ГМО вредны или пользны для человека, список генетически модифицированных продуктов. Генная модификация растений

Растения-ГМО. Растения-ГМО: практическое применение

Владимир Викторович Чуб,доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии растений биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова«Потенциал. Химия. Биология. Медицина» № 11, 12, 2011; № 1, 2 2012

Растения-ГМО: практическое применение

«Потенциал. Химия. Биология. Медицина» № 12, 2011

В последнее время в прессе и на телевидении часто обсуждают вопросы, связанные с генетически модифицированными растениями и потенциальным риском употребления продуктов питания, изготовленных из них. К сожалению, в таких дискуссиях часто побеждают эмоции, а не научная логика. Как результат в обществе возникает настороженное отношение к генетически модифицированным растениям и даже своеобразный «экологический терроризм». Когда в конце 1990-х из Германии в Юго-Восточную Азию хотели отправить партию генетически модифицированного риса, «зелёные» пошли на захват самолёта (!) и уничтожили всю партию семян. Прошлым летом в Австралии на территорию одного из научных центров проникли те же «зелёные террористы» и уничтожили посевы трансгенной пшеницы, над которыми исследователи работали около 10 лет. Эта акция отбросила назад исследования пшеницы и нанесла научному центру убытки, которые исчисляются миллионами долларов.

Это, конечно же, крайние проявления. Но каждого современного человека беспокоит вопрос: нужно ли бояться генетически модифицированных растений? Что они несут миру: пользу или вред? Однозначного ответа не существует. И с каждым конкретным случаем применения ГМО нужно разбираться отдельно.

Какие же проекты с участием трансгенных растений человечество разрабатывает сегодня?

Устойчивость к вредителям

Насекомые-вредители при вспышках численности могут уничтожать существенную часть урожая (если не весь урожай). Для борьбы с ними применяют довольно агрессивные вещества — пестициды (от лат. pestis — вредоносный бич, зараза и caedo — убивать). Пестициды уничтожают и вредных, и полезных насекомых (например пчёл, шмелей, жужелиц), оказывают влияние на почвенных обитателей, а при попадании в водоёмы пестициды могут вызвать гибель рыб. Применение пестицидов опасно в первую очередь для людей, работающих в сельском хозяйстве: именно они готовят растворы, проводят опрыскивания, работают в поле, пока пестицид продолжает действовать. К нам на стол попадает лишь ничтожная часть пестицидов, которые по большей части уже разложились. Избавиться от остатков пестицидов можно, тщательно вымыв овощи и фрукты или очистив кожицу.

Отказаться от применения пестицидов пока ещё нельзя: тогда размножатся вредители и человечество останется без урожая. А нельзя ли сделать культурные растения несъедобными для насекомых?

Здесь на помощь приходит генная инженерия растений. Насекомые, как и любые другие живые существа, болеют. Одно из заболеваний вызывает бактерия тюрингская палочка (Bacillus thuringiensis). Она выделяет белок-токсин, нарушающий пищеварение у насекомых (но не у теплокровных животных!). Этот белок обозначают BT-токсин (от первых букв латинского названия тюрингской палочки). Дальше необходимо выделить ген, отвечающий за синтез ВТ-токсина, включить его в состав искусственного Т-района ДНК, размножить плазмиду в кишечной палочке, дальше перенести плазмиду в агробактерию с плазмидой-хелпером (об использовании агробактерий для генетической модификации растений — см. «Потенциал» №11). Т-район из агробактерии внедрится в геном растения (например, хлопчатника). На искусственной среде с антибиотиками можно отобрать трансформированные клетки и получить из них генетически модифицированные растения (рис. 6). Теперь в хлопчатнике будет синтезироваться ВТ-токсин, и он станет устойчивым к вредителям.

Вредители хлопчатника — актуальная проблема для тропических регионов. Так, вспышки численности хлопкового долгоносика в XIX–XX вв. были одной из причин экономических спадов в США. С 1996 года на поля внедряется генетически модифицированный хлопчатник, устойчивый к насекомым (в частности — к хлопковому долгоносику). В Индии — одной из лидирующих стран-производителей хлопка — на сегодня около 90% площадей заняты генетически модифицированным хлопком. Так что 9 шансов из 10, что вы уже носите «генетически модифицированные» джинсы! Как-то об этом в дискуссиях по ГМО не упоминают...

Заманчиво получить не только технические, но и пищевые растения, устойчивые к вредителям (например, картофель, устойчивый к колорадскому жуку). Это позволит фермерам существенно сократить расходы на обработку полей пестицидами и повысит урожай. Для того чтобы получить больше прибыли, ГМО, безусловно, необходимы. В нашей стране уже есть официальное разрешение на использование 4 сортов картофеля, устойчивого к колорадскому жуку: два сорта «наши», и два — иностранного происхождения. Но действительно ли такой картофель безопасен?

Появление в пище любого нового белка (например, ВТ-токсина) у чувствительных людей может вызывать аллергию, снижение общего иммунитета к заболеваниям и другие реакции. Но этот эффект возникает при любом изменении традиционного рациона. Например, все те же явления возникали просто при «внедрении» соевого белка: для европейцев он оказался потенциальным аллергеном, снижал иммунитет. То же самое будет с людьми, переезжающими на новое место, резко отличающееся по традициям питания. Так, для коренных народов Крайнего Севера опасной может оказаться молочная диета или питание обычным (заметим — нисколько не модифицированным!) картофелем. Русские бобы (Vicia faba), которые традиционно использовали у нас в стране как овощ, ядовиты для жителей Средиземноморья и т. д. Всё это не означает, что нужно повсеместно бороться с употреблением сои, молока, картофеля или бобов, просто необходимо учитывать индивидуальную реакцию.

Таким образом, при внедрении генетически модифицированных пищевых растений часть людей окажется к ним довольно чувствительной, но другие так или иначе приспособятся. Но чувствительные люди должны точно знать, какие продукты приготовлены с применением ГМО.

Полезно знать, что сегодня в Россию можно ввозить и использовать в пищевых технологиях 16 сортов и линий генетически модифицированных растений — в основном устойчивых к тем или иным вредителям. Это кукуруза, соя, картофель, сахарная свёкла, рис. От 30 до 40% продуктов на современном рынке уже содержат компоненты, полученные из ГМО. Парадоксально, что при этом выращивать генетически модифицированные растения у нас в стране не разрешается.

В утешение скажем, что в США — стране, которая выращивает 2/3 мирового урожая генетически модифицированных растений — до 80% продуктов содержат ГМО!

Устойчивость к вирусам

Поражение растений вирусами уменьшает урожай в среднем на 30% (рис. 7). Для некоторых культур цифры потерь ещё выше. Так, при заболевании ризоманией теряется 50–90% урожая сахарной свёклы. Корнеплод мельчает, образует многочисленные боковые корни, содержание сахара снижается. Это заболевание впервые было обнаружено в 1952 году в Северной Италии и оттуда «победным маршем» в 1970-х гг. распространилось во Францию, на Балканский полуостров, а в последние годы — в южные регионы свеклосеяния нашей страны. Против ризомании не помогают ни химическая обработка, ни севооборот (вирус сохраняется в почвенных организмах не менее 10 лет!).

Ризомания — это всего лишь один пример. С развитием транспорта вирусы растений вместе с урожаем быстро перемещаются по планете, минуя таможенные барьеры и государственные границы.

Единственным эффективным способом борьбы со многими вирусными болезнями растения оказывается получение устойчивых генетически модифицированных растений. Для повышения устойчивости из генома вируса-возбудителя ризомании выделяют ген белка капсида. Если этот ген «заставить» работать в клетках сахарной свёклы, то резко повышается устойчивость к «ризомании».

Есть и другие проекты, связанные с повышением устойчивости к вирусам. Например, огурцы, дыни, арбузы, кабачки и тыква поражаются одним и тем же вирусом мозаики огурца. Кроме того, в круг хозяев входят томаты, салат-латук, морковь, сельдерей, многие декоративные и сорные растения. Бороться с вирусной инфекцией очень трудно. Вирус сохраняется на многолетних растениях-хозяевах и на остатках корневой системы в почве.

Как и в случае с ризоманией, против вируса мозаики огурца помогает образование белка его собственного капсида в растительных клетках. На сегодня получены устойчивые к вирусу трансгенные растения огурцов, кабачков и дыни.

Ведутся работы и по повышению устойчивости к другим вирусам сельскохозяйственных растений. Но пока ещё, за исключением сахарной свёклы, устойчивые генетически модифицированные растения мало распространены.

Устойчивость к гербицидам

В развитых странах расходам на горюче-смазочные материалы все больше предпочитают «разориться» на разнообразные химикаты. Одна из важных статей расходов — вещества, уничтожающие сорняки (гербициды). Применение гербицидов позволяет лишний раз не гонять тяжёлую технику по полю, меньше нарушается структура почвы. Слой отмерших листьев создаёт своеобразную мульчу, которая уменьшает эрозию почвы и сберегает влагу. Сегодня разработаны гербициды, которые в течение 2–3 недель полностью разлагаются в почве микроорганизмами и практически не наносят вреда ни животным, обитающим в почве, ни насекомым-опылителям.

Однако у гербицидов сплошного действия есть существенный недостаток: они действуют не только на сорные, но и на культурные растения. Есть определённый успех в создании так называемых селективных гербицидов (таких, которые действуют не на все растения, а на какую-то группу). Например, есть гербициды против двудольных сорняков (см. в статье об ауксинах, «Потенциал» №7). Но при помощи селективных гербицидов невозможно уничтожить все сорняки. Например, останется пырей — злостный сорняк из семейства злаковых.

И тогда возникла идея: сделать культурные растения устойчивыми к гербицидам сплошного спектра действия! Благо, у бактерий есть гены, отвечающие за разрушение многих гербицидов. Достаточно просто пересадить их в культурные растения. Тогда вместо постоянных прополок и рыхления междурядий над полем можно распылить гербицид. Культурные растения выживут, а сорняки погибнут.

Именно такие технологии предлагают фирмы, производящие гербициды. Причём выбор трансгенных семян культурных растений зависит от того, какой гербицид фирма предлагает на рынке. Каждая фирма разрабатывает растения-ГМО, устойчивые к своему гербициду (но не к гербицидам конкурентов!). Ежегодно в мире на полевые испытания передают 3–3,5 тыс. новых образцов растений, устойчивых к гербицидам. Даже испытания устойчивых к насекомым растений отстают от этого показателя!

Устойчивость к гербицидам уже широко применяется при выращивании люцерны (кормовая культура), рапса (масличное растение), льна, хлопчатника, кукурузы, риса, пшеницы, сахарной свёклы, сои.

Традиционный вопрос: опасно или безопасно выращивание таких растений? Технические культуры (хлопок, лён), как правило, не обсуждают: их продукты человек не использует в пищу. Конечно, в генетически модифицированных растениях появляются новые белки, которых прежде не было в пище человека, со всеми вытекающими отсюда следствиями (см. выше). Но есть ещё одна скрытая опасность. Дело в том, что применяемый в сельском хозяйстве гербицид — это не химически чистое вещество, а некоторая техническая смесь. В неё могут добавлять детергенты (для улучшения смачивания листьев), органические растворители, промышленные колоранты и другие вещества. Если содержание гербицида в конечном продукте строго контролируют, то за содержанием вспомогательных веществ, как правило, следят плохо. Если содержание гербицида будет сведено к минимуму, то о содержании вспомогательных веществ остаётся только догадываться. Эти вещества могут попадать также в растительное масло, крахмал и другие продукты. В будущем предстоит разрабатывать нормативы на содержание этих «неожиданных» примесей в конечных продуктах.

Суперсорняки и «утечка генов»

Успехи в создании генетически модифицированных растений, устойчивых к вредителям и гербицидам, породили ещё одно сомнение: а вдруг сорняки каким-то образом «завладеют» генами, встроенными в геном культурных растений, и станут устойчивыми ко всему? Тогда появится «суперсорняк», который будет невозможно истребить ни с помощью гербицидов, ни с помощью насекомых-вредителей!

Такой взгляд по меньшей мере наивен. Как мы уже говорили, фирмы-производители гербицидов создают растения, устойчивые к производимому гербициду, но не к гербицидам конкурентов. Даже в случае приобретения одного из генов устойчивости можно использовать другие гербициды для борьбы с «суперсорняком». Устойчивость к насекомым ещё не определяет устойчивости к любым вредителям. Например, нематоды и клещи смогут по-прежнему поражать это растение.

Кроме того, остаётся неясным, каким образом сорняк приобретёт гены от культурного растения. Единственная возможность — если сорное растение является близким родственником культурному. Тогда возможно опыление пыльцой генетически модифицированного растения, и произойдёт «утечка генов». Это особенно актуально в районах древнего земледелия, где в дикой природе до сих пор обитают виды растений, близкие к культурным. Например, из трансгенного рапса с пыльцой новые гены могут переноситься на сурепку или дикие виды рода Капуста (Brassica).

Гораздо важнее, что посадки трансгенных растений вызывают «загрязнение» местного генетического материала. Так, кукуруза относится к ветроопыляемым растениям. Если один из фермеров посадил трансгенный сорт, а его сосед — обычный, возможно переопыление. Гены из генетически модифицированного растения могут «утечь» на соседнее поле.

Верно и обратное: растения-ГМО могут опыляться пыльцой обычных сортов, и тогда в следующих поколениях уменьшится доля генетически модифицированных растений. Это произошло, например, в Австралии при первых попытках внедрить генетически модифицированный хлопчатник: признак устойчивости к насекомым «пропал» из-за «разбавления» пыльцой обычных сортов с соседних полей. Пришлось более внимательно отнестись к семеноводству хлопчатника и внедрять устойчивые сорта ещё раз.

elementy.ru

ГМО вред или польза, расшифровка, список продуктов, содержащих генетически модифицированные организмы

На сегодняшний день во многих странах (и в России в том числе) понятие ГМО превратили практически в равнозначное понятиям «продукты, вызывающие мутации и опухоли». ГМО поливаются грязью со всех сторон и по самым разным поводам: небезопасные, невкусные, угрожают продовольственной независимости страны. Так ли страшны эти самые ГМО, и что это такое на самом деле, попробуем разобраться.

ГМО — расшифровка понятия

Генномодифицированные организмы – это измененные методами генной инженерии живые организмы. В узком смысле понятие распространяется на растения. Раньше селекционерам, вроде Мичурина, приходилось добиваться определенных полезных (с точки зрения человека) свойств у растений с помощью разных ухищрений: прививок черенков одних деревьев на другие или отбора для посева семян растений только с определенными качествами, а затем долго и упорно ждать результатов, которые стойко проявлялись только через пару поколений растений. Сегодня можно перенести нужный ген в нужное место и получить желаемое.

Таки образом, ГМО – это ускорение эволюции и направление ее в нужное русло.

Изначально целью выведения ГМО было повышение урожайности растений, увеличение устойчивости их к неблагоприятным факторам среды (засухе, недостатку питательных веществ), появление нечувствительности к вирусам или грибам, гербицидам, которыми травили сорняки, неинтересность для насеокмых-паразитов. То есть хотелось ученым получить растения, которые бы росли просто при минимуме затрат и давали высокие урожаи, решая продовольственный вопрос, остро стоящий во многих странах.

Как создаются ГМО

Чтобы создать ГМО-растение, можно использовать несколько методик. Сегодня наиболее популярен метод трансгенов. Для этого нужный ген (например, устойчивости к засухе) выделяют из цепочки ДНК в чистом виде, а затем вносят его в ДНК модифицируемого растения.

Гены могут забираться из родственных видов, и тогда процесс называется цисгенезом. Когда ген берется от видов, далеких данному организму, говорят о трансгенезе.

Именно о трансгенезе ходят жуткие истории. Узнав о том, что теперь существует пшеница с геном скорпиона, многие начинают фантанзировать на темы, а не отрастет ли теперь у тех, кто будет это есть, хвост и клешни и не появится ли в слюне яд. Масла в огонь подливают многочисленные малограмотные публикации на сайтах и форумах, где активно муссируется тема ГМО.

Это не единственное, чем пугают потенциальных потребителей ГМО-продукции «специалисты», мало знакомые с биологией и биохимией.

Продукты, содержащие ГМО

ГМО-продуктами на сегодня договорились называть все, что представляет из себя генномодифицированные организмы или все продукты, в которых содержатся компоненты таких организмов. То есть не только генномодифицированная кукуруза или картошка будут ГМО-едой, но и сосиски, в которых, кроме нитрата натрия, туалетной бумаги и ливера будет добалвена ГМО-соя. А вот мясо коровки, которую кормили ГМО-пшеницей, ГМО-продуктом не будет. И вот почему.

Встраиваются ли ГМО в наши клетки?

Не читавшие никакой нормальной физиологии и биохимии журналисты, понимающие актуальность и востребованность темы ГМО, но ленящиеся серьезно проработать вопрос, запустили в массы “утку” о том, что клетки ГМО-продуктов, попадая в наш желудок и кишечник, всасываются в кровоток и разносятся по органам и тканям, где вызывают мутации и раковые опухоли.

С большим сожалением приходится отметить, что этот фэнтези-сюжет несостоятелен. Любая пища в желудке и кишечнике распадается на свои составные части под действием желудочного сока, секрета поджелудочной и кишечных ферментов. И составные части эти – отнюдь не гены и даже не белки, а:

• аминокислоты
• простые сахара
• триглицериды
• жирные кислоты

Потом на разных участках ЖКТ вся эта прелесть всасывается в кровоток и расходуется либо для:

• получения энергии (сахара)
• либо для ее запасов (жиры)
• либо в качестве строительного материала собственных белков человека (аминокислоты)

И если, к примеру, взять некий генномодифицированный организм (скажем, уродливое яблоко, больше похожее на огурец), то оно спокойно будет пережевано, проглочено и разложено на составные части точно также, как и всякое другое прочее, не прошедшее генной модификации. Приведем еще такой несколько странный/жуткий пример, но который объяснит более популярно, что гены никуда не встраиваются при усвоении в ЖКТ: если крокодил (или каннибал) съест ребенка с синдромом Дауна и съест здорового ребенка, и тот, и другой одинаково усвоится и никоим образом не повлияют на крокодила или канибала.

Другие ГМО-страшилки

Вторая, не менее леденящая душу, байка касается того, что трансгены встраиваются в геном человека и приводят к, черт знает каким, страшным последствиям, вроде тех же раков и бесплодия.

Риск онкологии: Про рак у мышек, которых кормили генномодифицированным зерном, впервые написали французы в 2012 году. На самом деле руководителем эксперимента Жилем-Эриком Сералини (Инмститут биологии Университета города Кан, Франция) была сделана выборка 200 крыс Спрег-Доули, треть из которых кормили генно-модифицированным зерном кукурузы, треть – генномодифицированной кукурузой, обработанной гербицидом, а треть – обычными кукурузными зернами. В итоге, те крысы женского пола, что питались ГМО, в течение двух лет в 80% дали рост опухолей. Самцы же на таком питании заработали печеночные и почечные патологии. Характерно то, что треть крыс на обычном питании также погибла от опухолей разных органов и вообще эта линия крыс склонна к спонтанному появлению опухолей, независимо от характера питания. Так что чистота эксперимента сомнительна, и он был признан ненаучным и несостоятельным.

Ранее аналогичные изыскания проводились в 2005 году биологом Ермаковой (Россия). Ею на конференции в Германии был сделан доклад о высокой смертности мышат, получавших генномодифицированную сою. После этого данное заявление, как подтвержденное в научном эксперименте, пошло гулять по городам и весям, доводя до истерик молодых мам, вынужденных кормить своих ребят искусственными смесями, в которых этой ГМО-сои ну просто завались. В дальнейшем пятеро экспертов Nature Biotechnology сошлись во мнении о неоднозначности российского эксперимента и не признали его достоверность.

В заключение этого раздела хочется написать, что если даже какой-нибудь кусок чужеродной ДНК (о чем пишут некоторые источники) и попадет в кровоток человека, то никаким образом эта генетическая информация никуда не встроится и ни к чему не приведет. Да, в природе имеются случаи встраивания кусков генома в чужеродный. Например, некоторые бактерии портят таким образом генетику мух. Но у высших животных такие феномены не описаны. К тому же различной генетической информации хоть отбавляй и во всех прочих продуктах безо всякого ГМО. И если до сих пор они не встраиваются в наш генетический материал, то и дальше можно спокойно есть все, что может переварить и усвоить организм.

ГМО: вред или польза

Американская компания Монсанто уже в 1982 году вывела на рынок генномодифицированные хлопок и сою. Также им принадлежит авторство гербицида Раундап, убивающего всю растительность, кроме ГМО-модифицированной.

В 1996 году, когда на рынки были выброшены ГМО-продукты Монссанто, конкурирующие с ней корпорации, спасая свои доходы, начали широкомасштабную компанию по ограничению оборота продуктов, содержащих ГМО. Первым в гонениях на ГМО отметился британский ученый Арпад Пуштаи, который кормил крыс ГМО-картошечкой. Правда позже эксперты разнесли в пух и прах все выкладки ученого.

Потенциальные вред от ГМО-продуктов для россиян

• Никто не скрывает, что на землях, засеянных ГМО-зерновыми, больше никогда и ничего не растет, кроме них самих. Это связано с тем, что устойчивые к гербицидам сорта сои или хлопчатика не морятся гербицидом, который можно распылять в любых количествах, добиваясь тотального вымирания прочей растительности.
• Наиболее распространенный гербицид – это глифосат. Вообще-то он распыляется еще до созревания того, что попадает в пищу, быстро разлагается в растениях и не сохраняется в почве. Но устойчивые растения-ГМО позволяют распылять его очень-очень много, что повышает риски его накопления в ГМО-растительности. Известно также, что глифосат вызывает ожирение и разрастание костной ткани. А в США и Латинской Америке многовато людей с лишним весом.
• Многие ГМО-семена рассчитаны только на один посев. То есть то, что из них вырастет уже не даст потомства. Это скорее коммерческая уловка, так как таким образом повышается сбыт ГМО-семян. Прекрасно существуют ГМО-растения, которые отлично дают следующие поколения.
• Аллергизация. Так как некоторые искусственные генетические мутации (например, у картофеля или сои) могут повышать ее аллергенные свойства, говорят о том, что все ГМО – это мощные аллергены. А вот некоторые сорта арахиса, лишенные своих привычных белков, аллергию не вызывают даже у тех, кто раньше мучился ею именно на данный продукт.
• ГМО-растения могут вытеснять прочие сорта своего вида. Из-за особенностей опыления они могут сокращать число других сортов своего вида. То есть если два участка рядом засадить пшеницей-ГМО и обычной, существует риск, что ГМО вытеснит обычную, опыляя ее. Кто бы ей дал расти рядом.
• Зависимость от фирм-держателей семенного фонда. Отказавшись от собственных посевных фондов и перейдя только на ГМО-семена, особенно одноразовые, государство рано или поздно попадет в продовольственную зависимость от держателей семенного фонда ГМО-растений.

Ответ на чаяния народа

После многократного тиражирования во всех средствах массовой информации баек и страшилок о ГМО-продуктах вектор широкого общественного резонанса направился супротив происков империализьма, напрочь отрицая возможность употребления в пищу дорогими россиянами вредных и небезопасных продуктов, содержащих ГМО или их следы.

Роспотребнадзор, идя на встречу пожеланиям соотечественников, поучаствовал в многочисленных конференциях по данному вопросу. В марте 2014 года на конференции в Италии делегация Роспотребнадзора приняла участие в технических консультациях по низкому содержанию ГМО в продуктах питания и низкому содержанию самих ГМО-продуктов в товарообороте России. Таким образом, на сегодня принят курс на почти полное недопущение ГМО-продукции на продовольственный российский рынок и отсрочено использование ГМО-растений в сельском хозяйстве, хотя в 2013 году планировалось начало использование ГМО семян (Постановление Правительства РФ от 23 сентября 2013 года).

Министерство образования и науки пошло еще дальше и, учитывая народные чаяния, предложило вместо пометки “не содержит ГМО” пользоваться штрих кодом, в котором содержалась бы вся информация о генной модификации данного продукта или ее отсутствии. Начинание хорошее, но читать штрих-код будет невозможно без специального устройства.

ВЫВОД: проблема ГМО явно раздута, реальные последствия долговременного употребления в пищу ГМО-продуктов неизвестны, авторитетных научных экспериментов на сегодня по данному вопросу не проведено.

Для тех, кто все же опасается употреблять в пищу ГМО-продукты, вот не полный список продуктов, содержащих ГМО.

Список производителей ГМО-продуктов

Одна и та же компания-производитель продуктов может выпускать три категории одного и того же продукта:

• первая - для внутреннего потребления (в индустриально развитых странах)
• вторая - для экспорта в другие развитые страны
• третья - для вывоза в развивающиеся страны

К третьей категории относится около 80% продуктов питания, напитков, табачных изделий, экспортируемых из США и стран Западной Европы. Согласно данным продовольственной комиссии ООН, некоторые западные фирмы расширяют экспорт товаров не только экологически опасных, но и запрещенных в развитых странах.

Между тем, более двухсот наименований пищевых добавок не разрешены к применению в России в связи с незавершенностью комплекса испытаний. Перечисление их заняло бы слишком много места.

Назовем только окончательно запрещенные и безусловно вредные для человека консерванты и эмульгаторы:

И в заключение, хотелось бы назвать некоторые опасные консерванты и эмульгаторы, которые могут негативно влиять на ваше здоровье. Как правило, маркировка с их наименованием приводятся на упаковках продуктов.

• Е121 - цитрусовый красный краситель
• Е123 - красный амарант
• Е240 - консервант формальдегид
• подозрительные: Е-104, Е-122, Е-141, Е-150, E-171, Е-173, Е-180,Е-241, Е-477
• запрещенные: Е-103, Е-105, Е-111, Е-125, Е-126, Е-130, Е-152
• опасные: Е-102, Е-110, Е-120, Е-124, Е-127
• способствуют развитию онкологии: Е-131, Е-142, Е-210, Е-211, Е-212, Е-213, Е-215, Е-216, Г: 217, Е-240, Е-330
• вредные для кожи: Е-230, Е-231, Е-232, Е-238
• способствуют возникновению сыпи: Е-311, Е-312 и Е-313
• вызывают расстройства кишечника: Е-221, Е-222, Е-223, Е-224 и Е-226
• расстройство желудка: Е-322, Е-338, Е-339, Е-340, Е-311, Е-407, Е-450, Е-461, Е-462, Е-463, Е-465, Е-466
• повышают давление: Е-250 и Е-251
• повышают холестерин: Е-320 и Е-321

zdravotvet.ru

Результаты генной модификации растений

Первые трансгенные растения (растения табака со встроенными генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений (устойчивые к вирусной инфекции растения табака) были проведены в США уже в 1986 г.

После прохождения всех необходимых тестов на токсичность, аллергенность, мутагенность и т.д. первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 г. Это были томаты Flavr Savr с замедленным созреванием, созданные фирмой "Calgen", а также гербицид-устойчивая соя компании "Monsanto". Уже через 1-2 года биотехнологические фирмы поставили на рынок целый ряд генетически измененных растений: томатов, кукурузы, картофеля, табака, сои, рапса, кабачков, редиса, хлопчатника.

В настоящее время получением и испытанием генетически модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более ста миллиардов долларов. В 1999 г. трансгенные растения были высажены на общей площади порядка 40 млн. га, что превышает размеры такой страны, как Великобритания. В США генетически модифицированные растения (GM Crops) составляют сейчас около 50% посевов кукурузы и сои и более 30-40% посевов хлопчатника. Это говорит о том, что генно-инженерная биотехнология растений уже стала важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и финансовые потоки. В ближайшие годы ожидается дальнейшее быстрое увеличение площадей, занятых трансгенными формами культурных растений.

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 получил название "метаболическая инженерия". При этом ставится задача не столько улучшить те или иные имеющиеся качества растения, как при традиционной селекции, сколько научить растение производить совершенно новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях. Этими соединениями могут быть, например, 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 многое, многое другое. Использование трансгенных растений позволяет наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым сделать их более доступными для широкого потребления.

Улучшение качества запасных белков растений

Запасные белки основных культурных видов кодируются семейством близкородственных генов. Накопление запасных белков семян – сложный биосинтетический процесс. Первая генноинженерная попытка улучшения свойства одного растения путем введения гена запасного белка от другого была, проведена Д. Кемпом и Т. Холлом в 1983 г. в США. Ген фазеолина бобов с помощью Ti-плазмиды был перенесен в геном подсолнечника. Результатом этого опыта было лишь химерное растение, получившее название санбин. В клетках подсолнечника были обнаружены иммунологически родственные фазеолиновые полипептиды, что подтверждало факт переноса гена между растениями, относящимися к различным семействам

Позднее ген фазеолина был передан клеткам табака: в растениях-регенерантах ген экспрессировался во всех тканях, хотя и в малых количествах. Неспецифическая экспрессия фазеолинового гена, так же как и в случае переноса его в клетки подсолнечника, сильно отличается от экспрессии этого гена в зрелых семядолях бобов где фазеолин составлял 25—50% от общего белка. Этот факт указывает на необходимость сохранения и других регуляторных сигналов этого гена при конструировании химерных растений и на важность контроля экспрессии генов в процессе онтогенеза растений.

Ген, кодирующий запасной белок кукурузы – зеин, после интеграции его в Т-ДНК был перенесен в геном подсолнечника следующим образом. Штаммы агробактерий, содержащие Ti-плазмиды с геном зеина, использовали для индукции опухолей в стеблях подсолнечника. Некоторые из полученных опухолей содержали мРНК, синтезируемые с генов кукурузы, что дает основание рассматривать эти результаты как первое доказательство транскрипции гена однодольного растения в двудольном. Однако присутствие зеинового белка в тканях подсолнечника не обнаружилось.

Более реальной задачей для генетической инженерии считается улучшение аминокислотного состава белков. Как известно, в запасном белке большинства злаковых наблюдается дефицит лизина, треонина, триптофана, у бобовых — метионина и цистеина. Введение в эти белки дополнительных количеств дефицитных аминокислот могло бы ликвидировать аминокислотный дисбаланс. Методами традиционной селекции удалось существенно повысить содержание лизина в запасных белках злаковых. Во всех этих случаях часть проламинов (спирторастворимые запасные белки злаковых) заменялась другими белками, содержащими много лизина. Однако у таких растении уменьшались размеры зерна и снижалась урожайность. По-видимому, проламины необходимы для формирования нормального зерна, и их замена другими белками отрицательно влияет на урожайность. Учитывая это обстоятельство, для улучшения качества запасного белка зерновых нужен такой белок, который не только отличался бы высоким содержанием лизина и треонина, но и мог полноценно заменить определенную часть проламинов при формировании зерна.

Растения могут производить и белки животного происхождения. Так, встраивание в геном растений Arabidopsis thaliana и Brassica napus химерного гена, состоящего из части гена запасного 25-белка арабидопсиса и кодирующей части для нейропептида — энкефалина, приводило к синтезу химерного белка до 200 нг на 1 г семени. Два структурных белковых домена были связаны последовательностью, узнаваемой трипсином, что давало возможность в дальнейшем легко изолировать чистый энкефалин.

В другом эксперименте удалось после скрещивания трансгенных растений, в одном из которых был встроен ген гамма-субъединицы, а во втором - ген каппа-субъединицы иммуноглобулина, получить у потомства экспрессию обеих цепей. В результате растение формировало антитела, составляющие до 1,3% суммарного белка листьев. Также было показано, что в растениях табака могут собираться полностью функциональные секреторные моноклональные иммуноглобулины. Секреторные иммуноглобулины обычно выделяются в ротовую полость и желудок человека и животных и служат первым барьером на пути кишечных инфекций. В упомянутой выше работе получили продукцию в растениях моноклональных антител, которые были специфичны для Streptococcus mutans - бактерий, вызывающих зубной кариес. Предполагается, что на основе таких моноклональных антител, продуцируемых трансгенными растениями, удастся создать действительно антикариесную зубную пасту. Из других белков животного происхождения, которые представляют интерес для медицины, показана продукция в растениях человеческого β-интерферона.

Разработаны также подходы, позволяющие получать бактериальные антигены в растениях и использовать их в качестве вакцин. Получен картофель, экспрессирующий олигомеры нетоксичной субъединицы β-токсина холеры. Эти трансгенные растения могут быть использованы для получения дешевой вакцины от холеры.

Жиры

Важнейшим сырьем для получения разного рода химических веществ являются жирные кислоты — основной компонент растительного масла. По своей структуре это углеродные цепи, которые обладают различными физико-химическими свойствами в зависимости от своей длины и степени насыщения углеродных связей. В 1995 году была закончена экспериментальная проверка и получено разрешение от федеральных властей США на выращивание и коммерческое использование трансгенных растений рапса с измененным составом растительного масла, включающего вместе с обычными 16- и 18-членными жирными кислотами также и до 45% 12-членной жирной кислоты - лаурата. Это вещество широко используется для производства стиральных порошков, шампуней, косметики.

Экспериментальная работа заключалась в том, что был клонирован ген специфической тиоэстеразы из растения Umbellularia califomica, где содержание лаурата в жире семян достигало 70%. Структурная часть гена этого фермента под контролем промотора-терминатора гена белка, специфического для ранней стадии семяобразования, была встроена в геном рапса и арабидопсиса, что и привело к увеличению содержания лаурата в масле этих растений.

Из других проектов, связанных с изменением состава жирных кислот, можно упомянуть работы, ставящие целью повышение или снижение содержания ненасыщенных жирных кислот в растительном масле. Интересными представляются эксперименты с петрозелиновой кислотой — изомером олеиновой кислоты, где двойная связь находится за шестым углеродным членом. Эта жирная кислота входит в состав масла кориандра и определяет его более высокую температуру плавления (33°С), в то время как при наличии олеиновой кислоты температура плавления составляет только 12°С. Предполагается, что после переноса генов, определяющих синтез петрозелиновой кислоты, в растения - продуценты растительного масла удастся производить диетический маргарин, содержащий ненасыщенную жирную кислоту. Кроме того, из петрозелиновой кислоты очень легко получать лаурат путем окисления озоном. Дальнейшее изучение специфики биохимического синтеза жирных кислот, по-видимому, приведет к возможности управлять этим синтезом с целью получения жирных кислот различной длины и различной степени насыщения, что позволит значительно изменить производство детергентов, косметики, кондитерских изделий, затвердителей, смазочных материалов, лекарств, полимеров, дизельного топлива и многого другого, что связано с использованием углеводородного сырья.

Полисахариды

Проводится работа по созданию трансгенных растений картофеля и других крахмалнакапливающих культур, в которых это вещество будет находиться в основном в виде амилопектина, то есть разветвленной форме крахмала, или же в основном только в виде амилозы, то есть линейных форм крахмала. Раствор амилопектина в воде более жидкий и прозрачный, чем у амилозы, которая при взаимодействии с водой образует ригидный гель. Так, например, крахмал, состоящий в основном из амилопектина, по-видимому, будет иметь спрос на рынке производителей различных питательных смесей, где сейчас в качестве наполнителя используется модифицированный крахмал. Генетической модификации могут подвергаться также геномы пластид и митохондрий. Такие системы позволяют значительно увеличить содержание продукта в трансгенном материале.

Создание гербицидоустойчивых растений

В новых, интенсивных сельскохозяйственных технологиях гербициды применяются очень широко. Это связано с тем. что на смену прежним экологически опасным гербицидам широкого спектра действия, обладающим токсичностью для млекопитающих и длительно сохраняющимся во внешней среде, приходят новые, более совершенные и безопасные соединения. Однако они обладают недостатком — подавляют рост не только сорняков, но и культурных растений Такие высокоэффективные гербициды, как, глифосат, атразины интенсивно изучаются на предмет выявления механизма толерантности к ним некоторых сорняков. Так, на полях, где широко используют атразин, довольно часто появляются атразинустойчивые биотипы у многих видов растении.

Изучение механизма устойчивости к гербицидам с целью получения методами генетической инженерии культурных растений, обладающих этим признаком, включает следующие этапы: выявление биохимических мишеней действия гербицидов в растительной клетке: отбор устойчивых к данному гербициду организмов в качестве источников генов устойчивости: клонирование этих генов: введение их в культурные растения и изучение их функционирования

Существуют четыре принципиально различных механизма, которые могут обеспечивать устойчивость к тем или иным химическим соединениям, включая гербициды: транспортный, элиминирующий, регуляционный и контактный. Транспортный механизм устойчивости заключается в невозможности проникновения гербицида в клетку. При действии элиминирующего механизма устойчивости вещества, попавшие внутрь клетки, могут разрушаться с помощью индуцируемых клеточных факторов, чаще всего деградирующих ферментов, а также подвергаться тому или иному виду модификации, образуя неактивные безвредные для клетки продукты. При регуляционной резистентности белок или фермент клетки, инактивирующийся под действием гербицида, начинает усиленно синтезироваться, ликвидируя таким образом дефицит нужного метаболита в клетке. Контактный механизм устойчивости обеспечивается изменением структуры мишени (белок или фермент), взаимодействием с которым связано повреждающее действие гербицида

Установлено, что признак гербицидоустойчивости является моногенным, то есть признак детерминируется чаще всего одним-единственным геном. Это очень облегчает возможность использования технологии рекомбинантной ДНК для передачи этого признака. Гены, кодирующие те или иные ферменты деструкции и модификации гербицидов, могут быть с успехом использованы для создания гербицидоустойчивых растении методами генетической инженерии.

Традиционные методы селекции создания сортов, устойчивых к гербицидам, очень, длительны и малорезультативны. Наиболее широко применяемый за рубежом гербицид глифосат (коммерческое название Roundup) подавляет синтез важнейших ароматических аминокислот, воздействуя на фермент 5-енолпирувилшикимат-З-фосфатсинтазу (ЕПШФ-синтаза). Известные случаи устойчивости к этому гербициду связаны либо с повышением уровня синтеза этого фермента (регуляционный механизм), либо с возникновением мутантного фермента, нечувствительного к глифосфату (контактный механизм). Из устойчивых к глифосфату растений был выделен ген ЕПШФ-синтазы и поставлен под промотор вируса мозаики цветной капусты. С помощью Ti-плазмиды эта генетическая конструкция была введена в клетки петунии. При наличии одной копии гена в регенерированных из трансформированных клеток растениях синтезировалось фермента в 20 - 40 раз больше, чем в исходных растениях, но устойчивость к глифосфату увеличилась только в 10 раз.

К числу наиболее распространенных гербицидов, используемых при обработке зерновых культур, относится атразин. Он подавляет фотосинтез, связываясь с одним из белков фотосистемы II и прекращая транспорт электронов. Устойчивость к гербициду возникает в результате точечных мутаций в этом пластохинон связывающем белке (замена серина на глицин), вследствие чего он теряет способность взаимодействовать с гербицидом. В ряде случаев удалось осуществить перенос гена мутантного белка в чувствительные к атразину растения с помощью Ti-плазмиды. Интегрированный в хромосому растений ген устойчивости был снабжен сигнальной последовательностью, которая обеспечивала транспорт синтезируемого белка в хлоропласты. Химерные растения проявляли значительную устойчивость к таким концентрациям атразина, которые вызывали гибель контрольных растений с геном белка дикого типа. Некоторые растения способны инактивировать атразин путем отщепления остатка хлора ферментом глутатион-S-трансфераза. Этот же фермент инактивирует и другие родственные гербициды триазинового ряда (пропазин, симазин и др.).

Существуют растения, естественная устойчивость которых к гербицидам основана на детоксикации. Так, устойчивость растений к хлорсульфурону может быть связана с дезактивацией молекулы гербицида путем его гидроксилирования и последующего гликозилирования введенной гидроксильной группы. Создание растений, устойчивых к патогенам и вредителям Устойчивость растений к тем или иным патогенам чаще всего является сложным мультигенным признаком.

Одновременная передача нескольких локусов трудна даже методами генной инженерии, не говоря о классических методах селекции. Более простым является другой путь. Известно, что у устойчивых растений при атаке патогенов изменяется метаболизм. Накапливаются такие соединения, как Н2О2, салициловая кислота, фитоаллексины. Повышенный уровень этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами.

Вот один из примеров, доказывающий роль салициловой кислоты в иммунном ответе растений. Трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилат гидролазы (этот фермент разрушает салициловую кислоту), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно-инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки в растениях в ответ на патоген Н2О2 может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.

В фитовирусологии широко известен феномен индуцированной перекрестной устойчивости растений к вирусным инфекциям. Сущность этого явления состоит в том, что заражение растения одним штаммом вируса предотвращает последующую инфекцию этих растений другим вирусным штаммом. Молекулярный механизм подавления вирусной инфекции пока неясен. Показано, что для иммунизации растений достаточно введения отдельных вирусных генов, например генов капсидных белков. Так, ген белка оболочки вируса табачной мозаики перенесли в клетки табака и получили трансгенные растения, у которых 0,1% всех белков листьев был представлен вирусным белком. Значительная часть этих растений при инфицировании вирусом не проявляла никаких симптомов заболевания. Возможно, что синтезирующийся в клетках белок оболочки вируса мешает вирусной РНК нормально функционировать и формировать полноценные вирусные частицы. Установлено, что экспрессия капсидного белка вируса табачной мозаики, вируса мозаики люцерны, вируса огуречной мозаики, Х-вируса картофеля в соответствующих трансгенных растениях (табак, томаты, картофель, огурцы, перцы) обеспечивает высокий уровень их защиты от последующей вирусной инфекции. Причем у трансформированных растений не отмечалось снижения фертильности, нежелательного изменения ростовых и физиологических характеристик исходных экземпляров и их потомства. Полагают, что индуцированная устойчивость растений к вирусам обусловлена особым антивирусным белком, очень похожим на интерферон животных. Представляется возможным методом генетической инженерии усилить экспрессию гена, кодирующего этот белок, путем его амплификации или подстановки под более сильный промотор.

Следует отметить, что использование генетической инженерии для защиты растений от различных патогенных микроорганизмов в значительной мере сдерживается недостаточностью знаний о механизмах защитных реакций растений. Для борьбы с насекомыми-вредителями в растениеводстве используются химические средства — инсектициды. Однако они оказывают вредное влияние на млекопитающих, убивают и полезных насекомых, загрязняют окружающую среду, дороги, и кроме того, насекомые довольно скоро приспосабливаются к ним. Известно более 400 видов насекомых, устойчивых к используемым инсектицидам. Поэтому все большее внимание привлекают биологические средства борьбы, обеспечивающие строгую избирательность действия и отсутствие адаптации вредителей к применяемому биопестициду.

Уже довольно давно известна бактерия Bacillus thuringiensis, продуцирующая белок, являющийся очень токсичным для многих видов насекомых, в то же время безопасный для млекопитающих. Белок (дельта-эндотоксин, CRY-белок) продуцируется различными штаммами В. thuringiensis. Взаимодействие токсина с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин—насекомое. В природе найдено большое количество штаммов В. thuringiensis, чьи токсины действуют только на определенные виды насекомых. Препараты В. thuringiensis в течение десятилетий использовали для контроля насекомых на полях. Безопасность токсина и его составных белков для человека и других млекопитающих полностью доказана. Встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаемые насекомыми.

Кроме видоспецифичности по действию на насекомых встраивание прокариотических генов дельта-токсинов в геном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не привело к высокому уровню экспрессии. Предположительно такое явление возникло в связи с тем, что эти бактериальные гены содержат значительно больше адениновых и тиминовых нуклеотидных оснований, чем растительная ДНК. Эта проблема была решена путем создания модифицированных генов, где из природного гена вырезали и добавляли те или иные фрагменты с сохранением доменов, кодирующих активные части дельта-токсина. Так, например, с помощью таких подходов был получен картофель, устойчивый к колорадскому жуку. Получены трансгенные растения табака, способные синтезировать токсин. Такие растения были нечувствительны к гусеницам Manduca sexta. Последние погибали в течение 3 суток контакта с токсинпродуцирующими растениями. Токсинообразование и обусловленная им устойчивость к насекомым передавалась по наследству как доминантный признак.

В настоящее время так называемые Bt-растения (от В. thuringiensis) хлопка и кукурузы занимают основную долю в общем объеме генетически модифицированных растений этих культур, которые выращивают на полях США.

В связи с возможностями генной инженерии конструировать энтомопатогенные растения на основе токсина микробного происхождения еще больший интерес к себе вызывают токсины растительного происхождения. Фитотоксины являются ингибиторами белкового синтеза и осуществляют защитную функцию, направленную против насекомых-вредителей микроорганизмов и вирусов. Лучше всех среди них изучен рицин, синтезируемый в клещевине: его ген клонирован и установлена нуклеотидная последовательность. Однако высокая токсичность рицина для млекопитающих ограничивает генноинженерные работы с ним только техническими культурами, не используемыми в пищу человека и на корм животным. Токсин, вырабатываемый фитолаккой американской, эффективен против вирусов и безвреден для животных. Механизм его действия заключается в инактивации собственных рибосом при проникновении в клетки различного рода патогенов, в том числе фитовирусов. Пораженные клетки некротизируются, предотвращая размножение патогена и его распространение по растению. В настоящее время проводятся исследования по изучению гена этого белка и передаче его в другие растения.

Вирусные болезни широко распространены среди насекомых, поэтому для борьбы с насекомыми-вредителями можно использовать природные вирусы насекомых, препараты которых называют вирусными пестицидами. В отличие от ядохимикатов они обладают узким спектром действия, не убивают полезных насекомых, они быстро разрушаются во внешней среде и не опасны для растений и животных. Наряду с вирусами насекомых используются как биопестициды некоторые грибы, поражающие насекомых-вредителей. Применяемые сейчас биопестициды являются природными штаммами энтомопатогенных вирусов и грибов, однако не исключена возможность создания в будущем методами генетической инженерии новых эффективных биопестицидов.

Повышение устойчивости растений к стрессовым условиям

Растения очень часто подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды: высокие и низкие температуры, недостаток влаги, засоление почв и загазованность среды, недостаток или, напротив, избыток некоторых минеральных веществ и т. д.

Этих факторов множество, поэтому и способы защиты от них многообразны — от физиологических свойств до структурных приспособлений, позволяющих преодолевать их пагубное действие.

Устойчивость растений к тому или иному стрессовому фактору является результатом воздействия множества разных генов, поэтому говорить о полной передаче признаков толерантности от одного вида растения другому генноинженерными методами не приходится. Тем не менее у генетической инженерии имеются определенные возможности для повышения устойчивости растений. Это касается работы с отдельными генами, контролирующими метаболические ответы растений на стрессовые условия, например сверхпродукцию пролина в ответ на осмотический шок, на действие засоления, синтез особых белков в ответ на тепловой шок и т. д. Дальнейшее углубленное изучение физиологической, биохимической и генетической основы ответной реакции растения на условия среды, несомненно, позволит применять методы генетической инженерии для конструирования устойчивых растений.

Пока можно отметить лишь косвенный подход для получения морозоустойчивых растений, основанный на генноинженерных манипуляциях с Pseudomonas syringae. Этот микроорганизм, сосуществующий с растениями, способствует их повреждению ранними заморозками Механизм явления связан с тем, что клетки микроорганизма синтезируют особый белок, локализующийся во внешней мембране и являющийся центром кристаллизации льда. Известно, что формирование льда в воде зависит от веществ, могущих служить центрами образования льда. Белок, вызывающий формирование кристаллов льда в различных частях растения (листья, стебли, корни), является одним из главных факторов, ответственных за повреждение тканей растений, чувствительных к ранним заморозкам. Многочисленные эксперименты в строго контролируемых условиях показали, что стерильные растения не повреждались заморозками вплоть до — 6 — 8° С, тогда как у растений, имеющих соответствующую микрофлору, повреждения возникали уже при температурах — 1,5 — 2° С. Мутанты этих бактерий, потерявшие способность синтезировать белок, вызывающий формирование кристаллов льда, не повышали температуру образования льда, и растения с такой микрофлорой были устойчивы к заморозкам. Штамм таких бактерий, распыленный над клубнями картофеля, конкурировал с обычными бактериями, что приводило к повышению морозоустойчивости растений. Возможно, такие бактерии, созданные с помощью методов генной инженерии и используемые в качестве компонента внешней среды, будут служить для борьбы с заморозками.

Повышение эффективности биологической азотфиксации

Хорошо изучен фермент ответственный за восстановление молекулярного азота до аммония. — нитрогеназа. Структура нитрогеназы одинакова у всех азотфиксирующих организмов. При фиксации азота непременным физиологическим условием является защита нитрогеназы от разрушения под действием кислорода. Лучше всех среди азотфиксаторов изучены ризобии, образующие симбиоз с бобовыми растениями, и свободноживущая бактерия Klebsiella pneumoniae. Установлено, что у этих бактерий за фиксацию азота ответственно 17 генов — так называемых nif-генов. Все эти гены сцеплены друг с другом и расположены в хромосоме между генами ферментов биосинтеза гистидина и генами, определяющими усвоение шикимовой кислоты. У быстрорастущей ризобии nif-гены существуют в форме мегаплазмиды, содержащей 200—300 тысяч пар нуклеотидов.

Среди генов азотфиксации выявлены гены, контролирующие структуру нитрогеназы, белковый фактор, принимающий участие в транспорте электронов, регуляторные гены. Регуляция генов азотфиксации довольно сложна, поэтому генноинженерный перенос азотфиксирующей функции от бактерий непосредственно высшим растениям в настоящее время уже не обсуждается. Как показали эксперименты, даже в самом простом эукариотическом организме — дрожжах не удалось добиться экспрессии nif-генов, хотя они и сохранялись в течение 50 генераций.

Эти опыты показали, что диазотрофность (азот-фиксация) свойственна исключительно прокариотическим организмам, и nif-гены не смогли преодолеть барьер, разделяющий прокариоты и эукариоты, из-за слишком сложной своей структуры и регуляции генами, расположенными вне nif-области. Возможно, более удачным окажется перенос nif-генов с помощью Ti-плазмид в хлоропласты, поскольку механизмы экспрессии генов в хлоропластах и в клетках прокариот близки. В любом случае нитрогеназа должна быть защищена от ингибирующего действия кислорода. Кроме того, фиксация атмосферного азота — очень энергоемкий процесс. Вряд ли растение под влиянием nif-генов может так кардинально изменить свой метаболизм, чтобы создать все эти условия. Хотя не исключено, что в будущем методами генетической инженерии можно будет создать более экономно работающий нитрогеназный комплекс.

Более реально использование генноинженерных методов для решения следующих задач: повышение способности ризобии колонизировать бобовые растения, повышение эффективности фиксации и ассимиляции азота путем воздействия на генетический механизм, создание новых азотфиксирующих микроорганизмов путем введения в них nif-генов, передача способности к симбиозу от бобовых растений к другим.

Первостепенной задачей генетической инженерии для повышения эффективности биологической фиксации азота является создание штаммов ризобии с усиленной азотфиксацией и колонизирующей способностью. Колонизация бобовых растений ризобиями протекает очень медленно, лишь единичные из них дают начало клубенькам. Это происходит потому, что местом инвазии ризобии является только одна небольшая область между точкой роста корня и ближайшим к ней корневым волоском, находящимся на стадии формирования. Все остальные части корня и развившиеся корневые волоски растения нечувствительны к колонизации. В ряде случаев сформировавшиеся клубеньки оказываются неспособными фиксировать азот, что зависит от многих растительных генов (выявлено не менее пяти), в частности от неблагоприятного сочетания двух рецессивных генов.

Традиционными методами генетики и селекции удалось получить лабораторные штаммы ризобий с более высокой колонизирующей способностью. Но они в полевых условиях испытывают конкуренцию со стороны местных штаммов. Повышение их конкурентоспособности, видимо, можно осуществить генноинженерными методами. Повышение эффективности процесса азотфиксации возможно применением генноинженерных приемов, основанных на увеличении копий гена, усилении транскрипции тех генов, продукты которых образуют «узкое» место в каскадном механизме азотфиксации, путем введения более сильных промоторов и т. п. Важно повышение коэффициента полезного действия самой нитро-геназной системы, осуществляющей непосредственное восстановление молекулярного азота в аммиак.

Повышение эффективности фотосинтеза

С4-растения характеризуются высокими темпами роста и скоростью фотосинтеза, у них практически отсутствует видимое фотодыхание. У большинства сельскохозяйственных культур, относящихся к С3-растениям, высокая интенсивность фотодыхания. Фотосинтез и фотодыхание — тесно связанные процессы, в основе которых лежит бифункциональная активность одного и того же ключевого фермента — рибулозобисфосфат-карбоксилазы (РуБФК). РуБФ-карбоксилаза может присоединять не только С02, но и 02, то есть осуществляет реакции карбоксилирования и оксигенирования. При оксигенировании РуБФ образуется фосфогликолат, который служит основным субстратом фотодыхания — процесса выброса С02 на свету, в результате чего теряется часть фотосинтетических продуктов. Низкое фотодыхание у С4-растений объясняется не отсутствием ферментов гликолатного пути, а ограничением оксигеназной реакции, а также реассимиляцией С02 фотодыхания.

Одной из задач, стоящих перед генетической инженерией, является исследование возможности создания РуБФК с преобладающей карбоксилазной активностью.

Получение растений с новыми свойствами

В последние годы ученые используют новый подход для получения трансгенных растений с "antisense RNA" (перевернутой или антисмысловой РНК), который позволяет управлять работой интересуемого гена. В этом случае при конструировании вектора копию ДНК (к-ДНК) встраиваемого гена переворачивают на 180°. В результате в трансгенном растении образуется нормальная молекула мРНК и перевернутая, которая в силу комплементарности нормальной мРНК образует с ней комплекс и закодированный белок не синтезируется.

Такой подход использован для получения трансгенных растений томатов с улучшенным качеством плодов. Вектор включал к-ДНК гена PG, контролирующего синтез полигалактуроназы - фермента, участвующего в разрушении пектина, основного компонента межклеточного пространства растительных тканей. Продукт гена PG синтезируется в период созревания плодов томатов, а увеличение его количества приводит к тому, что томаты становятся более мягкими, что значительно сокращает срок их хранения. Отключение этого гена в трансгенах позволило получить растения томатов с новыми свойствами плодов, которые не только значительно дольше сохранялись, но и сами растения были более устойчивы к грибным заболеваниям.

Такой же подход можно применить для регулирования сроков созревания томатов, а в качестве мишени в этом случае используют ген EFE (ethylene-forming enzyme), продуктом которого является фермент, участвующий в биосинтезе этилена. Этилен - это газообразный гормон, одной из функций которого является контроль за процессом созревания плодов.

Cтратегия антисмысловых конструкций широко применима для модификации экспрессии генов. Эта стратегия используется не только для получения растений с новыми качествами, но и для фундаментальных исследований в генетике растений. Следует упомянуть еще об одном направлении в генной инженерии растений, которое до недавнего времени в основном использовали в фундаментальных исследованиях - для изучения роли гормонов в развитии растений. Суть экспериментов заключалась в получении трансгенных растений с комбинацией определенных бактериальных гормональных генов, например только iaaM или ipt т.д. Эти эксперименты внесли существенный вклад в доказательство роли ауксинов и цитокининов в дифференцировке растений.

В последние годы этот подход стали использовать в практической селекции. Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Партенокарпические плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему "лишних косточек", например в арбузе, цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.

Обезоруженную, лишенную онкогенов Ti-плазмиду ученые активно используют для получения мутаций. Этот метод носит название Т-ДНК-инсерционного мутагенеза. Т-ДНК, встраиваясь в геном растения, выключает ген, в который она встроилась, а по утрате функции можно легко отбирать мутанты (явление сайлесинга – замолкания генов). Этот метод замечателен также тем, что позволяет сразу обнаружить и клонировать соответствующий ген. В настоящее время таким способом получено множество новых мутаций растений и соответствующие гены клонированы. М. А. Раменской на основе Т-ДНК мутагенеза получены растения томатов с неспецифической устойчивостью к фитофторозу. Не менее интересен и другой аспект работ - получены трансгенные растения с измененными декоративными свойствами.

Один из примеров - это получение растений петунии с разноцветными цветками. На очереди голубые розы с геном, контролирующим синтез голубого пигмента, клонированным из дельфиниума.

biofile.ru

польза или вред? Генетически модифицированные продукты и организмы. Законодательная база

Тема этой статьи: "ГМО: польза или вред?". Попробуем разобраться в этом вопросе непредвзято. Ведь именно недостатком объективности грешат сегодня многие материалы, посвященные этой неоднозначной теме. Сегодня во многих странах мира (включая Россию) понятие ГМО стало употребляться, когда говорят о "продуктах, которые вызывают опухоли и мутации". Со всех сторон ГМО поливаются грязью по разным поводам: невкусные, небезопасные, угрожают продовольственной независимости нашей страны. Но так ли страшны генетически модифицированные продукты и что это на самом деле такое? Давайте ответим на эти вопросы.

Расшифровка понятия

ГМО - это генномодифицированные организмы, то есть измененные с помощью методов генной инженерии. Понятие это в узком смысле распространяется и на растения. В прошлом различные селекционеры, вроде Мичурина, добивались полезных свойств у растений, используя различные ухищрения. К ним относились, в частности, прививки черенков некоторых деревьев на другие или выбор для посева семян лишь с определенными качествами. После этого нужно было долго ждать результатов, которые лишь через пару поколений стойко проявлялись. Сегодня нужный ген можно перенести в нужное место и таким образом быстро получить желаемое. То есть ГМО - это направление эволюции в нужное русло, ускорение ее.

Изначальная цель выведения ГМО

Целью выведения ГМО изначально было повышение урожайности различных растений, увеличение их устойчивости к неблагоприятным факторам (нехватке питательных веществ, засухе), появление нечувствительности к вирусам, непривлекательность для насекомых-паразитов. Другими словами, ученым хотелось получить растения, которые при минимуме затрат смогли бы вырасти, дать высокие урожаи и решить таким образом продовольственный вопрос. А этот вопрос остро стоит сегодня во многих странах мира. Вот основная цель, которую преследовала генная инженерия и биотехнология, создавая ГМО.

Как создаются ГМО?

Несколько методик можно использовать для того, чтобы создать ГМО-растение. Наиболее популярным сегодня является метод трансгенов. Необходимый ген (например, ген устойчивости к засухе) для этого выделяют в чистом виде из цепочки ДНК. После этого его вносят в ДНК растения, которое нужно модифицировать.

Гены могут браться из родственных видов. В этом случае процесс называется цисгенезом. Трансгенез имеет место тогда, когда ген берется от далеких видов.

Именно о последнем ходят жуткие истории. Многие, узнав о том, что пшеница сегодня существует с геном скорпиона, начинают фантазировать о том, не отрастут ли у тех, кто ее употребляет в пищу, клешни и хвост. Многочисленные неграмотные публикации на форумах и сайтах подливают масла в огонь. Сегодня тема ГМО, польза или вред которых муссируются очень активно, не утратила актуальность. Однако это не единственное, чем "специалисты", плохо знакомые с биохимией и биологией, пугают потенциальных потребителей продуктов, содержащих ГМО.

Содержащие ГМО продукты

Сегодня такими продуктами договорились называть все, что является генномодифицированными организмами или любые продукты, в которых есть компоненты этих организмов. То есть ГМО-едой будут не только генномодифицированная картошка или кукуруза, но и сосиски, в которые добавлена кроме ливера и нитрата натрия ГМО-соя. А вот продукция из мяса коровы, которую кормили пшеницей, содержащей ГМО, не будет считаться таким продуктом.

Действие ГМО на организм человека

Журналисты, не разбирающиеся в таких темах, как генная инженерия и биотехнология, но понимающие востребованность и актуальность проблемы ГМО, запустили утку о том, что, попадая в наш кишечник и желудок, клетки содержащих их продуктов всасываются в кровоток и затем разносятся по тканям и органам, в которых вызывают раковые опухоли и мутации.

Приходится отметить, что этот фантастический сюжет далек от реальности. Любая пища, без ГМО или с ними, в кишечнике и желудке распадается под действием кишечных ферментов, секрета поджелудочной и желудочного сока на составные части, а они являются вовсе не генами и даже не белками. Это аминокислоты, триглицериды, простые сахара и жирные кислоты. Все это на разных участках ЖКТ затем всасывается в кровоток, после чего расходуется на различные цели: для получения энергии (сахара), как строительный материал (аминокислоты), для запасов энергии (жиры).

Например, если взять генномодицифированный организм (допустим, ставшее похожим на огурец уродливое яблоко), то оно будет спокойно пережевано и разложено на составные части таким же образом, как и любое другое без ГМО.

Прочие ГМО-страшилки

Другая байка, не менее леденящая душу, касается того, что в геном человека встраиваются трансгены, что приводит к страшным последствиям вроде бесплодия и рака. Впервые в 2012 году французы написали про рак у мышей, которым давали генномодифицированное зерно. На самом деле Жилем-Эриком Сералини, руководителем эксперимента, была сделана выборка, состоящая из 200 крыс Спрег-Доули. Из них треть кормили ГМО-зерном кукурузы, другую треть - обработанной гербицидом генномодифицированной кукурузой, а последнюю - обычными зернами. В итоге крысы женского пола, употреблявшие в пищу генетически модифицированные организмы (ГМО) дали в течение двух лет рост опухолей в 80 %. Самцы же заработали на таком питании почечные и печеночные патологии. Характерно, что на обычном питании треть животных также погибла от различных опухолей. Данная линия крыс вообще склонна к внезапному появлению опухолей, не связанному с характером питания. Поэтому чистоту эксперимента можно считать сомнительной, и его признали несостоятельным и ненаучным.

Аналогичные изыскания проводились и ранее, в 2005 году, в нашей стране. ГМО в России изучала биолог Ермакова. Она представила на конференции в Германии доклад о высокой смертности получавших ГМО-сою мышат. Подтвержденное в научном эксперименте заявление после этого начало распространяться по всему миру, доводя молодых мам до истерики. Ведь им приходилось кормить искусственными смесями своих малышей. А в них использовалась соя ГМО. Пять экспертов Nature Biotechnology в дальнейшем сошлись во мнении о том, что результаты российского эксперимента являются неоднозначными, и его достоверность не признали.

Хочется добавить, что даже если кусок чужеродной ДНК окажется в кровотоке человека, то эта генетическая информация никаким образом не встроится в организм и не приведет ни к чему. Конечно, в природе существуют случаи встраивания в чужеродный организм кусков генома. В частности, некоторые бактерии таким образом портят генетику мух. Однако подобные феномены не были описаны у высших животных. К тому же генетической информации и в продуктах без ГМО хоть отбавляй. И если они не встраивались в генетический материал человека до сих пор, то можно и дальше спокойно есть все, что усваивает организм, в том числе содержащее ГМО.

Польза или вред?

"Монсанто", американская компания, уже в 1982 году на рынок вывела генетически модифицированные продукты: сою и хлопок. Ей также принадлежит авторство убивающего всю растительность, за исключением генномодифицированной, гербицида "Раундап".

В 1996 году, когда продукты фирмы "Монсанто" были выброшены на рынки, корпорации, конкурирующие с ней, для спасения доходов начали широкомасштабную кампанию, цель которой заключалась в ограничении оборота содержащих ГМО продуктов. Первым в гонениях отметился Арпад Пуштаи, британский ученый. Он кормил ГМО-картошкой крыс. Правда, впоследствии эксперты все выкладки этого ученого разнесли в пух и прах.

Потенцальный вред для россиян от ГМО-продуктов

Никто не скрывает, что на засеянных ГМО-зерновыми землях никогда больше не растет ничего, кроме их самих. Связано это с тем, что сорта хлопчатника или сои, устойчивые к гербицидам, не морятся ими. Таким образом, их можно распылять, добиваясь вымирания всей остальной растительности.

Глифосфат - это самый распространенный гербицид. Он распыляется вообще-то еще до созревания растений и быстро в них разлагается, не сохраняясь в почве. Однако устойчивые ГМО-растения позволяют его использовать в огромных количествах, что повышает риски накопления глифосфата в ГМО-растительности. Также известно, что этот гербицид вызывает разрастание костной ткани и ожирение. А в Латинской Америке и США что-то многовато людей, страдающих лишним весом.

Лишь на один посев рассчитаны многие ГМО-семена. То есть потомства не даст то, что из них вырастет. Скорее всего, это коммерческая уловка, поскольку таким образом сбыт ГМО-семян повышается. Модифицированные растения, дающие следующие поколения, прекрасно существуют.

Поскольку искусственные мутации генов (например, у сои или картофеля) могут повышать аллергенные свойства продукции, часто говорят о том, что ГМО являются мощными аллергенами. А вот лишенные привычных белков некоторые сорта арахиса не вызывают аллергию даже у тех, кто мучился ею раньше именно на этот продукт.

Из-за особенностей опыления ГМО-растения могут сокращать количество прочих сортов своего вида. Если на двух участках, расположенных рядом, посадить обычную пшеницу и пшеницу-ГМО, существует риск, что обычную вытеснит модицифированная, опыляя ее. Однако вряд ли кто-то дал бы им расти рядом.

Отказавшись от своих собственных посевных фондов и используя лишь ГМО-семена, в особенности одноразовые, государство в конце концов окажется в продовольственной зависимости от фирм, являющихся держателями семенного фонда.

Конференции с участием Роспотребнадзора

После того как во всех СМИ были многократно растиражированы страшилки и байки о ГМО-продуктах, Роспотребнадзор поучаствовал во многих конференциях по этому вопросу. На конференции в Италии, состоявшейся в марте 2014 года, его делегация участвовала в технических консультациях по низкому содержанию в товарообороте России генетически модифицированных организмов. Сегодня, таким образом, принят был курс на практически полное недопущение на продовольственный рынок нашей страны такой продукции. Также было отсрочено применение в сельском хозяйстве ГМО-растений, хотя использование ГМО-семян планировалось начать еще в 2013 году (постановление правительства от 23 сентября 2013 года).

Штрих-код

Еще дальше пошло Министерство образования и науки. Оно предложило использовать штрих-код, заменяющий пометку "Не содержит ГМО", в России. В нем должна содержаться вся информация о содержащейся в продукте генной модификации либо о ее отсутствии. Хорошее начинание, однако без специального устройства считать этот штрих-код будет невозможно.

Генномодифицированные продукты и закон

ГМО регламентируются законом в некоторых государствах. В Европе, например, содержание их в продуктах не допускается более 0,9 %, в Японии - 9 %, в США - 10 %. В нашей стране продукция, в которой содержание ГМО превышает 0,9 %, подлежит обязательному маркированию. За нарушение этих законов предприятиям грозят санкции, вплоть до прекращения деятельности.

Вывод

Вывод из всего этого можно сделать следующий: проблема ГМО (польза или вред от использования содержащих их продуктов) сегодня явно раздута. Неизвестны реальные последствия долговременного использования таких продуктов. На сегодняшний день авторитетных научных экспериментов по этому вопросу не проведено.

fb.ru

Генетическая модификация -основное определение | ГМО обзор

Генетическая модификация (ГМ) – изменение генома живого организма с использованием технологии генной инженерии, путем внедрения одного или нескольких генов  взятых у одного организма-донора другому. После такого внедрения (переноса) полученное растение уже будет называться генетически модифицированным, или же трансгенным. В отличие от традиционной селекции исходный геном растения при этом почти не затрагивается и растение получает новые признаки, которыми само оно до этого не обладало. К таким признакам (характеристикам, свойствам) можно отнести: устойчивость к различным факторам окружающей среды (к морозу, засухе, влаге и т.д.) к болезням, к насекомым-вредителям, улучшенные ростовые свойства, устойчивость к гербицидам, пестицидам. Наконец, ученые могут изменять пищевые свойства растений: вкус, аромат, калорийность, времени хранения. Используя генную инженерию можно повысить урожайность, что очень немаловажно, учитывая, что мировое население с каждым годом растет и увеличивается количество голодающих в развивающихся странах.

При традиционной селекции новый сорт можно получить только в пределах одного вида. Например, вывести совершенно новую разновидность риса, можно путем скрещивания разных сортов риса между собой. При этом получается гибридная комбинация, из которой затем селекционер отбирает только интересующие его формы.

Фото. Лабораторные исследования

Так как гибридизация осуществляется между отдельными растениями, практически невозможно вывести сорт, который бы обладал интересующими нас характеристиками, которые будут наследоваться следующими поколениями. Для решения подобной задачи требуется достаточно много времени. Если необходимо вывести новый сорт пшеницы и чтобы этот сорт приобрел некоторые признаки риса, то традиционная селекция тут бессильна. На помощь пришла генная инженерия, при ее использовании можно подопытному растению перенести определенные характеристики (свойства) и все это будет осуществляться на уровне ДНК, отдельных генов. Подобным способом, например, можно пшенице перенести ген морозоустойчивости.

Фото. Результат ГМО, ГМ

Метод генетической модификации позволяет, по-крайней мере теоретически, изолировать отдельные гены, которые ответственны за определенные свойства живых организмом и прививать их совершенно другим организмам, существенно укорачивая при этом срок создания нового вида. Именно поэтому многие селекционеры и ученые во всем мире используют эту технологию при выведении новых сортов. В настоящее время уже выведены устойчивые к пестицидам (гербицидам), насекомым-вредителям и болезням некоторые коммерческие сорта сельскохозяйственных культур. А также, получены сорта с улучшенными вкусовыми качествами, устойчивые к засухе и морозу.

Рекомендуемые статьи:

gmoobzor.com

Растения-ГМО. Растения-ГМО: проекты в перспективе

Владимир Викторович Чуб,доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии растений биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова«Потенциал. Химия. Биология. Медицина» № 11, 12, 2011; № 1, 2 2012

Растения-ГМО: проекты в перспективе

«Потенциал. Химия. Биология. Медицина» № 1, 2 2012

Из предыдущих публикаций («Потенциал» №11 и №12) вы узнали о генетически модифицированных растениях, которые уже широко выращивают в разных странах. В текущем номере речь пойдёт о тех проектах, которые пока ещё не вышли из стен лабораторий. Может быть, какие-то из этих разработок пригодятся человечеству. А заглянуть в будущее всегда интересно.

Изменение состава растительного белка

Заметную часть органических веществ тела человека составляют белки. Для полноценного питания мы должны употреблять ту или иную белковую пищу. Белки состоят из аминокислот, часть которых для человека незаменимы. Это метионин, лизин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин и валин. (В детском питании также важны гистидин и аргинин.)

Белки, которые содержатся в растениях, как правило, не сбалансированы по пропорции незаменимых аминокислот. Так, в белках злаков (которые мы получаем с хлебом и макаронами) мало лизина, а в белках фасоли не хватает метионина. Поэтому в рацион включают относительно дорогие продукты животного происхождения, более сбалансированные по аминокислотному составу: мясо, рыбу, творог, молоко и др. Растительные белки дешевле, их добавка снижает стоимость продуктов. Но при этом человек недополучает некоторых незаменимых аминокислот. Их дефицит особенно остро чувствуется при однообразной диете. Поэтому возникла идея получить трансгенные растения, в которых «исправлен» баланс незаменимых аминокислот. Как подступиться к такой задаче?

Запасные белки зерновых злаков изучают очень активно. Их делят на несколько групп, из которых самые важные для питания — белки клейковины. Вы сами легко можете получить клейковину, если завяжете в марлевый мешочек пшеничную муку и прополощете в воде. Крахмальные гранулы вымоются, а клейкие белки останутся на марле. Главные белки клейковины — глютены (от лат. gluten — клей). Два основных глютена пшеницы — глиадин и глютелин. Именно от качества клейковины зависит пышность выпекаемого хлеба и характерный аромат: в глютенах много метионина и цистеина, которые при нагревании дают летучие соединения серы (рис. 8). Высокое содержание глютенов позволяет раскатать тесто в особенно тонкий пласт, что актуально при выпечке пиццы и аналогичных продуктов. Кроме того, «тягучесть» теста важна для формовки макаронных изделий. Содержание клейковины достаточно высокое в твёрдой пшенице (Triticum durum). Именно её используют для производства макаронных изделий. Твёрдая пшеница особенно хорошо растёт в Поволжье, и наша страна является важным производителем зерна для макаронной промышленности.

Меньше клейковины в мягкой пшенице (Triticum aestivum) (рис. 9). Эта пшеница более урожайна и вполне пригодна для выпечки хлеба (но не для пиццы или производства макарон). Кормовые сорта мягкой пшеницы содержат ещё меньше клейковины, а урожай дают больше, чем «хлебные» сорта. В современных технологиях этот «дефект» кормовых пшениц можно исправить, если добавить глютены и другие поверхностно-активные вещества, которые способствуют стабилизации пузырьков газа, необходимых для создания «пористой» структуры хлеба.

В муке риса содержание клейковины крайне низкое. Это не позволяет выпекать из неё хлеб. Добавка глютенов из пшеницы или других злаков позволяет получить «рисовый хлеб».

Таким образом, потребности в глютенах у современной пищевой промышленности очень велики. Для увеличения «вязкости» и стабилизации пористой структуры их добавляют во многие продукты питания: мороженое, йогурты, кетчупы, шоколадную пасту, карамель и др. На сегодня уже разработана технология имитации мяса (говядины, птицы или даже рыбы) из специально спряденных подкрашенных и ароматизированных волокон глютенов. Дело совсем за немногим: изменить состав растительного белка так, чтобы увеличить в нём долю лизина. Тогда диетическая ценность глютенов приблизится к мясным продуктам. Именно это и пытаются сделать методами генной инженерии.

Но есть и оборотная сторона медали: у некоторых людей есть наследственно обусловленная непереносимость глютенов, а у других возникает аллергия на глютены. Несмотря на то, что доля этих людей невелика (0,5–1%), генные инженеры хотят «выключить» гены глютенов, чтобы получить диетические «безглютеновые» продукты.

Аналогичные проекты по изменению белкового состава зерновок риса ведутся сейчас в Японии. Учёные пытаются изменить состав проламина — главного запасного белка риса. Есть аналогичная идея «выключить» ген проламина риса, чтобы создать диетический продукт, пригодный для питания аллергиков.

«Золотой рис»

Один из нашумевших европейских проектов, стартовавших в 1990-х годах, был «золотой рис» с улучшенным витаминным составом. Основная идея этого проекта — решить проблему дефицита провитамина А (каротина), которая возникает у жителей Юго-Восточной Азии при однообразной диете, состоящей в основном из риса. Из нарциссов учёные выделили несколько генов, отвечающих за биосинтез каротина. Далее эти гены были встроены в геном риса, и у зерновок появился «золотистый» цвет.

Однако проекту «золотого риса» предстояло нелёгкое будущее. Дело в том, что каждое достижение (в том числе и научное изобретение) охраняется законом об авторских правах. В работе над «золотым рисом» участвовало несколько групп европейских учёных. И вот когда проект оказался близким к завершению, люди не смогли договориться между собой, какая часть прибыли кому достанется. А без этого было невозможно продвижение «золотого риса» на поля.

В конце концов, все авторские права были выкуплены у учёных благотворительными организациями, и «золотой рис» отправился в Юго-Восточную Азию, где ему предстоит акклиматизироваться, поучаствовать в скрещиваниях с традиционными сортами и дать начало сортам с зёрнами, обогащёнными каротином.

Негниющие томаты и супербаклажаны

Каждый огородник знает, что хорошо вызревшие томаты хранятся очень недолго, особенно если они хотя бы немного повреждены. Мякоть плода быстро становится мягкой, начинается брожение, а затем в ранки проникают мицелиальные грибы, и плоды безвозвратно портятся. Достаточно одного испорченного плода, как размягчение охватывает весь ящик, и его приходится выбрасывать.

Особенно трудно сдать томаты на переработку на юге, где бывают большие урожаи, и заводы по производству томатной пасты и кетчупа просто не успевают справляться. И, конечно же, такими томатами трудно торговать в супермаркетах, где к плодам прикасаются руки сотен людей, и томаты легко повреждаются.

Размягчение томатов вызывает этилен — газообразное вещество, которое вырабатывается в созревающих плодах. В ответ на этилен в тканях плода синтезируются ферменты — пектиназы, под действием которых и происходит размягчение клеточных стенок (и, соответственно, всего плода). Более того, каждый плод, на который подействовал этилен, сам становится новым источником этилена. Вот почему стоит только одному плоду испортиться, как размягчение охватывает весь ящик. Таким образом, чтобы увеличить срок хранения плодов, можно пойти двумя путями: за счёт генетической модификации либо снизить образование этилена в плодах, либо снизить образование пектиназ (рис. 10).

Генетически модифицированные томаты с повышенной лёжкостью уже созданы. Есть аналогичные проекты по увеличению сроков хранения и других овощей и фруктов.

Казалось бы, увеличение сроков хранения — это хорошо. На последнем этапе созревания происходит также и усиление запаха плодов, поэтому генетически модифицированные томаты оказались менее ароматными, чем обычные сорта. Теперь генные инженеры работают над усилением запаха. Наверное, со временем на прилавках появятся не просто негниющие томаты, но одновременно они будут благоухать на весь магазин.

Знания о гормонах растений помогают повысить урожай. Как вы помните (см. «Потенциал» №7 за 2011 г.), обработка ауксинами увеличивает размер плодов. Этот эффект можно получить, в частности, у баклажанов (Solanum melongena). В одном из проектов удалось получить генетически модифицированные баклажаны, у которых в развивающейся семенной кожуре образуется особенно много ауксинов. Результат превзошёл все ожидания: плоды баклажанов увеличились в 4 раза! Всё было бы хорошо, если бы не маленькая деталь: из-за дефектов в развитии семенной кожуры нормальные семена получить так и не удалось.

История о шампунях и порошках

Поверхностно-активные вещества (детергенты) широко распространены в нашей жизни. Возьмите с полки в ванной наугад флакон с шампунем, тюбик зубной пасты, какое-нибудь увлажняющее средство для кожи или для мытья посуды, стиральный порошок. Внимательно изучив их состав, вы обнаружите там производные лавровой (додекановой) кислоты, более или менее удачно переведённые на русский язык (рис. 11). Чаще всего это лаурилсульфат (додецилсульфат) натрия. Мировые потребности в этом веществе постоянно возрастают. Откуда же берут лавровую кислоту?

Как следует из названия, впервые она была выделена из лавра благородного. Жирное масло, имеющееся в семенах, содержит некоторое количество производных лавровой кислоты. Но лавр совершенно не годится как промышленный источник лавровой кислоты: семян он даёт сравнительно немного, их трудно собирать и перерабатывать.

Сегодня лавровую кислоту получают в основном из масла гвинейской масличной пальмы (Elaeis guineensis) (рис. 12). Это растение даёт рекордный урожай среди всех масличных культур — 4–8 тонн масла с гектара в год!

Но у гвинейской масличной пальмы есть и недостатки. Растёт она исключительно в тёплом влажном экваториальном климате между 18° северной и южной широты. Площади, пригодные для выращивания масличной пальмы, очень ограничены. Кроме того, это растение не размножается вегетативно — пальму можно вырастить только из семян. В течение 4–6 лет масличная пальма растёт, формируя розетку листьев, и лишь после этого формирует ствол. Максимально плодоношение начинается с 15–20 года после посева и продолжается примерно до 70 лет. Поэтому большие рощи масличной пальмы часто принадлежат королевским фамилиям и передаются по наследству.

Основными потребителями пальмового масла являются развитые страны (Европа, Америка, Япония). Чтобы снизить зависимость от экспорта и производить моющие средства на основе лавровой кислоты, хорошо бы иметь какой-нибудь альтернативный источник.

Выбор учёных пал на рапс (Brassica napus) (рис. 13). Рапс можно вырастить в течение одного сезона. Для умеренной зоны Северного полушария это самая рентабельная масличная культура. Единственный его недостаток — в нём нет заметных количеств лавровой кислоты. И получение трансгенного рапса с повышенным содержанием лавровой кислоты кажется вполне естественным.

Для начала необходим ген, который отвечал бы за изменение жирнокислотного состава масла. Для этого в мировой флоре был найден чемпион по содержанию лавровой кислоты — «калифорнийский лавр» Umbellularia californica. Из этого растения был выделен ген, ответственный за синтез лавровой кислоты. После пересадки этого гена в генетически модифицированном рапсе 2 из 3 остатков жирных кислот в составе масла были представлены лавровой кислотой. Теперь европейские страны могут быть спокойны: без шампуней и стиральных порошков они не останутся, генетически модифицированный рапс поможет им получать лавровую кислоту на своей собственной территории.

Модификация растительных жиров

Рапс — очень популярный участник и других проектов с применением генетически модифицированных растений. Дело в том, что рапс — близкий родственник известного модельного растения — резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Геном арабиопсис известен полностью, поэтому легко найти гены, отвечающие за биосинтез тех или иных компонентов масла семян. А у родственных растений гены также очень похожи. Знания, добытые при изучении модельного растения, легко потом применить к рапсу. Чего же хотят учёные, изменяя состав растительного масла?

Среди жирных кислот, входящих в состав запасных веществ растительного масла, можно выделить насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в результате действия особых ферментов — десатураз. Высокая активность десатураз приводит к увеличению доли остатков ненасыщенных жирных кислот в растительном масле и наоборот.

Каждый, кто хоть раз соприкасался с кулинарией, знает, что после неоднократного использования растительного масла для жарки в конце концов появляется характерный запах и вкус «пригари». Это происходит потому, что при нагревании к двойным связям присоединяется кислород. Если бы двойных связей было меньше, растительное масло можно было бы использовать не в одном, а во многих циклах жарки. Это качество интересно прежде всего изготовителям картофельных чипсов, картофеля-фри, попкорна и других продуктов, при выработке которых приходится нагревать растительное масло. Перед генными инженерами стоит задача уменьшить содержание ненасыщенных жирных кислот в растительном масле, чтобы получить «долгоиграющее» масло для различных производств. Это возможно при «выключении» генов десатураз в масличных растениях.

Тем не менее, с точки зрения полезности продукта, для человека лучше, если в растительном масле будет много ненасыщенных жирных кислот. В нашем организме нет десатураз жирных кислот, поэтому состав липидов во многом зависит от поступающей пищи. При усилении активности десатураз в генетически модифицированных масличных растениях повысится доля ненасыщенных жирных кислот, что полезно в диетическом питании. В этом заинтересованы производители «салатного» масла, майонеза и других продуктов, где по технологии растительное масло нагревать не нужно.

Окисление растительного масла может происходить не только на подогретой сковороде. Льняное масло содержит большое количество линолевой и линоленовой кислот (жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями соответственно; общая сумма ненасыщенных жирных кислот — до 90%). При взаимодействии с кислородом воздуха даже при комнатной температуре происходит окисление двойных связей. При этом через кислород между молекулами, входящими в состав льняного масла, образуются ковалентные сшивки. Льняное масло «высыхает», образуя тонкую прочную плёнку. Это свойство используется при изготовлении масляных красок и льняной олифы.

В масле видов рода Aleurites — тунгового дерева — ещё большее содержание ненасыщенных кислот (до 93–94%, из которых до 83% — с тремя двойными связями!). Тунговое масло используют для производства особо прочных быстро высыхающих лаков и специальных водоотталкивающих пропиток для дерева. К сожалению, производство льняного и тунгового масел не удовлетворяет растущие потребности лакокрасочной промышленности. Генные инженеры пытаются изменить состав рапсового масла так, чтобы оно стало пригодным для изготовления лаков и красок.

Одна из «экзотических» жирных кислот, входящая в состав масла рапса, — эруковая кислота. С одной стороны, эруковая кислота снижает пищевую ценность рапсового масла. С другой стороны, эруковая кислота в больших количествах используется при синтезе некоторых полимеров. Выделив из рапса гены, отвечающие за биосинтез эруковой кислоты, можно решить сразу две задачи: создать генетически модифицированный рапс со сниженным содержанием эруковой кислоты (для пищевого использования) и с повышенным содержанием эруковой кислоты (для химической промышленности).

В европейских странах начали задумываться над тем, что запасы нефти небезграничны. Но от машин и личных автомобилей человечество отказываться пока не собирается. Поэтому возникла идея заменить бензин на горючее из возобновляемых биологических источников. Существует проект по разработке «биодизеля» — смеси растительного масла и спирта, которую можно было бы заливать в двигатели внутреннего сгорания. Пока что такие смеси горят с образованием копоти, что засоряет двигатель и снижает сроки его работы. Идёт работа над повышением октанового числа этих смесей. Чтобы модифицировать состав масла в нужном направлении, также собираются использовать генетически модифицированные масличные растения.

Несмотря на кажущийся прогресс в области модификации растительных жиров, многие проекты так и не вышли на промышленные плантации. Дело в том, что растения «не хотят» надолго включать чужие гены. Через какое-то время генно-инженерная конструкция, вставленная в ДНК растений, может «замолчать» (явление сайленсинга, silencing). Если речь идёт о генах устойчивости к гербицидам, то все растения, у которых «замолчали» эти гены, после обработки гербицидами попросту погибнут. То же касается генов устойчивости, например, к вирусным заболеваниям: их семена не попадут в семенной фонд, и останутся только те растения, у которых генно-инженерная конструкция устойчиво работает.

Совсем другое дело, когда ген интереса не является жизненно важным для растения. Действительно, даже если доля ненасыщенных жирных кислот снизится до прежнего уровня, то растения рапса не погибнут. Проконтролировать жирнокислотный состав у каждого растения в поле практически невозможно. Поэтому со временем генетически модифицированный рапс может вернуться к исходному составу масла, не потеряв при этом вставленной в него чужеродной ДНК.

Повышение холодостойкости

С изменением состава жирных кислот связана проблема устойчивости растений к низким температурам. Текучесть мембран любых клеток зависит от соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе липидов. Сравнивая говяжий жир (с преобладанием насыщенных жирных кислот) и растительное масло (с заметной долей ненасыщенных жирных кислот), легко убедиться, что большое количество двойных связей повышает текучесть.

При низких температурах мембрана становится более жёсткой. Это означает, что все мембранные структуры клетки работают хуже. Чтобы этого не произошло, растения при пониженной температуре усиливают работу десатураз жирных кислот. Не все растения способны достаточно быстро изменить жирнокислотный состав, поэтому тропические растения гибнут даже при низких положительных температурах. Мало кто знает, что рис погибает уже при температуре +7°С.

Учёные работают над тем, чтобы после генно-инженерной модификации у теплолюбивых растений десатуразы жирных кислот работали активнее, что помогает справиться с понижением температуры, близким к нулю.

Если температура опускается ниже 0°С, то возникает другая опасность: образование в клетках кристаллов льда с острыми краями. Кристаллы разрушают мембранные структуры, нарушают целостность клетки, и после оттаивания клетка погибает.

Зимостойкие виды растений накапливают в клетках много защитных веществ, препятствующих образованию кристаллического льда (сахароза, пролин, бетаин-глицин и др.). У теплолюбивых растений накопление этих веществ не столь значительно, поэтому они не выдерживают морозов.

Учёные нашли изящный выход и из этой ситуации. Некоторые организмы (ледяная рыба, зимующие насекомые) легко сохраняют жизнеспособность при цикле замораживания-оттаивания благодаря особым защитным белкам. Если перенести соответствующий ген из ледяной рыбы или из насекомого, клетка растения будет хорошо защищена от кристаллов льда, и морозостойкость повысится.

Кто знает, может быть, не за горами создание зимостойких генетически модифицированных персиков и апельсинов, которые можно будет широко выращивать у нас в стране. Пока что успехи более скромные: пытаются получить сорта томатов и огурцов, которые меньше страдают от заморозков.

Как и зачем производить паутину

Возможно, в будущем генетически-модифицированные растения станут «фабриками» новых материалов. В них можно получать самые разнообразные белки, обладающие уникальными свойствами.

Один из таких белков — спидроин, выделяющийся из паутинных желез у пауков. Раствор белка выдавливается через специальное узкое отверстие. Благодаря вытянутой конформации, молекулы спидроина выстраиваются параллельно, секрет желез быстро сохнет, и образуется очень прочная нить — паутина. Она легко выдерживает вес паука. Нить паутины прочнее стальной проволоки того же диаметра, и при этом эластично растягивается еще на треть своей длины.

На особую прочность паутины человечество давно обратило внимание. Особенно широкое применение нити паутины нашли в тропических странах, где обитают крупные пауки (рис. 14). В Юго-восточной Азии из паутины пряли легендарную прочную ткань — тонг-хай-туан-тсе («сатин Восточного моря»). Видимо, именно из нее была сделана мантия, которую некогда привезли королеве Виктории в подарок китайские послы.

В XVII веке была попытка «одомашнить» европейские виды пауков. Президент Палаты счетов из города Монпелье представил доклад в Парижскую Академию наук, предложив технологию изготовления тканей из паутины. К докладу в качестве демонстрации были приложены особо прочные чулки и перчатки.

Парижская Академия создала комиссию, которая подробно изучила рентабельность производства паутины. Оказалось, что на получение одного фунта паучьего шелка потребуется около 600 пауков. При этом количество мух, которое пошло бы им на корм, превышает полчища мух, которые летают над всей Францией! А чулки и перчатки из паутины решили подарить королю — Людовику XIV. Об оснащении флота парусами из паутины мечтал Наполеон, но его мечте также не суждено было сбыться.

В XXI веке к задаче получения паучьего шелка подходят совершенно по-другому. Уже удалось клонировать ген спидроина из ДНК пауков. Есть проект по пересадке этого гена в растения. Такие генетически-модифицированные растения можно широко выращивать на полях, а из их биомассы выделять и очищать спидроин. Дальше раствор белка нужно под давлением пропустить через тонкие отверстия, и после высыхания получится паутина.

Паутину планируют использовать, прежде всего, в скафандрах космонавтов, а также для изготовления композитных материалов с паутинной основой и пропиткой из синтетических полимеров. Эти композитные материалы по идее разработчиков должны со временем заменить титановые детали в корпусах самолетов. Может быть, и мы когда-нибудь будем носить особо прочную одежду из паутины.

Проект по производству антител в растениях

Антитела — белки, вырабатываемые в организме многих животных, которые обеспечивают точное связывание с какими-то чужеродными веществами, попавшими в организм (антигенами) (рис. 15). Связывание антитела с антигеном настолько специфично, что по этой реакции можно определять ничтожные количества антигенов в среде. В частности, антитела используют для производства разнообразных тест-полосок. Например, на старт наносят специфические антитела кролика, связанные с частицами золота (в водной среде эти частицы золота приобретают синюю окраску). На некотором расстоянии от старта к полимеру, из которого сделана полоска, химически пришивают специфические антитела кролика против того же антигена, а чуть подальше — антитела козы к антителам кролика.

Если в среде присутствует искомый антиген, он сначала свяжется с антителами на частицах золота и вместе с ними по капиллярам достигнет неподвижных специфических антител. Здесь антиген опять свяжется с антителами, и движение частиц золота прекратится. Появится первая синяя полоска. Избыток частиц золота с антителами кролика, которые не связались с антигеном, с потоком жидкости достигнет вторых антител (антитела козы против антител кролика). Здесь одни антитела свяжутся с другими антителами, частицы золота остановятся, и проявится вторая полоска.

Если антигена в растворе нет, то частицы золота со специфическими антителами беспрепятственно пройдут мимо первых антител, и «завязнут» только на вторых. Вместо двух синих полосок проявится только одна.

Это — только одна из областей, где применяют антитела. Производить их традиционным способом (через культуру животных клеток) очень дорого. И возникла идея — пересадить гены соответствующих антител из клеток животных в организм растения. Причем от антитела, собственно, нужен только тот участок белка, который связывается с антигеном. Поэтому ген антитела можно даже несколько «укоротить», и получить мини-антитела.

Уже есть успешные попытки пересадить гены антител в ДНК растений. Но тут же возникла трудность. Дело в том, что антитела из животных клеток обычно выделяются наружу. У растений большинство белков, выделяемых наружу, снабжается «хвостом» из нескольких остатков углеводов (гликозилируется). Если антитело гликозилировано, то оно плохо связывает (или даже совсем не связывает) свой антиген. Поэтому ученые собираются вносить «дополнительные коррективы»: выключать гены растений, отвечающие за гликозилирование. После решения этой задачи технология производства антител может кардинально измениться.

Синяя роза и другие

Роза чистого небесно-синего цвета — давняя мечта садоводов. Все попытки селекционеров по выведению синих роз увенчались сортами с сиреневыми или сине-фиолетовыми цветками. Но чистый синий цвет все никак не получался.

За красную, лиловую и синюю окраску цветков отвечает особая группа растительных пигментов — антоцианы. Оказалось, что у роз нет собственного антоциана, окрашенного в синий цвет. Зато такие антоцианы есть, например, среди анютиных глазок (Viola wittrockiana). Японским исследователям удалось пересадить ген соответствующего антоциана из анютиных глазок в розы. Вскоре на рынке должны появиться букеты из генетически-модифицированных синих роз. Их производство планируют заранее ограничить, чтобы цена на них была постоянно высокой.

Но если синяя роза — это еще только разработка, то желтая петуния уже далеко не редкость (рис. 16). В природной гамме окраски лепестков петунии преобладают розовые, красные и фиолетовые тона. Чтобы сделать лепестки желтыми, в ДНК петунии встроили гены биосинтеза флавоноидов — растворимых в воде пигментов, которые придают желтую окраску. Теперь на основе этих желтых петуний поучены сорта с оранжевой окраской. Их широко применяют в озеленении городов, забыв о том, что такие петунии — типичные ГМО.

Теперь благодаря генетической инженерии есть принципиально новые возможности получить растения со сколь угодно богатой окраской лепестков. Если раньше селекционер был ограничен тем генетическим разнообразием, которое есть внутри вида, то теперь гены несвойственной для данного вида окраски можно «позаимствовать» у других растений.

Гибриды F1 и мужская стерильность

Если проводить самоопыление одной и той же генетической линии растений в течение многих поколений, то часто они отстают в росте, дают меньший урожай по сравнению с теми, у которых было перекрестное опыление. Это явление было названо инбредной депрессией (инбридинг — близкородственное скрещивание). Но если две инбредные линии растений скрестить между собой, то получаются особенно мощные растения, урожай от которых выше, чем у обычных сортов. Потомков первого поколения в генетике принято называть гибридами F1 (рис. 17), а явление усиления роста — гетерозисом.

К сожалению, гетерозис ослабевает, если посеять семена, полученные от гибридов F1, и урожай, соответственно, падает.

Можно предложить и более сложную схему скрещиваний, где исходными будут четыре инбредные линии. Сначала нужно получить два разных гибрида F1, а затем скрестить эти гибриды между собой. У некоторых видов растений таким способом удается усилить эффект гетерозиса, который был у каждого из начальных гибридов F1.

На опытных делянках можно подобрать исходные инбредные линии для получения таких гибридов. Но когда дело доходит до промышленного получения гибридов F1. Представьте что на поле нужно сначала удалить все тычинки у одной из линий, причем часто цветки открываются не одновременно, и нужно успеть до созревания пыльцы! Кроме того, цветки, а тем более — тычинки некоторых растений очень мелкие (цветки моркови, например, не более 2–3 мм в диаметре!).

Именно поэтому один из очень востребованных проектов — получение растений со стерильной пыльцой (т. е. с мужской стерильностью). Такие растения могут давать только семена от перекрестного опыления другими линиями того же вида.

Идея этой программы состоит в следующем. Если бы в тычинках у одной из родительских инбредных линий синтезировалось какое-нибудь ядовитое вещество, которое убивает клетки растений, то тычинки не сформировались бы. Однако у полученных гибридов F1 тычинки должны быть нормальными (иначе урожая вообще не будет). Вторая родительская инбредная линия должна содержать какое-то «противоядие», которое не дает действовать ядовитому веществу.

И «яд», и «противоядие» были найдены у одного из видов бактерий — Bacillus amylolyquefaciens. В ее клетках синтезируется специфическая РНКаза — барназа (BaRNAse, от Bacillus amylolyquefaciens RNAse). Барназа разрушает чужеродные РНК и используется бактерией для защиты. Чтобы собственная РНК в клетке не разрушилась, в них синтезируется другой белок — барстар (Barstar). Этот белок образует с барназой прочный комплекс, и она перестает работать.

Чтобы получить растения с мужской стерильностью, нужно кодирующую часть гена барназы «пришить» к промотору какого-нибудь гена, работающего в тычинках. У трансгенной линии тычинки не разовьются. Для второй линии к такому же промотору нужно «пришить» кодирующую часть гена барстар. Тогда у гибридов F1 между этими двумя линиями в тычинках одновременно образуются и барназа, и барстар. Тычинки могут развиваться нормально, и мы получим хороший урожай.

Эта программа сталкивается с обеспокоенностью людей, что в геноме модифицированных растений в принципе будет содержаться ген биосинтеза какого-то потенциально опасного белка. Поэтому приходится искать другие пути получения мужской стерильности. В частности, было замечено, что у табака жизнеспособная пыльца не образуется, если поврежден один из генов азотного метаболизма, отвечающего за цитоплазматическую форму глутаминсинтетазы. В принципе у растений есть и другая форма этого фермента, которая находится в хлоропластах. Так что без глутамина растение в целом не останется. Однако для развития пыльцы почему-то важна именно цитоплазматическая форма.

Схема получения гибридов F1 теперь несколько изменится. Одна из инбредных линий будет дефектна по гену глутаминсинтетазы, а у второй он будет нормальный. Гибридам F1 достанутся две копии гена глутаминсинтетазы: дефектная и рабочая. В принципе в цитоплазме фермент заработает, и жизнеспособность пыльцы восстановится.

В современном мире каждая семеноводческая фирма старается с производства сортов переходить на производство семян гибридов F1. Дело в том, что сорт можно длительно размножать без потери качества урожая. Фермер только один раз придет на фирму для покупки семян, а дальше в принципе может сам высевать семена собственного сбора*. Если же фирма предлагает более урожайные семена гибридов F1, то закупать их придется ежегодно. Ведь эффект гетерозиса в следующем поколении теряется.

Гибриды F1 позволяют фирмам-производителям семян сохранять свое know-how. Ведь нельзя воспроизвести «фирменный» гибрид F1, если нет родительских инбредных линий. Кроме того, фирмам-конкурентам трудно вовлекать гибриды F1 в свои программы скрещиваний с целью улучшить свои сорта за счет селекционных достижений конкурента. Таким образом, гибриды F1 очень выгодны фирмам-производителям.

Патентование достижений селекции

С производителями семян связана необычная область применение генной инженерии. Чтобы получить новый сорт, селекционеры часто тратят десятки лет. Подобирают родительские пары для скрещивания, если нужно — воздействуют мутагенами, отбирают среди потомков самые перспективные растения, размножают их и тестируют на урожайность, устойчивость к болезням и климатическим факторам в разных условиях. Только после этого сорт можно выпускать для широкого использования.

У конкурентов есть большой соблазн либо выдать чужое селекционное достижение за свое, либо, воспользовавшись достигнутым чужим результатом, скрестить новый сорт со своими, и получить что-то сходное, как бы «улучшенный вариант» нового сорта. Такая политика конкурентов снижает прибыль от продажи нового сорта.

Во многих странах селекционные достижения патентуют для того, чтобы хоть как-то защититься от подобного рода явлений. Чтобы доказать, что конкуренты использовали чужое селекционное достижение, предлагают путем генетической модификации ввести в ДНК каждого нового сорта определенную последовательность нуклеотидов (что-то вроде штрих-кода). У каждой фирмы, занимающейся селекцией, будет своя, отличающаяся от других, последовательность нуклеотидов. После этого анализируя пробы ДНК легко выявить, использован ли в скрещиваниях чужой генетический материал.

* В России воспроизведение семенного материала регламентировано законом, защищающим интересы семенных фирм. Собственные семена без лицензии можно собирать не более 4 лет, причем каждый год подавать в налоговую службу об этом декларацию. Однако на практике этот закон в полной мере не работает.

elementy.ru

Генная модификация растений, ГМО– панацея или вред для человечества

Более 4,5 млрд. лет существует человек на планете Земля, и все это время  старается раскрыть тайны природы.

 Делая любой шаг в этом направлении, он должен тщательно продумывать действия,  их последствия, чтобы ошибки не угрожали нашей планете и не привели к ее краху. Если  представить образно, что Земля существует один день, то человечество на ней- всего одну  минуту. Между тем генная инженерия, ставшая достоянием человеческого прогресса, стала  всемогущей в последние столетия, вмешиваясь в законы жизни растений и животных, при  этом, не задумываясь о возможных негативных последствиях. 

К началу 21 века голодающих в мире возросло до 1 млрд. человек. Вечная проблема  человечества – угроза голода привела к изобретению различных способов увеличения  растительной и животной пищи. Один из прогрессивных методов, совершенствующий свойства,  ускоряющий процессы роста, повышающий урожайность сельхоз культур - создание  генномодифицированной продукции. В результате многих опытов и экспериментов по внедрению  в семена культурных растений генов животных, рыб, других растений получились так  называемые универсальные гибриды. Картошка с геном подснежника, клубника и помидор с  геном камбалы или пшеница с геном скорпиона не портятся, не гниют, не боятся засухи,  стойкие к перепадам температур, уничтожению насекомыми-вредителями и прекрасно сохраняются. Еще в 1996 году биоэнергетики открыли, что гибриды  ГМО увеличивают в среднем прибыль на 12%, урожайность на 52%, продуктивность на 167  тонн в сравнении с натуральной продукцией.  В результате исследований организовались две группы ученных с противоположными мнениями о пользе и вредных последствиях для человека генномодифицированных продуктов. Первая  считала что, так устранена проблема голода на Земле, тогда как оппоненты выявили угрозу  для здоровья и жизни человечества, считая, что потребление таких продуктов приводит к  аллергии, онкологическим заболеваниям и бесплодию. Вследствие этого возник и страх перед  ГМО. Процессы селекции с получением гибридов путем скрещивания различных сортов отдельных  видов растений существовали и прошлые столетия. Выведение новых образцов, обладающих  определенными качествами, производилось в течение длительного периода, около 10 лет,  тщательно выверяя пользу для человека. Генные инженеры, стремясь ускорить процесс  получения модифицированных видов пшеницы, картофеля, кукурузы, томатов и других культур,  важных в питании человека, сократили время и создали универсальные виды, устойчивые к  выживанию в любой природной среде, воздействию вредоносных бактерий. Получают ГМО продукт путем внедрения в существующий генный аппарат неприсущий ему ген,  нарушая основную структуру культуры, выстроенную веками. И тяжело понять сразу, как  данный мутант при постоянном потреблении его человеком сыграет на здоровье организма.  Конечно, с выведенными продуктами ГМО производятся генные и молекулярные тестирования  в биохимических лабораториях, опыты на мышах, получая при этом различные результаты.  Обнаружен «спящий ген», который проявляет свое негативное воздействие по истечении  нескольких лет, когда уже нельзя остановить смертоносный механизм. Суть в том, что  только через время модифицированные генами продукты претерпевают изменения, тогда и  проявляются опасные токсины. Выявлено, что продукты трансгенной модификации проигрывают  натуральным во вкусе и ароматах. Изменения наследственных свойств растений и животных  может привести к непредсказуемым страшным последствиям для планеты и человека, нарушая  равновесие в природе, приводя к тяжелым заболеваниям.

pro-medica.ru

Смотрите также

• 
  Википедия растение толстянка
• 
  Березка растение сорняк
• 
  Американка растение сорняк
• 
  Растения зимолюбка фото
• 
  Растение горшечное кофе
• 
  Хлорофитум характеристика растения
• 
  Уникальные растения евразии
• 
  Толстянка растение википедия
• 
  Тгк содержащие растения
• 
  Стевия растение выращивание
• 
  Родина растения гортензия