Генетически модифицированные организмы и безопасность Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

Л.В. Назаренко

Генетически модифицированные организмы и безопасность

Развитие генетической инженерии привело к появлению ГМО — генетически модифицированных организмов. Все возрастающие масштабы использования ГМО требуют более тщательного рассмотрения их безопасности, поскольку они являются источниками серьезных реальных и потенциальных биологических и экономических рисков, пренебрегать которыми не следует.

Ключевые слова: генетическая инженерия; генетически модифицирорванный организм; биобезопасность.

В основе генетической инженерии лежит целенаправленное конструирование искусственных генетических систем вне организма и их введение в живой организм с целью создания нового организма (или модификации существующего). Это предполагает, что часть генов можно с помощью специальных ферментов вырезать из молекулы ДНК одного организма (донорная ДНК) и перенести в другой, реципиентный, организм. Такой перенос генов называется трансгенозом, а организмы, в ДНК которых включены чужеродные гены, носят название трансгенных (генетически модифицированных организмов — ГМО).

Используемые для переноса генетические конструкции носят название рекомбинантных ДНК. В их состав входит фрагмент донорской ДНК (клонируемая ДНК) и векторная ДНК (вектор, который отвечает за перенесение и встраивание клонируемой ДНК). Молекулы рекомбинантной ДНК создают для клонирования необходимых участков ДНК, картирования ДНК, создания трансгенных организмов, массового получения продуктов закодированных данным участком ДНК. Рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата реципиентного организма и обеспечивают ему новые уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические свойства. Генетическая инженерия позволяет переносить отдельные гены из одного живого организма в любой другой, поэтому в растении могут «работать» гены насекомого, животного и даже человека [1: c. 257].

Генетическая трасформация растений с помощью методов генетической инженерии может быть осуществлена векторным способом (с использованием агробактерий и вирусов) и путем прямого переноса генов.

Наиболее изученным примером работы плазмидных векторов служит введение чужеродных генов в геном растений с помощью Ti- и Ri-плазмид почвенных бактерий рода Agrobacterium. С помощью этих плазмид бактерии могут интегрировать свой генетический материал в клетки двудольных растений.

Ti-плазмида (от англ. tumor inducing — индуцирующая опухоль) обнаружена в клетках некоторых штаммов Agrobacterium tumefaciens. Выделенная

в чистой культуре, эта бактерия может приводить к образованию опухолей у многих голосеменных и покрытосеменных растений, что, по существу, рассматривается как природная генно-инженерная система.

Ri-плазмида (от англ. root inducing — индуцирующая корни) присутствует в штаммах Agrobacterium rhizogenes.

Для трансформации устойчивых к агробактериям растений разработаны приемы прямого физического переноса ДНК в клетку. Эти методы достаточно разнообразны: бомбардировка микрочастицами, или баллистический метод; электропорация; обработка полиэтиленгликолем; микроинъекция; перенос ДНК в составе липосом и др. Наиболее продуктивным и чаще всего используемым является метод бомбардировки микрочастицами.

После проведения тем или иным способом трансформации растительной ткани ее помещают in vitro на специальную среду с фитогормонами, способствующую размножению клеток. Среда обычно содержит селективный агент, в отношении которого трансгенные клетки приобретают устойчивость. Регенерация чаще всего проходит через стадию каллуса, после чего при правильном подборе сред начинается органогенез (побегообразование). Сформированные побеги переносят на среду укоренения, часто также содержащую селективный агент для более строгого отбора трансгенных особей. Затем проводят выращивание измененных клеток в целые трансгенные организмы.

Методы генной инженерии позволяют достаточно быстро создавать новые генотипы растений, то есть значительно сокращают время, которое затрачивается на классическую селекцию, а также позволяют преодолеть один из основных запретов эволюции — запрет на обмен генетической информацией между неродственными видами. Кроме того, применение этих методов позволяет изменять генотип целенаправленно. В отношении растений роль генной инженерии сводится, главным образом, к созданию сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к насекомым-вредителям, фитопатогенам, гербицидам, пестицидам, различным стрессовым факторам. Проводятся работы по введению генов, регулирующих созревание плодов, отвечающих за синтез витаминов или лекарственных препаратов и т.д. [1: c. 378].

Получение трансгенных растений значительно облегчается благодаря присущему растениям свойству тотипотентности, которое состоит в том, что любая клетка растительного организма способна регенерировать целое растение. Следовательно, достаточно получить несколько трансформированных клеток, чтобы регенерировать из них растения-трансгены.

Однако возможности генной инженерии растений ограничиваются рядом причин [4: c. 345].

Во-первых, геном растений изучен хуже, чем геном млекопитающих.

Во-вторых, не для всех растений удается подобрать условия регенерации. Стабильно получают растения — регенеранты из протопластов картофеля, люцерны, томатов, моркови, табака, капусты и некоторых других двудольных растений. Регенерировать растения злаков удается не всегда.

В-третьих, одной из лимитирующих причин служит размер фрагмента донорской ДНК, который предполагается ввести в клетку, а также появление химерных организмов, не способных к развитию и размножению.

Первая волна трансгенных растений, допущенных для практического применения, содержала дополнительные гены устойчивости (к болезням, гербицидам, вредителям, порче при хранении, стрессам).

Нынешний этап развития генетической инженерии растений относится к «метаболической инженерии». При этом ставится задача не только улучшить те или иные имеющиеся качества растения (как при традиционной селекции), но и «научить» растение производить совершенно новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях. Этими соединениями могут быть: особые жирные кислоты, полезные белки с высоким содержанием незаменимых аминокислот, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие «лекарственные» белки, новые полимеры, не засоряющие окружающую среду и т.д. Использование трансгенных растений позволяет наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым сделать их более доступными для широкого потребления [3: а 32].

Цель получения ГМО — улучшение полезных характеристик исходного организма и снижения себестоимости продуктов. Однако технология создания ГМО в настоящее время не совершенна, что является основным источником серьезных биологических и экологических рисков для человека и окружающей среды.

Рассмотрим основные причины биологических рисков ГМО [2: а 9]:

Непредсказуемость места встраивания чужеродного фрагмента ДНК в геном организма-донора. Это один из основных недостатков генноинженерных технологий. В настоящее время исследователь не умеет встраивать чужеродный фрагмент ДНК в данное конкретное место генома хозяина.

Плейотропный эффект встроенного гена. Работа встроенного гена будет определяться местом, куда попадет этот чужеродный фрагмент.

Нарушение стабильности генома и изменение его функционирования вследствие переноса чужеродной информации в виде фрагмента ДНК. При этом может происходить непрогнозируемое изменение работы генетического аппарата хозяина, и как итог — возможные нарушения клеточного метаболизма, синтез токсичных или аллергенных соединений, ранее не свойственных клетке.

Нарушение стабильности встроенного в геном чужеродного фрагмента ДНК.

Наличие во встраиваемом фрагменте ДНК «технологического мусора», например, генов устойчивости к антибиотикам, которые могут привести к нежелательным последствиям.

Все отрицательные явления и события, происходящие при возделывании и потреблении ГМО, можно объединить в три группы: пищевые [2: а 10], экологические и агротехнические риски [2: а 30].

Пищевые риски:

1. Непосредственное действие токсичных и аллергенных трансгенных белков ГМО на человека;

2. Риски, опосредованные плейотропным действием трансгенных белков на метаболизм растений;

3. Риски, опосредованные накоплением гербицидов и их метаболитов в устойчивых сортах и видах сельскохозяйственных растений;

4. Риски горизонтального переноса трансгенных конструкций в геном симбионтных для человека и животных бактерий (E. coli, Lactobacillus acidophillus, L. bifidus, L. bulgaricus, L. caucasicus, Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium и др.);

5. Возможное негативное воздействие на здоровье человека генов устойчивости к антибиотикам.

Экологические риски:

1. Снижение сортового разнообразия сельскохозяйственных культур, вследствие массового применения ГМО, полученных из ограниченного набора родительских сортов;

2. Снижение биоразнообразия дикорастущих предковых форм культурных растений и формирование «суперсорняков» за счет неконтролируемого переноса генетических конструкций, особенно определяющих различные типы устойчивости, вследствие переопыления ГМО с этими формами;

3. Неконтролируемый горизонтальный перенос ГМ конструкций в ризосферную микрофлору;

4. Негативное влияние на биоразнообразие через поражение токсичными трансгенными белками нецелевых насекомых и почвенной микрофлоры, нарушение трофических цепей;

5. Риски быстрого появления устойчивости к используемым трансгенным токсинам у насекомых-фитофагов, бактерий, грибов и других вредителей под действием отбора на признак устойчивости, высокоэффективного для этих организмов;

6. Риски появления новых, более патогенных штаммов фитовирусов.

Агротехнические риски:

1. Риски непредсказуемых изменений нецелевых свойств и признаков модифицированных сортов, связанные с плейотропным действием введенного гена;

2. Риски отсроченного изменения свойств, через несколько поколений, связанные с адаптацией нового гена к геному и c проявлением новых плейо-тропных свойств, а также изменением уже декларированных;

3. Неэффективность трансгенной устойчивости к вредителям через несколько лет массового использования данного сорта;

4. Возможность использования производителями терминальных технологий для монополизации производства семенного материала.

Несмотря на эти многочисленные риски, связанные с возделыванием и потреблением ГМО, генетическая инженерия растений развивается очень быстрыми темпами. Первое трансгенное растение (ГМО), табак со встроенными генами из микроорганизмов, было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания. Первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 году. Это были томаты

Flavr Savr с замедленным созреванием, созданные фирмой «Calgen», а также гербицид-устойчивая соя компании «Monsanto» [3: c. 30].

На сегодняшний момент одним из важнейших является вопрос об использовании ГМО и продуктов, полученных из них. Эксперты считают, что в связи с их бесконтрольным распространением мировое сообщество может вскоре столкнуться с совершенно новым видом терроризма. Призывы к жесткому контролю ГМ-продуктов звучат все чаще.

Различные требования, предъявляемые в разных странах к ГМ-продуктам и колоссальная разница между посевными площадями с генетически модифицированными растениями в различных регионах, свидетельствуют о том, что проблема далека от окончательного решения. Мировая динамика роста площадей возделывания трасгенных культур поражает своими размахами: с 1996 по 2003 год они выросли в 40 раз (с 1,7 до 67,7 млн. гектар), что составляло около 5% от всех пахотных площадей в мире. Причем 99% этой площади занимают четыре культуры: соя, хлопок, кукуруза и рапс. В 2002 году в США около 75% хлопка и ши, в Аргентине — 99 % сои, в Канаде — 65% рапса, в Китае — 51 % хлопка были трансгенными. Лидерами являются США, Аргентина, Канада. Мировые продажи трасгенных растений (в основном соя, хлопок, кукуруза, рапс) увеличились с 75 млн. долларов в 1995 году, до примерно 8 млрд. долларов в 2005 году.

В 2004 году в Аргентине было произведено 34,5 млн. тонн ГМ сои, то есть 49,5% всех выращенных в Аргентине зерновых, а под ее посевами оказалось 14 млн. га, т.е. 54% всех посевных площадей страны. Таким образом, генетически модифицированная соя стала основной сельскохозяйственной культурой Аргентины. При этом если в США только 40% выращиваемой сои является трансгенной, то в Аргентине этот показатель равен 99% [3: c. 31].

По данным российского Федерального реестра пищевой продукции на 26.02.2001 год в нашей стране было зарегистрировано и допущено для использования на внутреннем рынке 81 вид трансгенного пищевого сырья. Практически все из них являются производными сои. В 2004 году службами Госсанэпиднадзора Российской Федерации были обнаружены трансгенные соевые добавки в 17,7% исследованных мясных продуктов, в 16,7% хлебобулочных и крупяных изделий.

Полный цикл всех необходимых исследований в настоящее время прошли 14 видов продовольственного сырья из ГМО, продукты переработки которого разрешены для использования в пищевой промышленности и реализации населению без ограничений [4: c. 350]:

- 3 линии сои, устойчивые к пестицидам (40-3-2, устойчивая к глифосату, А 2704-12 и А 5547-127, устойчивые к глюфосинату аммония);

- 3 линии кукурузы, устойчивые к пестицидам (GA 21 и NK 603, устойчивые к глифосату и Т-25, устойчивая к глюфосинату аммония);

- 3 линии кукурузы, устойчивые к вредителям (MON 810 и Bt-1, устойчивые к стеблевому мотыльку, и MON 863, устойчивая к жуку диабротика);

- 3 сорта картофеля, устойчивые к колорадскому жуку (Рассеет, Бурбанк Ньюлив и Супериор Ньюлив);

- 1 линия сахарной свеклы, устойчивая к глифосату;

- 1 линия риса, устойчивого к глюфосинату аммония;

- 5 видов генетически модифицированных микроорганизмов.

Хлынувший в Россию поток продуктов, содержащих трансгенные компоненты, в условиях неоднозначности результатов исследований в области их медицинской и экологической безопасности, ставит ряд задач. Во-первых, необходим анализ и оценка мотивов разработки, производства и использования генетически модифицированный продуктов питания. Во-вторых, не проработана российская правовая база, регламентирующая использование этих продуктов.

В этой связи уместно остановиться на проблеме маркировки продуктов, содержащих ГМИ (генетически модифицированные источники). В мире существуют различные подходы к маркировке пищевых продуктов. Так, в США, Канаде и Аргентине такие продукты не маркируются каким-либо особым образом. В Японии и Австралии принят 5% уровень содержания ГМИ в продуктах обязательный для маркировки. В странах ЕЭС — 0,9%.

Система маркировки пищевой продукции из ГМО существует в России с 1999 года. Однако она носила рекомендательный характер. С 1 сентября 2002 г. была введена обязательная маркировка пищевых продуктов из ГМО. Маркировке подлежала вся пищевая продукция, содержащая в своем составе более 5% трансгенных компонентов.

В 2004 году в Российской Федерации были введены санитарные нормы, которые снижают в России пороговый уровень маркировки пищевых продуктов, содержащих ГМИ, с 5% до 0,9%.

Минздрав России считает целесообразным ввести в Российской Федерации обязательную маркировку всей пищевой продукции, содержащей более

0,9% компонентов из ГМО. Пищевую продукцию, содержащую 0,9% и менее компонентов из ГМО, считать генетически не модифицированной и не подлежащей маркировке.

Пищевые продукты, полученные из ГМИ, прошедшие медико-биологическую оценку и не отличающиеся по изученным свойствам от своих аналогов, полученных традиционными методами, являются безопасными для здоровья человека, разрешены для реализации населению и использованию в пищевой промышленности без ограничений.

В соответствии с рекомендациями международных организаций и законодательством Российской Федерации, в нашей стране пищевая продукция из ГМО подлежит обязательной проверке на безопасность. Однако необходимо дальнейшее проведение обязательного широкомасштабного и длительного исследования безопасности ГМО, а также экологических последствий использования ГМ-продуктов.

Таким образом, одной из основных задач в области предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в результате воздействия биологических факторов является обеспечение безопасности продуктов питания, производимых из генетически измененных материалов, безопасности

экологической системы от проникновения чужеродных биологических видов организмов, прогнозирование генетических аспектов биологической безопасности и создание системы государственного контроля за оборотом генетически модифицированных материалов.

Литература

1. ГликБ. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М.: Мир, 2002. - 589 с.

2. Кузнецов В. В. Генетически модифицированные организмы и биологическая безопасность / В.В. Кузнецов, А.М. Куликов, И.А. Митрохин, В.Д. Цыдендамбаев // Экос. Информ. - 2004. - № 10. - С. 1-64.

3. Машкина О. С. Генетическая инженерия и биобезопасность / О.С. Машкина, А.К. Буторина. - Воронеж: ВГУ, 2005. - 71 с.

4. Романов Г. А. Генетическая инженерия растений и пути решения проблемы биобезопасности / Г. А. Романов // Физиология растений. - 2000. - Т. 47. - № 3. -С. 343-353.

References

1. Glik B. Pactemak Molekulyamaya biotexnologiy. Principy’ i primenenie / B. Glik, Dzh. Pactemak. - М.: Mir, 2002. - 589 s.

2. Kuznecov V. V. Geneticheski modificirovanny’e organizmy’ i biologicheskaya bezopas-nost’ / V.V. Kuznecov, А.М. Kulikov, 1.А. Mitroxin, V.D. Cy’dendambaev // E’kos. Inform. - 2004. - № 10. - S. 1-64.

3. Mashkina О. S. Butorina Geneticheskaya inzheneriya i biobezopasnost’ / О^. Mash-kina, А.К. Butorina. - Voronezh: VGU, 2005. - 71 s.

4. Romanov G. А. Geneticheskaya inzheneriya rastenij i puti resheniya problemy’ biobezopasnosti / G. А. Romanov // Fiziologiya rastenij. - 2000. - Т. 47. - № 3. -

S. 343-353.