Генная инженерия: возможности, проблемы и перспективы

 

Глава 2. Перспективы генной инженерии

2.1.Успехи в  сельском хозяйстве

    Значительные   успехи   достигнуты в генной инженерии растений. В основе этой техники лежат методы культивирования клеток и тканей растений  in vitro и возможность регенерации целого растения из отдельных клеток

    С начала 80-х годов получено множество геномодифицированных сортов зерновых культур. На конец первого десятилетия XXI века ими засеяно 120 млн. га. земельных угодий по всему миру. Отмечен высокий уровень урожайности, его устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.

    Выведены невиданные раньше сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Количество видов растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, превышает цифру 50. Трансгенные плоды имеют более длительный срок созревания, чем обычные культуры. Этот фактор прекрасно сказывается при транспортировке, когда не надо бояться, что продукт перезреет.

    Отпадает надобность в селекции. Отличие генетической инженерии от традиционной селекции состоит в том, что при селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная же инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма.

    Основные направления генной инженерии растений связаны с созданием культур, устойчивых к насекомым-вредителям, гербицидам и вирусам, способных к азотфиксации, а также с повышением качества и количества пищевых продуктов.

    1) Растения, устойчивые к насекомым. Для создания устойчивых к насекомым растений в их геном встраивают ген токсина, выделенный из Bacillus thuringiensis (этот микроорганизм вызывает болезни у чешуекрылых и развиваясь в организме насекомого, выделяет ВТ-токсин). Считается, что токсин не оказывает действия на человека. Растения, способные к синтезу токсина, проявляют устойчивость к некоторым вредителям. Это позволяет снизить применение пестицидов на полях, что снижает загрязнение окружающей среды. Наиболее безопасные проекты связаны с трансгенным хлопчатником, синтезирующим ВТ-токсин. Устойчивый к насекомым трансгенный рапс позволит получать техническое растительное масло с меньшими затратами и с меньшим вредом для окружающей среды (рапс сегодня - одна из наиболее химизированных культур)

    2) Улучшение  качества пищевых продуктов. Многие  растительные продукты содержат  недостаточные количества незаменимых аминокислот и витаминов. Этот недостаток можно исправить, внедряя в растения гены, ответственные за биосинтез витаминов или модифицированные гены запасных белков, в которых чаще "употребляются" кодоны незаменимых для человека аминокислот (прежде всего - лизина). В настоящее время получены трансгенный рис с повышенным содержанием каротиноидов, трансгенная соя с улучшенным белковым составом. В растительной пище могут содержаться вредные для здоровья вещества. Например, около 10% японцев страдают от аллергии на запасной белок зерновок риса. Генная инженерия позволяет получить рис, в котором "выключен" ген соответствующего белка. Такие трансгенные растения позволяют вернуть традиционный продукт в рацион аллергиков.

    3) Растения, устойчивые  к гербицидам. Одной из технологий, позволяющей удешевить процесс  борьбы с сорняками, является  получение гербицид-устойчивых культурных  растений. По новой технологии обработку полей неселективными гербицидами можно проводить весь сезон, что улучшает результаты их применения, сокращает расходы.

    4) Повышение  устойчивости растений. Для нашей  страны актуально получение морозостойких  сортов растений. Важно придать теплолюбивым культурам устойчивость к заморозкам. Основным повреждающим агентом при замерзании является кристаллический лед. Для предотвращения его образования некоторые рыбы и насекомые выделяют особые гидрофильные белки. Гены этих белков можно перенести в растения, и их морозостойкость повысится.                                                                                                                                                           

    5) Биосинтез  инсулина, антител и др. белков  для нужд медицины. Производство генно-инженерных белков в трансгенных клетках бактерий или дрожжей практикуется уже достаточно давно. Однако, возникает проблема правильной можификации таких белков в бактериальных или дрожжевых клетках. Часто белок так и не принимает нужной конформации или слегка отличается по аминокислотному составу, что нежелательно. Растения являются эукариотными органзмами, достаточно близкими к животным биохимически, поэтому было предложено получать белки для нужд медицины из трансгенных растений. Поскольку организовать выращивание растений дешевле, чем выращивание бактерий или дрожжей, а получаемый продукт будет более качественным, можно ожидать большого экономического эффекта от внедрения этой технологии. В медицинской практике используется не вся биомасса растения, а выделенный из нее индивидуальный компонент (белок), т.е. препарат проходит предвартельную очистку и должен быть безопасным для здоровья людей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Успехи в животноводстве

Животноводство также  находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных  овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется  именно животным, которые могли бы синтезировать лекарственные препараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты.

    Генетически модифицированные коровы и козы могли бы давать молоко, в котором содержались бы необходимые составляющие для лечения такого страшного заболевания, как гемофилия. Инсулин, антитрипсин тоже можно получать из питательной белой жидкости. Не надо забывать и о стоимости. Создание такого типа биологических лекарств обойдётся раз в 20 дешевле, чем производство соответствующих медикаментов при помощи традиционной химии.

    С молоком  трансгенных животных можно получать  не только лекарства. Известно, что для производства сыра  высокого качества необходим  фермент, створаживающий молоко, - ренин. Этот фермент добывают из желудков молочных телят. Он дорог и не всегда доступен. Попытки заменить  ренин другими  протеолитическими ферментами предпринимались многие десятилетия и неизменно приводили к ухудшению качества сыра. Наконец, генные инженеры сконструировали дрожжи, которые стали производить этот ценный белок при микробиологическом синтезе. Генно-инженерный ренин под названием «химозин» продается во всем мире, в том числе и России.

    Следующий  этап генной инженерии – создание  трансгенных овец, которые синтезируют химозин в молоке. Небольшое стадо таких овец в нашей стране находится в Горках Ленинских под Москвой. Эти овцы синтезируют до 300мг/л фермента в молоке. Для процесса сыроварения белок можно не выделять, а использовать просто в составе молока. Одна трансгенная овца может произвести с молоком такое количество лекарств, которое достаточно для лечения сотен тысяч больных. Это ценное свойство трансгенные животные передают потомству.

    Другой пример  относится к биоматериалам. Ученые давно обратили внимание на очень ценные механические свойства материала, из которого пауки плетут сети, паутинки или, как еще называют паучий шелк. Паутинка примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Этот материал мягче хлопка, прочнее стали, обладает уникальной эластичностью, практически не меняет свойств при изменении температуры. Материал  идеально подходит для многих практических целей: парашютного корда, бронежилетов и др.вопрос, где взять большое количество паутины по сходной цене? Разведение пауков не приемлимо с экономической и технической точек зрения.

    На помощь  пришла генная инженерия. Ученые выделили гены, ответственные за синтез белков паутины, и перенесли их в  микроорганизмы.

В 1995г. появилось сообщение  американских исследователей, что в  микроорганизмах действительно  синтезируется нужный белок. Таким  образом, открывается путь к промышленному микробиологическому синтезу нового материала.

    Успешно ведутся работы по регулированию обмена веществ, от которого напрямую зависит продуктивность. В овцеводстве вполне реально создать животных, предрасположенных к быстрому росту шерсти. Массовое выведение более крупных пород свиней – дело ближайших лет. То же касается и домашней птицы.

    Но самое наверное перспективное в генной инженерии – это клонирование животных. Под этим термином понимается копирование клеток, генов, антител и многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Такие экземпляры генетически одинаковы. Наследственная изменчивость возможна только в случае случайных мутаций или, если создана искусственно. Благодаря клонированию можно воспроизводить очень ценные с той или иной точки зрения особи. Это могут быть и представители пород крупного рогатого скота, и овец, и свиней, и скаковых лошадей, и редких пород собак. Примером такого процесса может служить овечка Долли, успешно клонированная из клетки другого взрослого существа. Она появилась на свет в Великобритании 5 июля 1996 года, прожила шесть с половиной лет и умерла 14 февраля 2003 года.

    Приведенные  примеры далеко не охватывают  всех практических аспектов применения  генной инженерии.

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Проблемы генной инженерии

    Наверное, ни одно из научных направлений в  последнее время не рождало столь  диаметрально противоположных мнений и не вызывало таких ожесточенных споров в обществе, как генная инженерия.

   Возможность  воздействовать  на  гены   позволяет   устранять   причины

наследственных  болезней, изменять свойства организмов в нужном  направлении, пересаживать гены из одного организма в другой и  привносить  в  него  новые признаки.  Например,  уже  создаются  новые  организмы,  сочетающие  в  себе  свойства животных и растений.

    Однако  довольно  сложно  определить  долговременные        последствия

генных манипуляций.

       В генной инженерии растений есть свои проблемы. Одна из них состоит в том, что многие полезные свойства растений кодируются не одним, а многими генами. Это делает трудным или невозможным прямое генно-инженерное совершенствование свойств.

    В качестве  возможных  последствий производства  трансгенных пищевых растений, проявляющих  устойчивость к насекомым, можно указать пищевую аллергию, которую может вызвать ВТ-токсн (новый белок в пище). К экологическим следствиям можно отнести возникновение устойчивости к ВТ-токсину, которое может происходить в популяциях насекомых-вредителей при широком применении трансгенных растений.

    Получение  гербицид-устойчивых культурных  растений тоже таит ряд экологических  опасностей. Главная из них возможное  накопление гербицидов (или продуктов  их детоксикации) в с/х продуктах.  Если для технических культур  это сравнительно безопасно, то использовать в пищу обработанные гербицидами трансгенные растения может оказаться опасным. Вторая опасность - это "утечка" генов устойчивости к гербицидам из культивируемых растений в близкородственные растения. "Утечка генов" может привести к возникновению "суперсорняков", устойчивых к применяемому гербициду, и технологию придется снова менять. Третья опасность - передозировка гербицидов. Гербицид-устойчивость позволяет вносить избыток этих агентов на поля без видимого вреда для них (в традиционной технологи выращивания это невозможно - культурные растения погибнут вместе с сорняками). Уже сегодня многие гербициды признаны опасными для рыб, моллюсков и др. животных. Сток гербицидов с полей в водоемы с применением новой технологии, несомненно, усилится.

Таким образом, использование  гербицид-устойчивых трансгенных растений является наиболее опасной из разрабатываемых  технологий. Устойчивость к засухе и засолению определяется сложным взаимодействием многих генов. Поэтому создание трансгенных растений, устойчивых к засухе/засолению представляется довольно сложной задачей. (Генная инженерия работает с отдельными генами, а не с большими комплексами генов).

Также возникает вопрос «Могут возникнуть новые и небезопасные вирусы».    

    Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов. Такие новейшие вирусы могут быть наиболее брутальными, чем исходные. Они могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для нужных насекомых, животных, а также людей. 

    Еще один возникающий вопрос о нарушении  природного баланса.Уже  доказано,  что  многие  ГМ-растения,  такие,  как   ГМ-табак   или технический рис,  применяемый  для  производства  пластика  и  лекарственных веществ, смертельно опасны для живущих на поле или  рядом  с  ним  грызунов. Пока эти растения произрастают лишь  на  опытных  полях,  а  что  произойдет после полного вымирания грызунов в районах их массовых засевов - не  берется  предсказать никто.

    Нечто подобное  случилось с озером Виктория  в 60-х годах прошлого  века,

когда в него  поселили  нильского  окуня.  Попав  в  благоприятную  среду  и

обладая несомненным  преимуществом в силе, выносливости и плодовитости,  этот водный житель в считанные годы сократил численность конкурирующих  видов  в несколько десятков раз, а более двухсот видов уничтожил полностью. А  спустя  десятилетие выяснилось, что в результате этого  «переселения»  в  прибрежной  зоне исчезли леса, берега были размыты, а эрозия почвы  достигла  невиданных доселе размеров.

    С другой стороны, растения, подвергнутые даже небольшим генным «операциям», меняют свои свойства. Противники новой технологии даже называют такие растения продуктами Франкенштейна и считают, что, получаемые в избытке с пищей, они могут стать причиной развития тех или иных патологий, нанося непоправимый вред здоровью популяции. Кроме того, они не исключают, что в руках террористов ГМ-продукты могут стать биологическим оружием.

    Создание генно-инженерных животных имеет те же принципиальные трудности, что и создание трансгенных растений, а именно: множественность генов определяющих хозяйственно ценные признаки.

    Основной вопрос: безопасны ли для человека продукты питания, полученные на основе генетически модифицированных источников, - пока также остается без однозначного ответа. А между  тем, пока ученые ведут научные баталии, продукты, в составе которых есть генетически модифицированные компоненты, все больше заполняют прилавки магазинов. И до вынесения окончательного вердикта вопрос, покупать или не покупать их, каждому предстоит решать самостоятельно. Хотим мы того или нет, но каждый из нас уже съел изрядную порцию трансгенных продуктов. Генетически модифированные источники (ГМИ) содержатся не только в целом ряде овощных культур, но и в колбасах, сосисках, мясных консервах, пельменях, сыре, йогуртах, кашах, конфетах, шоколаде и даже детском питании, то есть в обыкновенных повседневных продуктах, присутствующих на наших столах. Отличить их по цвету или вкусу невозможно, а надписи на упаковках, причем только самых организованных производителей (другие как-то не считают нужным это делать), настолько малы, что разглядеть их можно разве что с лупой.