Генетически модифицированные организмы: основные задачи и перспективы

 

По прогнозам демографов, население Земли к 2025 г. должно достичь 8,3 млрд. По иным данным, при ежегодном приросте в 90 млн человек численность населения к этому периоду составит 8,9 млрд. Ученые заняты поисками новой пищи, новых сельскохозяйственных продуктов питания, которых будет много и которые можно будет легко выращивать и защищать от вредных воздействий окружающей среды.

Потребность в непрерывном росте и расширении ассортимента сырья для пищевой промышленности может быть обеспечена посредством использования новейших наукоемких технологий. Одним из наиболее перспективных направлений является широкое применение методов биотехнологии, в частности генетической инженерии. Развитие молекулярной генетики привело к разработке подходов, позволяющих направленно изменять геном живых организмов.

Генетическая, или генная, инженерия – совокупность приемов, методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения геңов из организма, осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетически модифицированные (ГМ) продукты – это продукты, полученные из растений, в ДНК которых введен особый, не данный от природы ген, благодаря чему у них появляются разнообразные новые свойства. Модификация генома традиционных сельскохозяйственных культур придает им устойчивость к пестицидам, вредителям, болезням, способствуя значительному увеличению урожайности.

Началом эры генной инженерии растений принято считать 1977 г., когда был проведен целенаправленный перенос гена хлоропласта. Растение-донор было признано генетически модифицированным.

Существует несколько определений, раскрывающих суть генной инженерии. По мнению академика А.А. Баева, генная инженерия – это конструированиеin vitro (в пробирке) функционально активных генетических структур (рекомбинантных гибридных ДНК) или создание искусственных генетических программ.

Методы генетической инженерии позволяют конструировать фрагменты рекомбинантных молекул ДНК того или иного организма, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы им свойства, полезные для человека.

Современная биотехнология позволяет ввести в генетический аппарат объекта один ген или группу генов, отвечающих за проявление желаемого признака, что намного ускоряет достижение требуемого результата (рис. 8).

 

Рис. 8. Отличительные особенности генной инженерии растений

 

Генетически-модифицированный (генно-инженерно-модифицированный) организм - организм или несколько организмов, а также любое неклеточное, одноклеточное или много- клеточное образование, способные к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала, отличные от природных организмов, полученные с применением методов генной инженерии и содержащие генно-инженерный материал, в том числе гены, их фрагменты или комбинации генов.

Для создания генетически модифицированных организмов (животных, растений, микроорганизмов, вирусов) разработаны методики, позволяющие вырезать из молекул ДНК необходимые фрагменты, модифицировать их соответствующим образом, реконструировать в одно целое и клонировать - размножать в большом количестве копий.

Реакция на продукты из генетически модифицированных источников пищи является различной в США и Европе. В ходе национального социологического опроса, проведенного Международным советом по информации в области продовольствия, установлено, что около 75% американцев рассматривают применение биотехнологии как большой успех общества, особенно в последние 5 лет, а 44% европейцев - как серьезный риск для здоровья. При этом 62% американцев готовы купить генетически модифицированный продукт, обладающий большей свежестью или улучшенным вкусом; на этот же шаг готовы только 22% европейцев.

Прогнозы строятся пока не на фактических данных, а на основании общебиологических закономерностей, вытекающих из положений генетики популяций и т.д. Они дают возможность выявить вероятные механизмы отрицательных последствий широкого распространения генетически модифицированных растений и оценить потенциальные риски для окружающей среды и здоровья человека (рис. 9).

 

 

Рис. 9. Способы снижения или исключения потенциального риска применения генетически модифицированных источников пищи

 

Из рис. 9 видно, что вероятность возникновения отрицательных последствий применения генетически модифицированных организмов на практике действительно низка. Однако теоретически риск сохраняется при отсутствии контроля за генно-инженерной деятельностью, производством, выпуском и реализацией генетически модифицированных организмов. При этом национальные законы, регулирующие генно-инженерную деятельность в государствах, где ведутся работы такого рода, должны быть согласованы между собой.

В мире созданы и доведены до испытаний в полевых условиях генетически модифицированные формы сельскохозяйственных растений, относящиеся более чем к 50 видам. Так, получено значительное количество трансгенных форм томатов (более 260), сои (более 200), хлопчатника (более 150), тыквенных растений и табака (более 80), а также пшеницы, риса, подсолнечника, огурцов, салата, яблок и прочего (более 70).

Наиболее интенсивно трансгенные культуры разрабатываются и внедряются в агропромышленное производство США, где в год осуществляется более 300 полевых испытаний новых сортов генетически модифицированных растений. Однако к настоящему времени Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Ғоod and Drug Administration) зарегистрировано и допущено к промышленному производству лишь немногим более 100 линий генетически модифицированных растений. Из них значительную часть представляют растения, устойчивые к насекомым- вредителям и гербицидам.

Трансгенные культуры выращиваются более чем в 10 странах. Это прежде всего США, где площади, занимаемые транс- генными культурами, составляют 66%, далее следуют Аргентина - 23, Канада - 6 и Китай - 4%. Основными трансгенными культурами являются соя (занимает 62% от всей площади возделывания), кукуруза (21%), хлопок (12%), рис (5%).

Промышленно выращиваемые трансгенные растения по устойчивости к различным неблагоприятным факторам рас- пределились следующим образом (рис. 10): 71% - устойчивы к гербицидам; 22 - устойчивы к вредителям; 7 - устойчивы одновременно к гербицидам и вредителям; менее 1% - устойчивы к вирусным, бактериальным и грибным болезням.

 

 

Рис. 10. Структура промышленно выращиваемых трансгенных растений, различающихся по устойчивости

 

Довольно перспективными являются исследования по созданию трансгенных растений, устойчивых к абиотическим факторам. Так, расширяются работы по получению трансгенных культур, устойчивых к холоду.

Большое внимание уделяется созданию трансгенных растений для пищевой и фармацевтической промышленности. В США получено разрешение на выращивание и коммерческое использование компанией Саlgene трансгенных растений рапса с измененным жирнокислотным составом.

Мы находимся, возможно, в двух-трех шагах от пика второго этапа - создания растений с новыми агрономическими функциональными свойствами. В первую очередь это измененный состав масел в масличных культурах, а также фрукты и овощи с повышенным содержанием витаминов, зерновые культуры с повышенной питательностью и т.д. Одно из недавних достижений ученых - так называемый золотой рис. В геном риса внесены гены, необходимые для синтеза β-каротина, и гены, с помощью которых можно повысить содержание железа в зернах риса. Имеются еще зерна кофе без кофеина, клубника е меньшим содержанием сахара (ее можно есть больным сахарным диабетом), картофель с повышенным содержанием крахмала и др.

Проводятся также исследования по созданию трансгенных растений с заданным аминокислотным составом. Так, клонированы гены запасных белков сои, гороха, фасоли, кукурузы, картофеля.

Перспективным направлением является создание трансгенных растений, несущих гены, кодирующие синтез вакцин против различных болезней. Так, при потреблении сырых плодов и овощей, несущих такие гены, происходит вакцинация организма. Такие съедобные вакцины могут стать эффективным простым и недорогим методом защиты людей и обеспечения безопасности питания в целом.

В ведущих лабораториях мира создаются растения третъего этапа, и в ближайшие 10 лет можно ожидать их появление на рынке. Речь идет о растениях - фабриках по производству индустриальных продуктов, таких как различные виды пластика, красителей (например, индиго), которые будут экологически чистыми.

Очень интересным направлением использования трансгенных растений является их применение для фиторемедиации - очистки почв, вод и другого от чужеродных загрязнителей внешней среды, в частности тяжелых металлов и радионуклидов.

В настоящее время создаются трансгенные растения томатов, картофеля, рапса, моркови, яблони и груши с геном rs дефензинов редьки. Помидоры, у которых удалили ген, отвечающий за гниение, подолгу не портятся. Аналогичная работа проводится по созданию трансгенной капусты и малины.

Таким образом, одной из мировых тенденций начала XXI в. можно считать расширение рынка генетически модифицированных сельскохозяйственных культур, который, по прогнозам аналитиков, в ближайшие годы, достигнет 25 млрд дол. Ожидаемый рост продуктивности трансгенных растений составляет 10-25%, что обеспечит весомый вклад в продовольственное обеспечение населения.

Существуют и другие направления использования ГМ организмов. Например, разрабатываются ГМ бактерии, способные производить экологически чистое топливо. В 2003 г. на рынке появился GloFish - первый генетически модифицированный организм, созданный с эстетическими целями, и первое домашнее животное такого рода.

В России и Республике Беларусь также ведутся исследования, направленные на создание трансгенных культур, однако до настоящего времени они не вышли за рамки лабораторных испытаний.

В настоящее время в Республике Беларусь ГМ организмы не используются в хозяйственной деятельности (выращивание (культивирование) и (или) разведение сортов генно-инженерных растений, пород генно-инженерных животных и штаммов непатогенных генно-инженерных микроорганизмов для производства сельскохозяйственной и микробиологической продукции).