Трансге́нный органи́зм

Ученые Вашингтонского университета, университета штата Орегон и университета Пердью (штат Индиана), работающие под  руководством доктора Шэрон Доти (Sharon Doty), утверждают, что созданные  ими генетически модифицированные тополя в лабораторных условиях поглощают до 91% трихлорэтилена — наиболее частого загрязнителя грунтовых вод в США. Обычные растения поглощают не более 3% этого соединения. Кроме того, растущие в пробирках экспериментальные тополя, высота которых составляет всего несколько дюймов, расщепляют трихлорэтилен до безопасных соединений в 100 раз быстрее, чем не трансформированные растения.

Правда, прежде чем внедрять эти способы очистки, нужно выяснить — что произойдет с очищаемыми экосистемами, если такое  растение съест насекомое, а само насекомое — съест птица и так далее по пищевой цепочке. В общем, безопасность новых методов рекультивации почвы и очистки грунтовых вод пока остаётся под вопросом.

 
В последнее время очень многие люди из-за плохой экологической обстановки страдают от аллергии, которая вызывается, в частности, различными белками. Последние достижения биотехнологии позволили идентифицировать большое количество содержащихся в пище специфических молекул, вызывающих аллергические реакции. Растения, не содержащие таких белков, позволят сохранить здоровье миллионам людей. Так, в Европе примерно 4% взрослых и 8% детей страдают аллергией на различные продукты питания, и каждый седьмой из них — аллергией на томаты. Поэтому не удивительно, что результатом одной из первых работ по созданию не вызывающих аллергии биотехнологических культур стали разработанные немецкими учеными из Friedrich-Alexander University и Paul-Ehrlich-lnstitut гипоаллергенные помидоры, которые содержат на 90% меньше аллергенного вещества (белок профилин) чем плоды традиционных сортов. Экстракты обычных и трансгенных томатов прошли тестирование с участием 16 пациентов с подтвержденным диагнозом аллергии на томаты. Результаты эксперимента показали, что у пациентов, чувствительных только к профилину, помидоры нового сорта практически не вызывали аллергической реакции. В случае аллергии на два или более томатных аллергена эффект был гораздо менее выражен.

 
Огромное количество современных  лекарств производится с помощью  биотехнологии. Чаще всего для продукции человеческих белков ученые генетически модифицируют бактерии, дрожжи или животные клетки. Синтезируемые клеточными культурами белки очищаются и затем используются в качестве лекарственных препаратов. Эти методы обеспечивают производство качественных препаратов, однако они трудоемки, требуют дорогостоящего оборудования и расходных материалов, а также обладают ограниченной производительностью.

 
В течение нескольких лет ученые университета Гента (University of Ghent) (Бельгия) занимаются разработкой метода синтеза человеческих белков в семенах растений. Из всех частей растительного организма исследователи выбрали именно семена благодаря высокому по сравнению с другими частями растений содержанию белка и возможности хранения в течение довольно длительного времени без потери полезных свойств. Исследователи считают, что использование растений для производства лекарств способно снизить производственные затраты в 10—100 раз, а также обеспечить возможность крупномасштабного производства без значительных финансовых инвестиций.

 
Несколько лет назад группе Г  и рта Де Йегера (Geert De Jaeger) удалось  создать генетически модифицированные растения, более трети белка семян  которых составлял целевой терапевтический  протеин. Полученные антитела имели  очень простую структуру, в которую входил лишь один центр связывания с антигеном. Недавно другая группа ученых, работающая под руководством Энн Депикер (Ann Depicker), продемонстрировала возможность синтеза в семенах резушки Таля (Arabidopsis thaliana) более сложных антител. Обладающие, подобно человеческим молекулам-прототипам, двумя центрами связывания, эти новые сложные антитела составляли более 10% от всех входивших в состав семян белков. Однако следует отметить, что механизм продукции белков в растительной клетке отличается от механизма, задействованного в клетках человека. Для получения доказательств того, что отличия в механизме синтеза не влияют на эффективность потенциальных лекарственных средств, ученые подвергли выделенные из семян растений антитела разнообразным лабораторным тестам. Все полученные результаты указывают на то, что синтезируемые растениями антитела предотвращают инфицирование животных клеток вирусом гепатита А так же эффективно, как и полноценные человеческие антитела.

 
Поскольку широкомасштабное коммерческое производство ГМ-растений начинали химические концерны, производящие различные гербициды и пестициды, совсем не удивительно, что первым и главным в их работе над созданием трансгенных растений была задача получить растения, устойчивые к выпускаемым ими гербицидам. Поэтому первыми были созданы генно-модифицированные растения, устойчивые к гербицидам глифосату и метотрексату. Существующие технологии их создания позволили фермерам на первых порах несколько снизить количество используемых химических пестицидов. Однако практически одновременно с широкомасштабным выходом на поля устойчивых к раундапу (действующее вещество — глифосат) появились и устойчивые к глифосату сорняки, так называемые «суперсорняки», которые в последние годы становятся все большей проблемой для сельскохозяйственных производителей.

 
В настоящее время ученые многих стран работают над созданием  растений, устойчивых к другим гербицидам. Так, ученые университета Небраски, работающие под руководством Дона Уикса (Don Weeks), изолировали из генома бактерий Pseudomonas maltophilia, ген, обеспечивающий устойчивость к гербициду дикамба, который избирательно уничтожает двудольные растения и не оказывает влияния на однодольные. Это обусловило его популярность для обработки полей, засеянных кукурузой и другими злаками. Им удалось встроить этот ген в ДНК табака, сои, томатов и используемой в качестве экспериментальной модели резушки Таля. Во всех без исключения случаях ГМ-растения приобретали устойчивость к гербициду. Полученное учеными гербицидо-устойчивые двудольные культуры, такие как соя и томаты, позволят расширить область применения дикамбы. Дикамба сохраняется в почве только в течение нескольких месяцев и практически не попадает в почвенные воды. Химическая структура соединения стабильна, однако оно быстро разлагается почвенными микроорганизмами. Специалисты считают, что новые устойчивые к дикамбе культуры быстро приобретут популярность среди фермеров и, учитывая опыт многолетнего использования пестицида, надеются, что масштабное выращивание таких культур не приведет к появлению устойчивых к дикамбе сорняков.

 
В 2005 г. японские ученые опубликовали данные, согласно которым встраивание в  геном риса гена человеческого цитохрома  обеспечивает расщепление ряда гербицидов, что позволит уменьшить загрязнение  рисовых полей и водоемов. Авторы также продемонстрировали улучшение способности трансгенных растений поглощать из раствора хлороформ (побочный продукт дезинфекции воды), четыреххлористый углерод (растворитель) и хлористый винил (основа некоторых пластмасс). При тестировании способности растений очищать воздух 6-дюймовые (около 15 см) тополя, выращиваемые в закрытых контейнерах, показали повышенную способность абсорбировать газообразный трихлорэтилен и бензол (растворитель, производное нефти).

 
В основном создание трансгенных растений в настоящее время развивается по следующим направлениям:  
Получение сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к нескольким листогрызущим насекомым  
Получение сортов сельскохозяйственных культур с более высокой урожайностью  
Получение сельскохозяйственных культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремонтантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)  
Создание сортов сельскохозяйственных культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)  
Создание сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)  
Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака, синтезирующий лактоферрин человека).  
Уже более 15 лет в мире выращивают генетически модифицированные (ГМ), сорта основных сельскохозяйственных культур. Общая площадь под ними к 2010 году достигла 134 млн. га, и ее годовой прирост за последние годы превысил 10%. 

Наибольшие площади в мире приходятся на посевы ГМ сортов сои, устойчивых к обработке тем или иным гербицидом, главным образом к раундапу. В 2005 г. их выращивали на общей площади 54,4 млн га, что составило около 60% всей площади под ГМ-культурами. Самые значительные коммерческие посевы этой культуры сегодня отмечены в США, Аргентине, Бразилии, Парагвае, Канаде, Уругвае, ЮАР и Мексике. Следующей по значимости культурой стала устойчивая к воздействию насекомых-вредителей Bt-кукуруза, занимавшая 11,3 млн га, или 13% всей площади под ГМ-сортами. На третье место вышла кукуруза, «устойчивая» одновременно к гербициду и насекомым-вредителям.

 
К концу 2005 г. ГМ-сорта возделывали 8,5 млн фермеров в 21 стране, причем 90% из них — были небогатыми крестьянами  из таких развивающихся стран, как Аргентина, Бразилия, Индия. На момент внедрения ГМО в сельскохозяйственное производство этих стран существовала надежда на то, что рост доходов мелких и средних производителей ГМ-культур за счет применения агробиотехнологий будет способствовать борьбе с бедностью в мире, объявленной ООН в «Повестке дня на XXI век» важнейшей задачей цивилизации. Однако уже в 2006 году выяснилось, что этим надеждам, по-видимому, не суждено оправдаться. В местные, а затем и в мировые СМИ просочились данные о том, что как в Индии, так и в Аргентине наметилась стойкая тенденция к разорению мелких фермеров производивших ГМ-хлопчатник и ГМ-сою, что привело к повышению социальной напряженности в этих странах. В Индии дело дошло до массовых беспорядков у офисов продавцов ГМ-семян и даже до самоубийств разорившихся крестьян. Выяснилось, что производство ГМ-культур рентабельно лишь на крупных площадях, а мелкие и средние производители имеют шанс лишь в лучшем случае свести концы с концами.

 
И в заключение о том, имеется  ли принципиальное отличие методов генной инженерии от методов традиционной селекции (из интервью с проф. Л.А. Лутовой, интернет-журнал «Коммерческая биотехнология», 2007 г.).  
Обе технологии имеют единую цель — создание новых форм организмов, наделенных необходимыми человеку признаками. Основные методы селекции - скрещивание и отбор. При скрещивании объединяют полные наборы генов двух разных организмов. Далее отбирают то потомство, которое несет интересующие нас гены, и с ним работают. При каждом новом скрещивании гены снова перетасовываются. При этом есть существенное ограничение — скрещиваются между собой только близкородственные организмы, так как природа создала специальные клеточные барьеры для поддержания постоянства генетического состава организма данного вида.

 
Что делают генные инженеры? То же самое, только переносят в организм всего  лишь один или два гена, которые  отвечают именно за тот признак, который  хотят добавить растению. Однако принципиальное отличие генно-инженерных технологий от подходов традиционной селекции заключается в том, что при получении генно-модифицированных растений ген любого организма может быть перенесен в геном любого другого организма, то есть в этом случае нарушается запрет, выработанный в ходе эволюции, на обмен генетической информацией между различными видами организмов.

Обычные методы селекции не позволяют сохранить некоторые  полезные свойства при внесении еще  одного. Например, создавая сорт картофеля  с хорошими питательными качествами и высокой урожайностью, зачастую теряют устойчивость к заморозкам и вредителям. Генная инженерия, в идеале, служит тому, чтобы «улучшить хорошее» — добавить недостающие свойства, которые либо никогда не существовали, либо были потеряны при селекции. В то же время, надо отметить, что ученые уже умеют заставить нужный ген встроиться в структуру ДНК, однако пока не могут проконтролировать, в каком именно участке хромосомы произойдет вставка. Сами хромосомы по своей структуре неоднородны. Есть участки, где гены экспрессируются, — с них считывается информация — а есть и другие, где гены молчат (гетерохроматиновые области). Если ген встраивается именно в такие области, то мы не добьемся результата. Более того, даже если встройка произошла на активном участке, это может привести к замолканию какого-нибудь функционирующего гена, то есть он может встроиться посередине какого-то гена, разрубив его пополам. А этот ген может оказаться очень важным как для самого растения, так и для последующего потребителя его продукта. На сегодня процесс встраивания — абсолютно вероятностный. Все клетки, в которые вошел новый ген, получаются разными за счет разных мест встраивания. Именно поэтому, когда мы получаем определенное количество генно-модифицированных растений, обязательно наступает следующий этап — отобрать те из них, в которых новый ген не нарушил статус-кво, а лишь добавил новый признак.

Например, картофель был  продуктивным, а в результате продуктивность была потеряна из-за нарушения одного или нескольких генов. Такой отбор  осуществляется в нескольких поколениях. Это относительно длительный процесс, большая, кропотливая и дорогостоящая работа. Иногда для генного инженера удача, если удается получить хотя бы одно растение с полным набором требуемых признаков. И, если говорить о безопасности генно-модифицированных растений, то можно это делать только в отношении конкретной линии конкретного вида растения.

 
И, последнее, прежде чем новый трансгенный  сорт будет зарегистрирован, он должен пройти испытания на биологическую  и пищевую безопасность. Это закреплено в законодательстве России и, надеюсь, неукоснительно выполняется. Все необходимые мероприятия достаточно длительные и очень затратные для компаний-разработчиков. На сегодняшний день зарегистрировано 18 сортов растений, продукты получаемые из которых могут употребляться в пищу на территории нашей страны. Пока что законодательно трансгенные растения не разрешается выращивать на полях Российской Федерации, поскольку ни один, даже из зарегистрированных сортов, не прошел необходимой для этого экологической экспертизы. Исключение составляют экспериментальные поля, на которых в ходе испытаний на пищевую безопасность проверяется способность растений давать потомство, нормально развиваться, поддерживать новый признак и т.д. К таким полям предъявляются повышенные карантинные требования, не допускающие «расползания» семян растений на другие территории.