная биотехнология: краткая история развития……………………......	4
1.3. Физико-химическая характеристика почвы……………………………………	5
1.4. Микрофлора почвы……………………………………………………………...	6
1.5. Механизм действия почвенных микроорганизмов……………………………	7
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	8
Список литературы…………………………………………………………………...	9
Лекция 2. Биологические способы повышения урожайности                                   сельскохозяйственных растений.............................................................	10
2.1. Общие сведения об удобрениях………………………………………………...	10
2.2. Виды бактериальных удобрений………………………………………………..	10
2.3. Гормоны растений (фитогормоны) …………………………………………….	12
2.4. Фиторегуляторы…………………………………………………………………	14
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	14
Список литературы…………………………………………………………………...	14
Лекция 3. Биотехнологические методы защиты растений...................................	16
3.1. Химические способы защиты растений………………………………………..	16
3.2. Биологические способы защиты растений……………………………………..	17
3.3. Фиторегуляторы в системе защиты растений…………………………………	19
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	19
Список литературы…………………………………………………………………...	20
Лекция 4. Биотехнология растений...........................................................................	21
4.1. Вегетативное размножение растений методом культур тканей.......................	21
4.2. Поверхностное культивирование клеток растений............................................	22
4.3. Культивирование клеток растений в глубинных условиях...............................	22
4.4. Иммобилизация растительных клеток................................................................	23
4.5. Сохранение культур клеток растений.................................................................	23
4.6. Использование методов генетической инженерии в фитобиотехнологии…..	24
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	25
Список литературы…………………………………………………………………...	26
Лекция 5. Биотехнологические способы заготовки растительных кормов…..	27
5.1. Принцип силосования кормов…………………………………………………..	27
5.2. Микрофлора силоса……………………………………………………………...	28
5.3. Химическое силосование сочных кормов……………………………………..	30
5.4. Ферментные препараты и бактериальные закваски для силосования кормов	30
5.5. Теоретические основы сенажирования трав…………………………………...	30
5.6. Протеинизация крахмалсодержащего сырья…………………………………..	32
5.7. Модификация сока зеленых растений………………………………………….	32
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	33
Список литературы…………………………………………………………………...	34
Лекция 6. Технология производства кормового белка………..............................	36
6.1. Нетрадиционные источники кормового белка………………………………...	36
6.2. Сырьевая база для синтеза комового белка……………………………………	37
6.3. Принципиальная технологическая схема выращивания кормовой биомассы	38
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	40
Список литературы…………………………………………………………………...	40
Лекция 7. Кормовые добавки биотехнологического генеза…………………….	42
7.1. Кормовые препараты аминокислот…………………………………………….	42
7.2. Ферментные препараты…………………………………………………………	43
7.3. Витамины………………………………………………………………………...	44
7.4. Пробиотики………………………………………………………………………	45
7.5. Использование отходов технических производств в кормлении животных..	48
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	50
Список литературы…………………………………………………………………...	50
Лекция 8. Технология культивирования клеток животных……………………	52
8.1. История применения культур клеток животных………………………………	52
8.2. Основные характеристики клеток животных………………………………….	52
8.3. Этапы культивирования клеток животных…………………………………….	52
8.4. Способы выращивания клеток животных……………………………………...	55
8.5. Питательные среды для выращивания клеток животных…………………….	56
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	58
Список литературы…………………………………………………………………...	58
Лекция 9. Трансплантация эмбрионов……………………………………………	59
9.1. Этапы технологии трансплантации эмбрионов………………………………..	59
9.2. Оплодотворение яйцеклеток вне организма животного………………………	62
9.3. Клонирование животных………………………………………………………..	63
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	63
Список литературы…………………………………………………………………...	64
Лекция 10. Трансгенные животные………………………………………………..	65
10.1. Методы получения трансгенных животных………………………………….	65
10.2. Выведение трансгенных животных с улучшенными признаками…………..	66
10.3. Биотехнология и биобезопасность……………………………………………	68
Вопросы для самоконтроля………………………………………………………….	71
Список литературы…………………………………………………………………...	71
Библиографический список…………………………………………………………..	73
Содержание………………………………………………………………………………	75