Генетическая инженерия растений итоги перспективы и

Генетическая инженерия растений – итоги, перспективы и … опасения

Что такое генетические модифицированные организмы? -это организмы (растения, животные, бактерии), ДНК которых искусственно изменена путем введения трансгенных конструкций (генов от других организмов).

• Генная инженерия (молекулярная биотехнология, молекулярное клонирование) – это технология получения рекомбинантных ДНК • Рекомбинантная ДНК (генномодифицированная, ГМ) – молекула ДНК, полученная объединением in vitro разнородных, вместе нигде в природе не существующих фрагментов ДНК • Рекомбинантный (ГМ) белок – белок, кодируемый рекобинантной ДНК (ГМ ДНК)

• Трансгеноз – введение чужеродного гена в растительную или животную клетку и его передача в ряду поколений • Трансдукция – перенос чужеродного гена из одной бактериальной клетки в другу с помощью бактериофага • ГМО-технология – технология, основанная на использовании генетически модифицированных организмов

Нужна ли людям генетическая инженерия растения? • Население земного шара превышает 6 млрд. человек. К 2020 году составит 7, 7 млрд. • Каждый восьмой не имеет достаточного количества пищи • 40 тысяч людей умирают ежедневно от недоедания, половина из них дети • Чтобы обеспечить население продовольствием через 7 лет производство продуктов питания должно увеличиться в 1, 5 раза

Из истории генетически модифицированных растений • Первое трансгенное растение создано в 1982 году. Это был табак. К 1995 году около 60 видов домашних растений было генетически модифицированы и «улучшенные продукты» поступили в продажу.

Проблемы в мировом сельском хозяйстве • Не исключено, что к 2020 году площадь поливных земель снизится на 20 -25 % только в результате засоления грунтов и недостатка воды для орошения. • Решение данной проблемы возможно путем более эффективного использования занятых в сельском хозяйстве земель, на основе новых высокопродуктивных сортов растений. Получить новые сорта в необходимом количестве и в короткие сроки методами традиционной селекции невозможно. Ускорить процесс можно путем крупномасштабного использования новых молекулярно-генетических технологий для получения трансгенных растений, позволяющих применять эффективные методы агротехники и получать гарантированно высокий урожай.

• Для России это проблема пока не злободневна, но при вступлении России в ВТО, нашим производителям придется покупать более качественные семена ГМР, обладающие улучшенными агротехническими и потребительскими свойствами, гарантирующие стабильную прибыль.

Как получают рекомбинантные ДНК и ГМО? 1. Поиск организма-донора целевого гена 2. Извлечение ДНК, рестрикция 3. Лигирование (сшивание) с клонирующим вектором, введение «сильного» промотора Результат: образование рекомбинантной молекулы (конструкция «векторцелевой ген» )

4. Введение конструкции в клеткухозяина а) выбор вектора (переносчика) целевого гена • Бактериальные плазмиды • Вирусы • Космиды (векторы, сочетающие признаки плазмид и фага λ) • Химерные конструкции (плазмидный вектор на основе фага P 1)

4. Введение конструкции в клеткухозяина б) выбор метода переноса генов • Электропорация (укол) • Баллистические (ДНК-пушка) • Бактериальная трансформации (Agrobacterium tumefaciens) • Вирусная трансдукция 5. Размножение/клонирование клеток

Природный переносчик генов Распространенный способ внедрения чужих генов в наследственный аппарат растений основан на свойствах болезнетворной для растений бактерии Agrobacterium tumefaciens (в буквальном переводе с латыни - полевая бактерия, вызывающая опухоли). Эта бактерия умеет встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК, которая заставляет растение усилить производство гормонов, и в результате некоторые клетки бурно делятся, возникает опухоль. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишенный способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку

Agrobacterium tumifaciens – природный генный инженер растений

Два основных метода создания трансгенных растений. A – использование агробактерии; Б - использование «ДНКПУШКИ» ; 1 - введение ДНК в плазмиду бактерии; 2 - перенос ДНК в клетку растения; 3 - встраивание ДНК; 4 - размножение клеток с новым геном; 5 - получение целого растения и пересадка в почву; 6 - нанесение ДНК на металлические микрошарики; 7 - обстрел клетки шариками с частицами ДНК; 8 - растительная клетка

7. Получение продукта целевого гена, что является доказательством его экспрессии 8. Клонирование (размножение) генетически модифицированного организма

Достоинства генетически модифицированных растений

• Повышение урожайности • Сокращение сроков вегетации и получение нескольких урожаев в год (в России созданы ремонтантные сорта клубники, дающие два урожая за лето).

Повышение устойчивости неблагоприятным климатическим условиям - томаты получили ген морозоустойчивости от арктической камбалы - к засухе - путем переноса в геном растения гена скорпиона - лосося, который может жить как в соленой, так и в пресной воде

• Приобретение растениями способности синтезировать определенные белки животного происхождения • сорт табака, синтезирующий лактоферрин человека) • в рис внесли ген человека, отвечающий за состав женского молока, который делает злак более питательным.

• Получение растений со свойствами «живых вакцин получены лабораторные образцы бананов, содержащих "вакцины" и лекарства ( например, анальгин), способные излечивать некоторые инфекционные заболевания, которыми страдает человечество, например, гепатит Б.

• Устойчивость к гербицидам позволяет трансгенному растению быть невосприимчивым к смертельным для других дозам химикатов. В результате поле очищается от сорняков, а культуры, толерантные к гербицидам, выживают.

• Устойчивость к насекомым позволяет существенно уменьшить потери урожая от насекомых-вредителей. Например, колорадский жук, съедая лист ГМ- картофеля, погибает. Почти все такие растения содержат встроенный ген природного токсина земляной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt-ген).

• Качество продукции улучшенный соевый белок, получен рис, обогащенный железом и витаминами, рапсовое масло с низким содержанием эруковой кислоты, тополь без «пуха» и т. д.

• • лучший вкус легче перерабатываются, дольше хранятся, урожаи ГМР примерно на 15 -25% выше, чем у традиционных культур.

• Профессор биологии Норман Терри из университета Калифорнии в Беркли с помощью генной инженерии более чем в пять раз увеличил способность растения поглощать из почвы селен, загрязняющих почву. Традиционные способы очистки достаточно дороги. • В качестве основы для своего исследования он взял индийскую горчицу, обладающую естественной способностью поглощать селен из почвы. Биолог модифицировал растение так, что оно смогло "откачивать" в 5, 3 раза больше яда, не будучи самим убитым. Растение преобразовывало селен в нетоксичное соединение. • Что будет, если насекомое съест такое растение, а само насекомое - съест птица и так далее.

Опасения, связанные с генной инженерией и ГМО-технологиями

- Окажут ли ГМО вредное воздействие на другие живые организмы и окружающую среду? - Приведет ли создание и распространение ГМО к уменьшению природного биоразнообразия? - Правомочно ли изменять генетическую природу живых организмов вообще и человека в частности? - Нанесет ли генная инженерия ущерб традиционным сельскому хозяйству и медицине? - Смогут ли воспользоваться преимуществами современных биотехнологий все люди? - Патентовать ли ГМО? Права на использование?

НЕДОСТАТКИ ГМ-растений

Искусственное добавление чужеродных генов сильно нарушает точно отрегулированный генетический контроль нормальной клетки. Манипулирование генами коренным образом отличается от комбинирования материнских и отцовских хромосом, которое происходит при естественном скрещивании

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ ЕЩЕ ТЕХНИЧЕСКИ несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место встраивания и эффекты гена.

В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСКУСТВЕННОГО ДОБАВЛЕНИЯ ЧУЖЕРОДНОГО ГЕНА непредвиденно могут образоваться опасные вещества. В худшем случае это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ТРЕБОВАНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ на безвредность крайне недостаточны. Они совершенно явно составлены таким образом, чтобы упростить процедуру утверждения. Они позволяют использовать крайне нечувствительные методы проверки на безвредность. Поэтому существует значительный риск того, что опасные для здоровья продукты питания смогут пройти проверку незамеченными.

Осложнения, вызванные в окружающей среде, вероятно, невозможно будет исправить, так как «выпущенные» гены невозможно вернуть обратно.

МОГУТ ВОЗНИКНУТЬ НОВЫЕ И ОПАСНЫЕ ВИРУСЫ. Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов. Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные. Вирусы могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для полезных насекомых, животных, а также людей.

• Дефицит семян ТР и их значительное удорожание • Уменьшение сортового и видового разнообразия возделываемых культур вследствие массового внедрения более урожайных, и, часто, более рентабельных сортов ТР

Есть сведения, что генетически модифицированные растения требуют, на самом деле, большего использования сельскохозяйственной химии: по оценкам исследований Университета Миннесоты, для производства модифицированной сои требуется в 2 -5 раз больше гербицидов, чем для обычной сои

• Доктор Тердж Траавик из Норвегии сделал три тревожных открытия, проанализировав влияния генетически измененных зерновых культур на здоровье человека. Во-первых, согласно результатам проведенных исследований, фермеры на Филиппинах, живущие в областях, где растет ГМ-кукуруза, встретились с необычной болезнью, которая может быть реакцией на токсин в пыльце этого растения.

• Во-вторых, испытания на крысах показали, что вирус мозаики цветной капусты, который используется в зерновых генетически изменённых культурах для включения чужого гена в геном растения, найден неповреждённым в клетках тканей некоторых из подопытных животных. Ранее считалось, что такое невозможно, и потому метод был принят в промышленной биотехнологии, как безопасный.

В-третьих, такой вирус может быть активным. Это означает, что он мог потенциально включить какую-либо бездействующую ДНК в нашем собственном геноме. Траавик предполагает, что это открывает возможность пробуждения опасных вирусов, которые долго бездействовали в нашей ДНК.

В Австралии прекращен проект по внедрению генетически модифицированных сортов гороха и бобов, который осуществлялся на протяжении последних 10 лет и обошелся примерно в 5 миллионов долларов. Причиной остановки проекта стали негативные результаты проверки на безопасность новых сортов бобовых культур. В частности, они вызывали воспалительные процессы в легких подопытных мышей.

При перекрестном опылении сорняки могут получить от ГМО ген устойчивости к вредителям и пестицидам. Тогда размножение сорняков будет неконтролируемым. Саморегуляция в экосистемах нарушится. Сорняки вытеснят многие виды, неспособные к конкурентной борьбе с ними и займут огромные территории, которые будут постоянно расширяться.

• Британский ученый Арпад Пуштаи (Arpad Pusztai) Он проводил эксперименты, давая крысам в качестве корма трансгенный картофель. На основании своих наблюдений ученый установил, что потребление этого продукта негативно сказалось на иммунной системе крыс, вызывало аномальные изменения кишечника, болезни печени, почек, головного мозга. • Подобное заявление Пуштаи вызвало волну протеста, и ученый был уволен из научно-исследовательского института Роуэтт. Его коллега, Стенли Юэн (Stanley Ewan), перепроверил результаты эксперимента и подтвердил их.

Таким образом, ГМО и ГМО-технологии порождают проблемы биобезопасности Особенно остро они стоят в настоящее время, на этапе, когда биотехнология и биоинженерия стали выходить на уровень важнейших научных и технических приоритетов XXI века.

• Биобезопасность - это состояние защищённости человека, общества и природы от возможного опасного воздействия на них генетически модифицированных и иных биологических объектов, а также полученных из них продуктов и веществ различного назначения.

Тем не менее, • ГМО выращивают на продажу с 1996 года. Сейчас 98 процентов мирового промышленного производства ГМО (соя, кукуруза, рапс, хлопок и картофель) сосредоточено в США, Бразилии, Чили, Канаде, Аргентине и Китае. Общая площадь посевов ГМ-растений – более 50 млн. га. • Деятельность корпораций, производящих ГМО, не ограничивается сельским хозяйством, они постепенно овладевают рынком медикаментов, лесным бизнесом, внедряются в рыбоводство и другие области.

• Масштабы этой деятельности возрастают: за последние 15 лет прошли испытания 25 тыс. трансгенных растений, предназначенных для использования в сельскохозяйственном производстве и полученных с заранее заданными качествами (40% устойчивы к вирусам, 25% - к инсектицидам, 25% к гербицидам) Среди них соя, кукуруза, картофель, хлопок.

• Для «провинциальной» России диллема «есть или не есть модификанты? » встала не так давно. В этом вопросе наше правительство последовало примеру ЕС: все генетические продукты, которые ввозятся в страну, подвергаются жесткой оценке безопасности по отечественным стандартам. Однако, «генохозяйственное производство» уже набирает ход и у нас: на «рязанских» экспериментальных полях взрастают свекла, картофель, кукуруза. Существует и теневая экономика на рынке гено-продуктов: уже появились первые известия о том, что избранные российские компании поставляют не маркированные модификанты в магазины.

• В 2004 году страны Евросоюза приняли новые правила, предписывающие соответствующим образом помечать ГМП и позволяющие прослеживать их транспортировку. К этим правилам присоединилась и Россия. Согласно этим правилам любые продукты и корма содержащие более 0. 9% генетически модифицированного материала (Россия – 5%).

Опасения российских ученых • Академик РАСХН И. А. Рогов, указывает, что непредсказуемость поведения генетически модифицированных белков в модельных системах и готовых продуктах требует всестороннего и систематического исследования. Дабы не получить в результате подобного «правильного» питания последствия, с которыми столкнулось общество после Чернобыльской АЭС. • Пресса тех лет пестрит сообщениями о рождении детей – мутантов: гермафродитов, шестипалых, с недоразвитыми конечностями, без волосяного покрова… • Не известно как проявится в следующем поколении причудливая игра генов, остается только догадываться! Поэтому, во имя сохранения человека, как биологического вида, имеет смысл серьезно изучить «генный» вопрос.

• Эксперты Всемирной организации здравоохранения подчеркивают, что в каждом конкретном случае для создания нового растения используются различные методы и гены, поэтому необходимо проводить экспертизы по каждому новому продукту.

Основные производители ГМО “Monsanto”, “Dupont”, “Celera”, “Norvatis”, “Florigene” и др. Основные потребители ГМО и ГМИ Kellog's, Nestle, Unilever, Heinz Foods, Hershey's, Coca-Cola, Mc. Donald's, Danon, Similac, Cadbury, Mars, Pepsi. Co и другие.

ВЫВОД Человек сам в праве выбирать, как жить и чем питаться. Главное, чтобы этот выбор был осознанным и основывался на научно доказанных фактах, а не на слухах.

Смелые эксперименты • Научный интерес толкает генетиков на создание таких мутантов, как, например, светящийся в темноте кролик, получивший от медузы ген, отвечающий за флуоресценцию.