Трансгенные растения и животные как биореакторы. Трансгенные растения это
Трансгенные растения и животные как биореакторы
Существенное продвижение в понимании того, как функционируют гены, расшифровка геномов и развитие методологии генной инженерии позволили перейти от длительных и трудоемких методов традиционной селекции к прямому генетическому конструированию нужных признаков у конкретного организма. При создании трансгенного организма новый генный комплекс конструируется в пробирке и напрямую вводится в организм, фактически таким методом получения нового признака ученые просто ускоряют эволюцию.
Новые методы селекции - это сочетание молекулярных и традиционных методов. Необходимо отметить, что старые методы также остаются широко востребованными при создании новых организмов. Выяснилось, что трансформированные с идентичной конструкцией ДНК трансгенные клоны, полученные параллельно в одном и том же опыте, значительно различаются по уровню экспрессии введенного гена, поскольку работает эффект положения и копийности гена.
И необходимо проводить дальнейший отбор с анализом наследования полученного признака, используя традиционные методы селекции. Генно-инженерные манипуляции с геномом, сформировавшимся в процессе длительной эволюции, могут нарушать, в какой-то степени, сбалансированные генные комплексы и, соответственно, жизнеспособность полученных трансгенных организмов.
Например, встраивание селективного гена, нужного только для отбора трансгенных растений, может нарушить первичную структуру какого-либо хозяйского гена и тем самым вызвать его инактивацию. Это событие, по-видимому, не так редко, особенно с учетом того, что трансгены чаще встраиваются в транскрибируемые области хроматина (эухроматин). В последующих поколениях такой инактивированный ген может перейти в гомозиготное состояние, выражаясь в непредусмотренной и обычно нежелательной фенотипической мутации.
Появляется необходимость дальнейшего скрещивания и отбора для удаления нежелательных побочных мутаций у трансгенов. Иногда имеется необходимость удаления маркерных генов вообще, так что для получения новых организмов применяется сочетание старых и новых методов селекции.
В настоящее время практическая генно-инженерная биотехнология развивается по двум основным направлениям.
Первое направление, получившее не очень удачное название «молекулярное разведение (или селекция)» (molecular breeding), специализируется на решении новыми методами традиционных селекционно-генетических проблем повышения продуктивности хозяйственно ценных организмов и их защиты от различных биотических и абиотических стрессовых факторов. Второе направление, названное «молекулярным производством»» (molecular farming), специализируется на получении и использовании трансгенных организмов в качестве биореакторов, продуцирующих ценные для промышленности и медицины органические соединения.
Конструирование трансгенных растений
Возможность получения трансгенных растений основана на тотипотентности их некоторых клеток, т.е. способности в определенных условиях под действием фитогормонов дифференцироваться с образованием полноценного растения. Таким образом, из сконструированных генно-инженерными методами отдельных клеток можно получить фертильные растения, все клетки которых несут чужеродный генный комплекс (трансгенные растения).Для создания трансгенного растения необходимо трансформировать культивируемые клетки, их протопласты или клетки в составе органов, отделить от нетрансформированных клеток и получить из отдельных клеток целые трансгенные растения (рис. 2.12). К настоящему времени для трансформации растений разработано несколько эффективных систем переноса рекомбинантной ДНК в клетки и экспрессирующих векторов, которые работают в ряде растительных клеток. Векторы на основе Ti-плазмид.
Рис. 2.12. Схема получения трансгенного растения трансформацией эксплантов (кусочки органа растения, например фрагменты тканей семядоли)
Бактерии рода Agrobacterium иногда называют природными генными инженерами за их способность переносить свою плазмидную ДНК в клетки зараженных растений, интегрировать ее в геном организма-хозяина и вызывать стабильную трансформацию этих клеток введенными генами. Все они приводят к образованию у двудольных растений корончатых галлов - трансформация индуцирует образование опухолей, похожих на раковые. Инфекционным агентом является так называемая Ti-плазмида (tumor-inducing plasmid) в 200-250 тнп (рис. 2.13), которая содержит все гены, необходимые для инфекционного процесса. 
Введение генов непосредственно с помощью Ti-плазмид не используется, поскольку приводит к образованию опухолевых клеток, из которых невозможно получить целое растение. Для этих целей применяют небольшие векторные молекулы на основе Ti-плазмид с удаленными онкогенами из переносимой Т-области, которая ограничена 24-нуклеотидными повторами.
Генетически модифицированные растения получают простой инкубацией любых частей растения с суспензией рекомбинантных агробактерий. Во всех случаях достигается высокоэффективный перенос рекомбинантной ДНК в геном трансформируемых клеток. Интеграция рекомбинантной ДНК происходит случайным образом с небольшим предпочтением участков активно транскрибируемых генов (эухроматин).
Для внедрения больших фрагментов ДНК в клетки растений путем введения фланкирующих Т-область последовательностей из Ti-плазмиды в состав векторов для клонирования больших фрагментов ДНК получены соответствующие космидные векторы, а также векторы на основе искусственных бактериальных хромосом (ВАС), получившие название TAC (transformation-competent bacterial artificial chromosomes). ТАС-векторы могут быть реплицированы как в клетках Е. coli, так и агробактерий, что позволяет с помощью рекомбинантных агробактерий вводить в клетки растений фрагменты ДНК длиной более 150 тнп.
Другие векторы для конструирования трансгенных растений c прямым введением чужеродных генов в виде очищенной ДНК в растительные клетки также разработаны, поскольку эффективные системы переноса генов в растительный геном с помощью агробактерий работают не для всех видов растений. Эти векторы в основном предназначены для сборки эффективной экспрессионной генной конструкции в E. coli с последующим введением в растительную в клетку очищенной ДНК. Наиболее известные способы доставки рекомбинантной ДНК в растительные клетки приведены в табл. 2.1.
Растительные векторы отличаются главным образом различными сигнальными и регуляторными последовательностями, которые обеспечивают эффективную транскрипцию генов в растительных тканях, и различными селективными маркерами. Наиболее важными из регуляторных последовательностей являются проксимальный участок промотора, связывающий РНК-полимеразу; участок, кодирующий 5'-конец мРНК, необходимый для связывания с рибосомой и инициации трансляции, и эукариотический сигнал полиаденилирования на З'-конце мРНК. Среди эукариотических организмов эти конститутивные сигнальные элементы оказались, к счастью, высококонсервативными и достаточно универсальными, так что растительные клетки в основном правильно экспрессируют чужеродные гены не только растений других видов, но и млекопитающих, дрожжей и других эукариот.
Но для обеспечения достаточного уровня работы чужеродного гена необходимы сильные регуляторные и сигнальные элементы экспрессии, в которых ключевыми являются промоторы, хорошо работающие именно в клетке-мишени. Как и в других системах, для конструирования растительных векторов популярны элементы экспрессионной системы вирусов.
В настоящее время одним из наиболее широко используемых промоторов для двудольных является сильный конститутивный 35S-промотор, выделенный из вируса мозаики цветной капусты (ВМЦК, CaMV) из группы каулимовирусов. Также для двудольных широко используется nos-промотор гена нопалин-синтазы агробактерий, хотя он намного слабее 35S; для однодольных - промоторы гена алкогольдегидрогеназы кукурузы (Adh) и гена актина 1 риса (Act).
Во многих векторах для трансформации растений как селективный, так и целевой гены находятся под контролем все того же классического 35Б-промотора. Наличие рядом двух копий 35S-промотора может отрицательно сказываться на уровне экспрессии, поскольку множественные копии этого вирусного промотора в геноме могут быть одной из причин «замолкания» трансгена (явление сайлесинга (gene silencing) в ряду поколений). В этой связи в настоящее время ведется как поиск новых, более эффективных промоторов, так и создание их химерных форм.
Особенно нужны эффективные тканеспецифичные и индуцибельные промоторы для тканеспецифичной и/или индуцированной экспрессии трансгена. Экспрессия под сильными конститутивными промоторами, с одной стороны, приводит к большому количеству целевого белка, с другой - к синтезу этого белка во всех тканях растения, что может отрицательно сказаться на жизнеспособности и стабильности трансгенного растения и часто нежелательно для исследователей.
Векторы для трансформации хлоропластов высших растений (транспластомные векторы) относятся к интегративным векторам. Хлоропласты содержат полноценную генетическую систему, сходную с прокариотическими, т.е. все компоненты, необходимые для экспрессии генетической информации, включая белоксинтезирующий аппарат. Геном хлоропластов (пластом) размером 130-160 тнп заключает в себе более 100 различных генов. Векторы для трансформации хлоропластов предназначены для интеграции чужеродной ДНК в пластом с помощью гомологичной рекомбинации.
Представляют собой кольцевые молекулы ДНК, содержащие кроме обычного векторного набора два участка длиной по 1 -2 тнп, гомологичные последовательностям ДНК хлоропластов, в которую и происходит встраивание. Экспрессионная кассета между этими гомологичными последовательностями состоит из 5'-некодирующей области с промотором, регулирующим транскрипцию (иногда включает последовательность лидерного пептида перед множественным клонирующим сайтом для целевой ДНК) и 3'-некодирующей регулятор-ной области с терминатором транскрипции, стабилизирующей структуру мРНК, что является одним из условий достижения высокого уровня экспрессии трансгена в хлоропластах.
Для получения эффективной транскрипции клонированного гена часто используют сильный Prrn-промотор оперона рибосомальных рРНК (rrn). В зависимости от размера хлопластной ДНК растения данная векторная система позволяет вводить в геном хлоропластов фрагменты ДНК длиной до 50 тнп, содержащие до 20-30 генов. В геноме хлоропластов описано, по крайней мере, около 20 сайтов, по которым удалось получить продуктивную интеграцию вектора.
Получение транспластомных растений, содержащих генетически измененные хлоропласты, является одним из перспективных направлений, поскольку хлоропласты не переносятся с пыльцой, а значит, устраняется опасность распространения трансгенов с пыльцой среди перекрестно опыляемых растений близких видов. Кроме того, сама пыльца трансгенных растений менее токсична для насекомых, которые не являются мишенью ее токсического воздействия у растений, синтезирующих инсектициды.
Для генома хлоропластов характерен высокий уровень полиплоидии -10-100 копий на хлоропласт. Учитывая большое число самих хлоропластов на клетку, каждая отдельная клетка с трансформированными хлоропластами содержит тысячи копий трансгена, что позволяет получать очень высокий уровень экспрессии соответствующих рекомбинантных белков (до 25 % от суммарного растворимого клеточного белка).
Транзиентная «временная» экспрессия в растениях - это еще один путь для синтеза чужеродных целевых белков. Преимущество транзиентной экспрессии заключается в том, что этот метод не приводит к возникновению трансгенного растения с его экологическими и другими ограничения для ГМО. Чаще всего для этого используются векторы на основе различных фитовирусов, например, вируса табачной мозаики (ВТМ), вируса мозаики коровьего гороха (ВМКГ).
Заражение растительных тканей производят рекомбинантными вирусами, несущими в своем составе гены целевых белков. Скорость мультипликации вирусной РНК в растениях чрезвычайно высока, за счет чего достигается высокая копийность транскриптов чужеродных генов в цитоплазме зараженных клеток. Поэтому продуктивность вирусной системы экспрессии в среднем на 2 порядка выше по сравнению со стабильной трансформацией растений. Иногда такую технологию применяют для масштабного коммерческого производства.
Для транзиентной продукции в растениях также используют векторы Ti-системы. При инфицировании целого растения или его части (листья) рекомбинантной Agrobacterium, содержащей целевой ген в составе бинарного вектора, уровень продукции чужеродного белка может достигать 10-30 % от общего растворимого белка растения в короткое время (5-10 дней). Такой способ также используется, когда требуется проверить сконструированную экспрессионную кассету перед получением стабильных трансформантов или разово наработать небольшое количество (порядка миллиграмма) рекомбинантного белка, например, для оценки его качества или доклинических испытаний.
Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
medbe.ru
Трансгенные растения
Как же получают так называемые трансгенные растения? Так ли много опасного и страшного в трансгенных растениях, как о том говорят средства массовой информации? И чем они лучше «обычных» растений, если во многих странах их продолжают активно выращивать, несмотря на негативное отношение общественности?
Веками селекционеры работали над выведением разных сортов культурных растений, придавая им различные полезные свойства. Чем лучше сорт растения, тем он капризнее, больше подвержен различным инфекционным заболеваниям, неустойчив к вредителям или засухе.
В принципе, выведение генетически модифицированного (или, как говорят ученые, трансгенного) растения ничем не отличается от получения генетически измененной бактерии. Главная задача — выделить нужный ген и встроить его в структуру ДНК растения. Но такая задача кажется простой только на первый взгляд. Ведь геном растения гораздо больше генома бактерий, он содержит многие тысячи генов. Так, совсем недавно ученые выяснили, что геном самого обычного риса по своим размерам превосходит даже геном человека! Теперь понятно, что встроить чужеродный ген в нужное место растительной ДНК вовсе не так просто.
На помощь ученым в решении столь сложной проблемы пришли … бактерии, вернее, одна из них, которая в переводе с латыни называется «полевая бактерия, вызывающая опухоли». Это не совсем обычная бактерия — она способна встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК. Клетки растения, зараженные чужой ДНК начинают бурно делиться, в результате чего возникает опухоль, в которой живут и размножаются сами бактерии.
Получается, что бактерия может сделать за человека значительную часть работы: достаточно встроить нужный ген в ДНК бактерии (а это ученые уже научились делать), и дальше бактерия сама «заразит» им растения. Для этой цели исследователи даже специально вывели особую форму полевой бактерии, которая не вызывает развития опухоли — кому будут нужны трансгенные растения, страдающие раком?
Итак, процедура получения генетически измененного растения выглядит следующим образом: нужный ген размножают и встраивают в ДНК полевой бактерии, затем модифицированными бактериями заражают культуру клеток нужного вида растений, а выращивать целое растение из одной-единственной клетки ботаники научились уже довольно давно.
Однако оказалось, что этот метод подходит не для всех растений — полевая бактерия не может заразить такие важные культурные растения, как рис, кукуруза или пшеница. Поэтому ученым пришлось разрабатывать и другие способы получения трансгенных растений. Самый экзотический из них — это так называемая ДНК-пушка. Причем «пушка» в буквальном смысле этого слова: нужную ДНК наносят на микрочастицы (диаметром всего лишь в несколько тысячных миллиметра) какого-нибудь металла, например вольфрама или золота, а получившимися «снарядами» обстреливают растительную клетку. ДНК-заряды легко пробивают клеточную оболочку, некоторые из них проникают внутрь ядра клетки, при этом молекулы ДНК попадают прямо в цель — в хромосомы растений. Далее из клеток, которые восприняли нужный ген, выращивают целые растения, размножающиеся обычным способом.
Иногда в оболочке растительных клеток проделывают мельчайшие отверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через них в клетку проходят кусочки ДНК. В некоторых случаях успешно применяется впрыскивание ДНК в клетку специальным шприцем под микроскопом.
Итак, сам процесс получения генетически измененных растений сейчас не вызывает никаких затруднений, над созданием трансгенных растений работает множество научных лабораторий в различных странах мира. Лишь в активе одной из американских фирм, впервые получившей генетически измененное растение в 1982 году, к настоящему времени имеется более 45 тысяч различных сортов трансгенных растений! Список растений, к которым были применены методы генной инженерии, составляет несколько сотен видов, это и яблоки сливы, виноград, капуста, баклажаны, огурцы, а также пшеница, рис, соя, рожь и множество других культур. Чем же так привлекательны генетически измененные растения?
Одна из важнейших задач, стоявших перед учеными, — получить растения, устойчивые к вирусам и насекомым-вредителям. Ведь на борьбу с вредными насекомыми ежегодно во всем мире тратятся миллионы долларов, на поля выливаются тысячи тонн опаснейших для окружающей среды химических соединений, а проблема все еще далека от решения.
Генетики изобрели интересный способ борьбы с вредителями: в геном растений внедряются гены, ответственные за синтез биологически активных веществ — инсектицидов. В результате культурные растения становятся не только несъедобными, но даже смертельно опасными для насекомых-вредителей. Другими словами, «нужные» гены могут «научить» растение самостоятельно бороться с тем или иным вредителем.
Американским ученым удалось таким образом получить картофель, который устойчив к колорадскому жуку, хлопчатник, несъедобный для гусениц хлопковой совки, и многие другие подобные трансгенные растения. Эти открытия позволили почти в 2 раза уменьшить использование химических препаратов, опасных для окружающей среды.
Точно также растениям можно «привить» гены устойчивости к различным вирусам: к настоящему времени получены трансгенные растения, которые могут противостоять воздействию огромного количества разнообразных вирусных инфекций. Конечно, трансгенные растения получают не только для того, чтобы отпугнуть вредителей или не дать распространиться опасному вирусу, — возможности генной инженерии гораздо шире.
cvetutcvety.ru
Трансгенные растения. Современные биотехнологии - реферат
Похожие главы из других работ:
Водная и прибрежная растительность
2. Водные растения
Водные растения -- многолетние (реже однолетние) растения, необходимое условие жизни которых -- пребывание в пресной (большей частью), солёной или солоноватой воде. Одни из них самая многочисленная группа...
Генетически модифицированные организмы
ГМ - РАСТЕНИЯ В РОССИИ
На российском рынке ГМ-продукция появилась в 90-е годы. В настоящее время в России разрешенными являются 17 линий ГМ-культур (7 линий кукурузы, 3 линии сои, 3 линии картофеля, 2 линии риса, 2 линии свеклы) и 5 видов микроорганизмов...
Генетически модифицированные организмы. Принципы получения, применение
2.2.1 Трансгенные микроорганизмы в медицине
В настоящее время в мире, по данным ВОЗ, насчитывается около 150 млн людей, страдающих диабетом. Приблизительно 20 млн пациентов нуждаются в инсулиновой терапии. Животный инсулин, получаемый от свиней и телят, весьма дорогостоящий, кроме того...
Генетически модифицированные организмы. Принципы получения, применение
2.4 Трансгенные животные в сельском хозяйстве
Основным направлением исследований в области генетической инженерии животных является выведение пород с повышенной продуктивностью, устойчивостью к болезням и т.д. Например...
Клумбы и цветочные растения
2 КЛУМБОВЫЕ РАСТЕНИЯ
...
Лекарственные растения – сорняки полей и огородов
2.5 Растения, содержащие алкалоиды
БЕЛЕНА ЧЕРНАЯ Hyoscyamus niger Сем. Пасленовые - Solanaceae Строение Белена черная - двулетнее травянистое растение с одиночным ветвистым бороздчатым стеблем и стержневым корнем. На первом году образуется только розeтка прикорневых листьев...
Лекарственные растения – сорняки полей и огородов
2.7 Растения, содержащие сапонины
ХВОЩ ПОЛЕВОЙ Equisetum arvense Cем. Хвощевые - Equisetaceae Строение Многолетнее споровое растение высотой до 50 см. Стебли членистые с зубчатыми влагалищами в узлах. Спороносные стебли появляются рано весной...
Наперстянка пурпурная
2. Описание растения
Наперстянка красная--травянистое двулетнее растение семейства норичниковых. В культуре в первый год вегетации образует густую розетку прикорневых листьев, а на второй год--генеративные побеги; растение цветет и плодоносит. Корень мочковатый...
Наперстянка пурпурная
3. Из истории растения
Уже в 1650 году наперстянка пурпуровая была включена в английскую фармакопею. Врачи тех времен считали наперстянку слабительным и рвотным средством на том основании, что она будто "очищает тело сверху донизу"...
Основные проблемы генетики и роль воспроизводства в развитии живогов развитии живого
4.1 Трансгенные организмы
Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для конструирования последовательностей ДНК, нужную исследователям...
Растения-хищники
Насекомоядные растения
Поскольку таких растений довольно много и все они ловят добычу по-разному, ботаники разделили их на три группы. Первая -- активные хищники. Хватают жертву без лишних промедлений, чуть только окажется в пределах досягаемости...
Современные биотехнологии
Трансгенные животные
Наибольший интерес на сегодняшний день вызывает бурное развитие таких наук как биотехнология и генная инженерия, воплотившие в жизнь самые немыслимые проекты ученых...
Транспорт и распределение тяжелых металлов и поливалентных катионов в высших растениях
2. Строение высшего растения
Для лучшего понимания процессов транспорта и распределения ионов металлов по растению, необходимо знать общую схему его строения. У высших растений выделяют подземную часть--корень и надземную--побег, состоящий из стебля и листьев...
Хищные растения
2.1 Растения с ловушками-западнями
Саррацениевые из-за своих относительно крупных размеров и широкого распространения относятся к самым известным насекомоядным растениям. В США произрастают 10 их видов из двух родов. У гелиамфор цветки мелкие в соцветиях...
Цветочное растение – ландыш
2. Характеристика растения
...
bio.bobrodobro.ru
Трансгенные растения
Вопрос об использовании продукции генетически модифицированных растений, содержащих бактериальные токсины, еще не может считаться окончательно решенным.
Такие растения получают в результате генной инженерии. В геном растений встраивают гены других организмов, в том числе даже от представителей других царств. В геном необходимо ввести не менее трех чужеродных генов. Таким образом, например, получают растения риса, обогащенные витамином А, что очень важно для населения Юго-восточной Азии. В 2001 году посевы трансгенных растений в США составили 35,7 миллиона га, в Аргентине — 11,8 миллионов, в Китае — 1,5 миллиона. В России посев трансгенных растений пока запрещен, однако разрешено потребление пищи и кормов из трансгенных сои, кукурузы, картофеля и сахарной свеклы.
Для защиты растений в их геном вводят гены бактерии Bacillus thiiringiensis, вызывающей заболевания насекомых, обычно кончающиеся их гибелью. Среди таких растений хлопок, кукуруза, табак и картофель. Питание такими растениями кукурузы приводит к гибели гусениц стеблевого кукурузного мотылька, а картофеля — колорадского жука. При питании тлей на трансгенных растениях Solarium melongema их плодовитость и, соответственно рост численности популяций заметно снижаются (Ribeiro and oth., 2006). Использование таких растений снимает необходимость применения пестицидов. Это приводит к заметному увеличению численности естественных врагов. Общая устойчивость агроэкосистемы при этом должна возрасти, что может быть полезным и для соседних угодий.
Уже в первый год после начала использования (1996 год) в США экономия химических пестицидов (фосфорорганики и пиретроидов) составила не менее 3,8 миллионов литров. Расчеты показывают заметное снижение себестоимости сельскохозяйственной продукции.
К сожалению, результаты использования таких растений вызывают сомнения. Действительно, с одной стороны, использование трансгенных растений приводит к сокращению числа обработок полей пестицидами, что с экологической точки зрения полезно как для природы, так и здоровья человека. Как сообщает В. В. Костюков (2008), на полях трансгенного картофеля и в примыкающих к ним биотопах найдено в 1,5 -2 раза больше видов перепончатокрылых, чем на полях обычного картофеля и вокруг них. В целом, на посадках трансгенного картофеля количество особей и видов всех естественных врагов значительно выше, чем на посадках обычных растений (Надыкта, 2008). Причины такого неоднократно наблюдавшегося и на ряде других генетически модифицированных растений повышения биоразнообразия остаются неизвестными, но, скорее всего, оно объясняется резким снижением пестицидного пресса. Ясно, что энтомофаги редко способны поедать растительные ткани, в том числе и с содержанием пестицида. Снаружи же трансгенного растения ядовитые токсины отсутствуют, хотя, по-видимому, могут быть обнаружены в пыльце и нектаре.
С другой стороны, ядовитые соединения распространяются по пищевым цепям и приводят к снижению плодовитости таких энтомофагов как жужелицы и стафилины (Schlein and oth., 2008). Сообщается об отрицательном воздействии токсинов таких растений и на паразитических перепончатокрылых (Liu and oth., 2005).
Возможен даже и эффект, прямо противоположный ожидаемому. Так, при питании гусениц совок генномодифицированным хлопчатником может повыситься уровень их жизнеспособности, а также увеличиться плодовитость имаго (Wu and oth., 2009). На посевах генномодифицированной кукурузы возрастает численность тлей (Pons and oth., 2005).
Токсины, появляющиеся в растении, небезразличны для здоровья человека и в ряде случаев даже опасны для него. Возможное вредное воздействие продуктов, полученных из генетически модифицированных растений, может проявиться через десятки лет и даже отразиться на здоровье следующих поколений.
Переопыление окружающих поле близкородственных растений пыльцой трансгенных растений может дать разнообразные и непредсказуемые эффекты. Кроме того, к токсинам этой бактерии у насекомых возникает резистентность, подобно устойчивости к химическим пестицидам.
Генномодифицированные растения тыквы менее охотно посещаются опылителями, так как у таких растений женские цветы меньше и не так богаты нектаром как у нормальных растений (Prendeville and oth., 2009). Имеются также работы, показывающие сложное влияние токсинов трансгенного Bt-хлопчатника, как на само растение, так и на его привлекательность для фитофагов (Chen and oth., 2005).
Тем не менее, М. С. Соколов и А. И. Марченко (2008) отмечают, что пятнадцатилетний опыт стран, производящих такие генетически модифицированные растения, показывает, что эти растения в экологическом отношении вполне безопасны, (по крайней мере, на протяжении десятилетия). Однако остается риск прямого и/или косвенного негативного воздействия на целевую биоту агроландшафта и необходимости коррекции традиционных агротехнологий. Конечно, при питании человека или животных такими продуктами генетический аппарат растений должен разрушаться в кишечнике, однако вдыхание пыльцы этих растений теоретически может отрицательно повлиять на организм.
Итак, вопрос об использовании продукции генетически модифицированных растений, содержащих бактериальные токсины еще не может считаться окончательно решенным. Использование таких растений снимает необходимость применения пестицидов. Это приводит к заметному увеличению численности естественных врагов. Поскольку ожидается гибель вредителей от токсинов, содержащихся в растении, для поля это большого значения не имеет. Но общая устойчивость агроэкосистемы при этом должна возрасти, что может быть полезным и для соседних угодий. Вред этой продукции, содержащей токсины, если он все же имеется, может проявиться для человека и окружающей среды далеко не сразу, но даже и в следующих поколениях и на генетическом уровне.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
Трансгенное растение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Трансгенное растение
Cтраница 4
Некоторые генетически обусловленные признаки - такие как инсектицидная активность, устойчивость к вирусным заболеваниям и гербицидам, замедление старения, устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды, измененная окраска цветков, повышенная пищевая ценность семян и самонесовместимость - могут быть приобретены растением при введении в него одного или нескольких генов. На сегодняшний день уже получены многочисленные трансгенные растения на основе как культурных, так и диких видов. Биотехнология несомненно внесет коррективы в традиционные программы разведения растений, в рамках которых для выведения нового сорта требуется от 10 до 15 лет. [46]
Часто используется как селективный маркер для трансгенных растений. [47]
Крупномасштабный бактериальный синтез поли - ( 3-гидроксибутирата, полимера, из которого получают пластик, подверженный биодеградации, обходится довольно дорого. Поэтому интересно было выяснить, можно ли получать этот полимер с помощью трансгенных растений. В бактериях типа Alcaligenes eutrophus поли-р-гидроксибутират синтезируется из ацетил - СоА в три стадии, катализируемые тремя ферментами ( см. рис. 12.22), гены которых входят в один оперон. Растения неспособны процессировать транскрипт оперо-на с более чем одним геном, поэтому каждый из генов был клонирован по отдельности и встроен в хлоропластную ДНК растения Arabidopsis thaliana. Хлоропласты были выбраны потому, что, как показали выполненные ранее эксперименты, в цитоплазме полимер синтезировался в небольшом количестве, при этом большинство растений были чахлыми. Кроме того, в хлоропластах может накапливаться другой биополимер - крахмал. [48]
Когда кукуруза используется в качестве корма для скота, к ней добавляют соевую муку и очищенный лизин. Однако вместо того чтобы использовать дорогостояюгдий лизин, можно добавлять к кукурузе дешевую соевую муку, полученную из трансгенных растений сои, которые синтезируют в больших количествах лизин. Возможно, используя этот подход, успешно примененный на сое, удастся вывести сорт кукурузы, в семенах которой повышено содержание лизина. [49]
Первое разрешение на широкое использование ГМО в Великобритании было выдано Департаментом охраны окружающей среды в 1994 г. Организм, который был получен бельгийской компанией Plant Genetic Systems ( PGS), представлял собой новый сорт масличного рапса, несущего ген устойчивости к гербициду Basta ( разд. К тому времени в Великобритании было проведено более 60, а в Северной Америке - более 1000 мелкомасштабных полевых испытаний этого трансгенного растения. По мнению фирмы-разработчика опасность от такого рапса для окружающей среды минимальна. [50]
Куплен ли я ТНК, раз не согласен с их противниками. Я преподаю биологию в университете, написал школьные учебники по биологии для 7-го и 10-го классов, используемые в Украине, а сейчас работаю над учебником для 11-го класса и хотел бы кратко рассмотреть в нем доводы за и против трансгенных растений. Попросив в общественных природоохранных организациях что-нибудь пограмотнее, чем распространяемые в СМИ доводы, я получил весьма разочаровавшую меня книгу. [51]
Часто сельскохозяйственные культуры бывают подвержены нескольким вирусным инфекциям; любая из них может нанести ущерб растениям и снизить урожай. В идеале трансгенные растения должны быть устойчивы более чем к одному вирусу. Трансгенные растения, в которых экспрессировались все три гена, в лабораторных условиях были устойчивы ко всем указанным вирусам. Растения, экспрессирую-щие гены белков оболочки вируса желтой мозаики кабачков и вируса 2 мозаики арбуза, были проверены в полевых условиях на устойчивость к тлям - насекомым, являющимся природным переносчиком этих вирусов в растущие растения. [52]
Гены были введены в растения A. Затем трансгенное растение с двумя чужеродными генами скрещивали с растением, несущим третий чужеродный ген, и отбирали растения, несущие все три бактериальных гена поли-р-гидроксибутирата. В зрелых листьях некоторых трансгенных растений, экс-прессирующих все три бактериальных гена, синтезировалось более 1 мг поли-р-гидро-ксибутирата на 1 г сырой ткани листа. [54]
Геном CuMV представлен тремя отдельными одноцепочечны-ми молекулами РНК, каждая из которых кодирует определенный вирусный белок. In vivo одна из этих молекул - РНКЗ - подвергается процес-сингу; часть ее последовательности удаляется и образуется РНК4, кодирующая вирусный белок оболочки. Создание трансгенных растений, которые синтезируют либо нормальную мРНК и вирусный белок оболочки, либо соответствующую антисмысловую РНК, включает следующие этапы. [55]
Во-первых, введение гена ( генов) часто приводит к повышению сельскохозяйственной ценности и декоративных качеств культурных растений. Во-вторых, трансгенные растения могут служить живыми биореакторами при малозатратном производстве экономически важных белков или метаболитов. В-третьих, генетическая трансформация растений ( трансгеноз) позволяет изучать действие генов в ходе развития растения и других биологических процессов. [56]
Несведущие люди убеждены, что нет законодательства и системы регулирования в этой области, которую якобы захватили корпорации, собирающиеся контролировать мировой рынок продовольствия. Приходится слышать и о том, что генно-инженерные технологии слишком сложны, поэтому с их развитием бедные страны станут еще беднее. Активные противники распространения трансгенных растений ( в основном из развитых стран, где проблема перепроизводства продовольствия все обостряется) пытаются внушить голодающим в развивающихся странах, что применение новых сортов принесет им не пользу, а вред. [57]
Одна из форм гена протоксина уже введена и экспрессируется в таких растениях, как томаты, табак, картофель, рис, кукуруза, яблоня, баклажан, канола, люцерна, орех, тополь, ель, клюква и хлопок. Перспективы применения этого метода защиты растений кажутся весьма обнадеживающими. Так, в трансгенных растениях картофеля осуществлена эффективная экспрессия синтетического гена на основе гена инсектицидного токсина В. [58]
Соответствующие гены, введенные в растительный геном, были поставлены под контроль 358-промотора вируса мозаики цветной капусты. Кроме того, были созданы трансгенные растения табака, которые конститутивно синтезировали не только хитиназу, но и [ З - глкжаназу. Такие растения были получены скрещиванием одного трансгенного растения, экспрессирую-щего ген хитиназы, с другим, экспрессирующим ген ( 3-глюканазы. Трансгенные растения, синтезирующие хитиназу, были более устойчивы к болезнетворным грибам, чем контрольные, даже при том, что последние синтезировали собственные PR-белки в ответ на инфицирование грибами. Кроме того, при этом способность полезного гриба Glomus mosseae закрепляться на корнях растений никак не нарушалась. Возможно, это связано с различиями в составе клеточных стенок данных грибов. [60]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
Легко ли Быть Создателем? Реалии трансгенеза растений
: 15 Сен 2004 , Природа - первый "генный инженер" , том 3, №2 Беспрецедентный в человеческой истории научно-технический и технологический взрыв, ознаменовавший конец второго тысячелетия, не обошел и такую традиционную область знания, как биология. Это произошло благодаря рождению новых дисциплин — генетики и ее «дочери» — молекулярной биологии, что позволило манипулировать с носителями наследственной информации, молекулами ДНК, вне живой клетки. Ученые стали генными инженерами и биотехнологами. Используя методы генетической трансформации и культивирования клеток и тканей, они научились создавать «новые» организмы, взяв на себя роль если не бога, то эволюционного процесса.
Голубые розы, золотой рис…
Достижения в области генной инженерии растений достаточно быстро нашли применение в практике. Так, первые трансгенные растения были созданы в начале 1980-х годов, а через десять лет в Китае уже промышленно выращивали трансгенный табак, устойчивый к гербицидам. В настоящее время мы наблюдаем крупномасштабный выход новых сортов, созданных на основе генетически модифицированных растений; число же видов, на основе которых они были получены, приближается к двумстам!Использование генно-инженерных методов для переноса генов, определяющих потребительски ценные признаки, открыло большие перспективы для улучшения главных сельскохозяйственных культур. Созданы трансгенные растения, устойчивые к гербицидам, к насекомым-вредителям, вирусам и болезням; растения со сбалансированным составом аминокислот и измененным составом жирных кислот; декоративные сорта с измененной окраской цветов (например, гвоздики, розы и хризантемы голубого цвета).
Можно привести и совершенно потрясающие примеры. В частности, у африканских деревьев (Dioscoreophyllum cumminisii и Thaumatococcus danielli) были обнаружены удивительные белки — монеллин и таутаматин — которые в тысячу раз слаще сахара. Гены, контролирующие синтез этих белков, при переносе в другие виды растений (например, клубнику или яблоню) обеспечивают их плодам необычную сладость. А поскольку сладкая компонента представлена здесь не углеводами, а белком, такие растения будут настоящей находкой для больных диабетом, не говоря уж о людях, страдающих избыточным весом.
Крупнейшим успехом генной инженерии явилось создание под руководством швейцарского профессора И. Потрикуса нового сорта риса с повышенным содержанием провитамина А, железа и фолиевой кислоты. Употребление такого «золотого риса» позволит компенсировать нехватку витамина А в повседневном рационе, особенно в странах, испытывающих его дефицит. Еще один сорт риса — высокопродуктивный, устойчивый к засухе и засолению почв — создали американские ученые из Корнельского университета. Они перенесли в растительный геном от обычной кишечной палочки (Echerihia coli) два гена, контролирующих синтез углевода трегалозы, который и обеспечивает высокую устойчивость растений, как к высоким, так и низким температурам.
Пищевые и декоративные трансгенные растения уже пользуются широкой известностью. Кроме того, растет интерес к трансгенным растениям как биопродуцентам новых материалов, биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Они могли бы стать более дешевым и безопасным источником различных белков медицинского назначения по сравнению с традиционными системами с использованием бактерий, дрожжей, клеточных культур насекомых и млекопитающих. Одно из перспективных направлений — создание трансгенных «съедобных вакцин» для повышения иммунитета у животных и человека.
Потенциальная сфера применения трансгенных растений необычайно широка. Например, уже созданы растения для очищения окружающей среды от различного рода загрязнений, в том числе тяжелых металлов, для биодеградации полимеров и т. д. Сейчас в научно-исследовательских лабораториях мира разрабатываются все новые и новые проекты, поражающие дерзостью замыслов.
Трансгены наступают!
Но перейдем от слов к цифрам — оценим долю генетически модифицированных растений в общемировом «пироге» основных сельскохозяйственных культур.Сухие статистические сводки отчетливо демонстрируют наступление трансгенных растений на поля производителей. Так, за 8-летний период (1996—2003 гг.) мировые площади под этими культурами возросли в 40 раз, составив более 67 млн га. К 2003 году уже около 7 млн фермеров в 18 странах размещали трансгенные растения на своих полях.
ГМ-культуры выращиваются для коммерческих целей в Южной Африке и Австралии, Индии и Румынии, Уругвае и Испании, в Мексике и на Филиппинах, в Колумбии, Болгарии, Гондурасе, Германии и Индонезии. Главными производителями таких культур в мире считаются США, Аргентина, Канада, Бразилия и Китай. Кстати, обратите внимание, — нашего отечества в этом списке нет!
Среди стран, выращивающих трансгенные растения — 7 индустриальных и 11 развивающихся, причем на долю последних приходится около одной трети всех площадей (20 млн га), занятых трансгенными культурами. Доминируют сорта, устойчивые к гербицидам (соя, кукуруза, рапс и хлопок) и к насекомым-вредителям.
Приведенные данные свидетельствуют о безусловной востребованности и широком выходе в практику достижений генетической инженерии растений. Тем не менее, ее методы и приемы для широкой общественности до сих пор остаются своего рода «черным ящиком», что в значительной мере и обуславливает настороженность многих в отношении ГМ-продуктов. Такого рода опасения носят эмоциональный, психологический характер, поскольку основаны на отсутствии реальных представлений о существе вопроса. Поэтому остановимся более подробно на основных этапах и методах создания трансгенных растений, сравнивая это направление с традиционными методами селекции.
Фантастическая явь
В чем суть генной инженерии? — В целенаправленной экспериментальной модификации генома организма за счет внесения отдельных новых генов. Сразу же зададим себе вопрос: а чем, собственно, эти методы прин-ципиально отличаются от давно существующих методов селекции, на которых до недавнего времени была основана вся технология получения новых сортов растений?Первое, что необходимо подчеркнуть: как в том, так и в другом случае, в геном будущего сорта переносятся новые, желаемые гены, существенно различаются лишь способы их «доставки».
Традиционные методы селекции основаны на объединении желаемых генов в геноме гибридного растения, что происходит в результате переопыления растений — «доноров» необходимых для селекционера признаков. Методами же генной инженерии нужные гены изолируют (клонируют) и целенаправленно переносят в клетки организма-реципиента. Таким образом, изменяется лишь «внешняя форма», но не сама суть методов.
Однако в результатах есть существенное различие: традиционные методы селекции позволяют объединять в геноме гибридов генетическую информацию только близкородственных, скрещивающихся между собой видов. В то время как генно-инженерный подход дает уникальную возможность перестраивать геном растения с использованием наследственной информации из совершенно других систем — вирусов, бактерий, насекомых, животных. Само собой разумеется, что при этом существенно расширяются возможности модификации генома и внутри самого растительного царства, снимаются естественные барьеры между систематически удаленными видами, например, — однодольными и двудольными растениями.
Таким образом, методы генной инженерии являются очень «логичным» дополнением к традиционным селекционно-генетическим методам. Они позволяют до таких размеров раздвинуть границы формообразовательного процесса при создании исходного материала, о каких селекционер раньше не мог и мечтать.
Генная инженерия против «любителя картошки»
Bt-защитный картофель — первая трансгенная «ласточка» отечественной селекции Картофель — одна из основных сельскохозяйственных культур в России. Стабильность в снабжении этим питательным и доступным продуктом существенна для продовольственной безопасности страны. Однако урожайность картофеля остается достаточно низкой, а производители сталкиваются с постоянной проблемой защиты его от вредителей и болезней.Главным незаконным «едоком картофеля» является колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata), который уже к 1992 году «завоевал» площадь около 2,5 млн га. Потенциальные потери урожая от жука оцениваются в 4,1 млн тонн на сумму 19,4 млрд рублей. Поскольку более 90% картофеля выращивается в частном секторе (где без соответствующих обработок может погибнуть до 100% урожая), некоторые эксперты оценивают реальные потери в 2—3 млрд долларов ежегодно! В рамках традиционной селекции не удается получить сорта картофеля, устойчивые к колорадскому жуку. Поэтому существует острая необходимость создания новых сортов методами современной биотехнологии, в частности — генетической инженерии. Новые сорта помогут не только снизить потери урожая, но и уменьшить пестицидную нагрузку на сельхозугодья, что положительно скажется на здоровье населения.
Общепризнанной стратегией создания ГМ-растений, устойчивых к насекомым-вредителям, является использование естественных природных инсектицидов — белков ( -эндотоксинов), гены которых были клонированы из бактерии Bacillus thuringiensis. Такие Bt-защищенные кукуруза, хлопок и картофель были внедрены в сельскохозяйственную практику в США в 1995—1996 гг. Широкомасштабные испытания и длительный опыт использования в сельском хозяйстве разных стран подтвердили безопасность продукции из Bt-культур для человека и окружающей среды.
Эти аргументы и стали предпосылкой для начала и успешной реализации одного из самых крупномасштабных проектов в области биотехнологии сельскохозяйственных растений в Российской -Федерации – создания Bt-защищенного картофеля на основе сортов российской селекции, о котором мы расскажем в одном из будущих номеров журнала.
к. б. н. Дмитрий Дорохов,заместитель директора Центра «Биоинженерия» РАН
В современных технологиях создания трансгенных растений можно выделить несколько основных этапов: а) клонирование «нужных» генов и создание генетических конструкций, которые могут экспрессироваться (работать) в растительных геномах;б) перенос созданных генетических конструкций в геном растения;
в) оценка трансгенных растений по стабильности экспрессии перенесенных генов и отбор отдельных растений-трансформантов для дальнейшей селекционной доработки;
г) оценка биобезопасности трансгенов.
К настоящему времени уровень развития генно-инженерных методов позволяет клонировать самые разнообразные гены в зависимости от поставленных в конкретном биотехнологическом проекте целей и задач. Рассмотрим отдельные этапы этого процесса на конкретном примере, а именно — на любимой нами картошке, заслуженно считающейся в России «вторым хлебом».
Несмотря на то, что в нашей стране возделывается много высокопродуктивных сортов картофеля, адапти-рованных к широкому спектру природных условий, около трети всего урожая теряется из-за болезней и вредителей. Врагом № 1 заслуженно считается колорадский жук, впервые появившейся на территории России около 50 лет назад. Для борьбы с ним ранее широко применялись химические методы, небезопасные и загрязнявшие окружающую среду. В качестве экологически безопасной альтернативы был разработан целый арсенал биологических методов, один из которых основан на использовании специфического белка, синтезируемого энтомопатогенными бактериями Bacillus thuringiensis. Данный белок при попадании в кишечник вредителя расщепляется, образуя активизированный токсин, что приводит к гибели насекомого. В ряде стран уже в течение многих лет с помощью различных штаммов B. thuringiensis в промышленных условиях нарабатываются нужные количества инсектицидного белкового препарата. Полученный инсектицид распыляется на листья и проникает в организм «любителя картофеля» вместе с пищей. Нетрудно себе представить, что при распылении препарата он легко попадает также и в окружающую среду, тем более что при таком способе нанесения его невозможно точно дозировать.
Что же предлагает генная инженерия для того, чтобы уберечь картофель от прожорливого насекомого? А предлагает она тот же самый метод защиты с одной лишь разницей — растение само должно накапливать нужный белок в листьях. Достигается это тем, что ген CryA из бактерии B. thuringiensis переносится в ДНК картофеля и становится неотъемлемой частью его генома. Более того, перенесенный ген «заставляют» работать только в определенных частях растения, например, в листьях, а не в клубнях, которые попадают к нам на стол.
Колечки из ДНК
Как же происходит создание генетической конструкции для переноса выделенного гена в наш «модельный» объект — растение картофеля?Первый этап — сбор насекомых (колорадских жуков), погибших в естественных условиях от бактериального энтомотоксина. Бактерии с тела жука переносят на специальные чашки Петри и размножают на питательных средах, а выросшие колонии отбирают под микроскопом. Затем из бактерий выделяют ДНК.
Известно, что у бактерий гены располагаются не только в хромосомах, как у высших организмов, но и в плазмидах — небольших кольцевых молекулах ДНК. В частности, нужный нам ген CryA локализован именно на одной из таких плазмид. Выделенные плазмиды обрабатываются специальными ферментами, представляющими собой «молекулярные ножницы», разрезающие плазмидную ДНК на отдельные фрагменты.
Фрагмент с искомым геном переносится в плазмиду кишечной палочки, которая в данном случае служит «копировальной машиной», так как именно в ней достаточно быстро образуется много копий нужного гена. Затем гены вновь переносятся в плазмиду, но уже другой бактерии — почвенной агробактерии Agrobacterium tumefaciens. И вот о ней стоит поговорить особо.
Агробактерия — «перевозчик» для генов
В настоящее время наиболее распространенным методом переноса чужеродных генов в клетки растений (в особенности представителей класса двудольных) является использование почвенных бактерий рода Agrobacterium, чаще всего — A. tumefaciens, вызывающих у растений болезнь корончатые галлы. Корончатые галлы образуются в результате проникновения агробактерий в местах поранения или повреждения поверхности растений грызущими насекомыми. При этом сама почвенная бактерия в растительные клетки не проникает, а «посылает» туда только небольшой фрагмент ДНК, который располагается на плазмиде между двумя сигнальными районами. Эти районы представляют собой повторы из 25 пар нуклеотидов, которые «распознаются» специальными ферментами в тот самый момент, когда почвенная бактерия присоединяется к пораненной растительной клетке. Фермент разрезает нить ДНК между двумя сигнальными районами. Затем к ней присоединяются различные белки, защищающие и переносящие нить ДНК в цитоплазму и далее — в ядро растительной клетки. Фрагмент ДНК бактерии встраивается непосредственно в ДНК растения, и бактериальные гены начинают функционировать наравне с собственными генами растения. В результате метаболизм растительной клетки меняется и в ней начинается синтез веществ, служащих источниками питания для агробактерий.Фрагмент ДНК плазмиды A. tumefaciens получил специальное название — тДНК (от анг. transfer — «перенос»). тДНК сыграла неоценимую роль в развитии стратегий генно-инженерной модификации растений: взяв за основу эту уникальную природную особенность бактерии, генные инженеры заменяют бактериальные гены на те, которые представляют интерес для исследователя. Тем не менее, эта удобная система для переноса чужеродных генов не является универсальной, поскольку подходит в основном для двудольных растений. Что касается большой группы однодольных, куда относятся и такие важные для сельского хозяйства культуры, как хлебные злаки, то здесь она малоэффективна, поскольку эти растения устойчивы к заражению агробактериями. В этих случаях используются методы прямого переноса генов, одним из которых является доставка фрагментов ДНК на частичках из золота или вольфрама с помощью «генной пушки».
Нелегкая эта работа…
Но вот фрагмент ДНК доставлен в клетку растения и интегрирован в ядерный геном. Клетка получает новый статус — генетически модифицированной. На следующем этапе экспериментатору необходимо отделить трансгенные клетки от нетрансгенных, размножить их и восстановить (регенерировать) из них полноценные растения.Для этого вместе с целевыми генами (в нашем «картофельном» примере — геном CryA) одновременно в растения переносят также ген устойчивости к антибиотику, губительному для растительного организма. Присутствие такого гена в растительной клетке дает ей возможность выживать и расти на специальных средах с добавлением антибиотика, а экспериментатору — отобрать трансгенные клетки. Так, например, перенос гена nptII придает растительным клеткам устойчивость к антибиотику канамицину. Проведя сортировку клеток в условиях селективной среды и размножив отобранные трансгенные клетки, экспериментатор затем переносит их на среды специального состава с добавлением фитогормонов для восстановления целого растения. В условиях in vitro, т. е. в пробирке, регенерировавшие растения подращивают и переносят в теплицу.
Но работа на этом не заканчивается, а лишь вступает в новую кропотливую фазу. Во-первых, необходимо доказать наличие в геноме данных растений перенесенного фрагмента ДНК с целевым геном. Затем показать, что перенесенные гены не просто «существуют», но и экспрессируются в новом генном окружении. А еще они должны не нарушать работу других генов, т. е. не вызывать мутации, а также сохраняться и передаваться потомкам… В общем, не будем далее останавливаться на деталях генно-инженерной «кухни», чтобы окончательно не утомить читателя.
Россия — трансгенный «офф-шор»?
Итак, трансгенные, хорошо «работающие» растения получены. С этого момента и до выхода ГМ-растений в практику начинается большая и трудоемкая работа по санитарно-гигиенической экспертизе: оценивается соответствие химического состава исходных и трансгенных растений; проверяется — не ухудшилась ли биологическая ценность и усвояемость продуктов, приготовленных из генетически модифицированных растений; изучается — не вызывают ли отдельные компоненты аллергических реакций, не являются ли они канцерогенными, токсичными или мутагенными, не окажут ли негативного влияния на репродуктивные функции животных и человека? — В результате трансгенный картофельный клубень может оказаться намного более безопасным для здоровья, нежели картошка с огорода, притулившегося к скоростной магистрали, обильно поливаемая старыми «добрыми» инсектицидами.Испытания на биобезопасность трансгенных растений включают в себя и оценку возможных путей переноса встроенных трансгенов в другие организмы, в частности — в близкородственные виды путем их естественного переопыления. Кроме того, изучается влияние новых генов на подверженность трансгенных растений болезням и вредителям, а также влияние самих генетически модифицированных растений на почвенную микрофлору и другие составляющие биоценоза.
В странах, где выращивают трансгенные растения, созданы специальные комиссии для их проверки и ре-гистрации. В России регистрацию трансгенных растений координирует Межведомственная комиссия по проблемам генно-инженерной деятельности, созданная Правительством РФ в 1997 году.
Вообще же деятельность в области биотехнологий регулируют более 150 законов, постановлений и нормативных актов. При этом, как уже упоминалось, собственных посевных площадей, занятых ГМ-культурами, в России нет, как практически нет и трансгенных сортов отечественной селекции. И причина этого заключается не в том, что все россияне дружно проголосовали против ГМО, скорее — в отношении нашего государства и общества к генетике, считающейся в развитых странах арьергардом современной науки.
: 15 Сен 2004 , Природа - первый "генный инженер" , том 3, №2 scfh.ru
Трансгенные растения | Леворадикал
Сегодня человек имеет уникальную возможность не только использовать растения, уже придуманные природой, но и придумывать и создавать что-то новое. Речь идет о генетической биотрансформации растений и создании трансгенных растений с уникальными свойствами, устойчивых к различным факторам.
1. Впервые трансгенные растения появились уже очень давно – около 50-ти лет назад, и используются в промышленности около 30-лет.Для производства трансгенных растений в этом вопросе человек не придумал ничего нового: он взял механизм переноса генов, который известен в природе, и применил его в лаборатории. Этот природный механизм связан с использованием почвенной бактерии – агробактерии – и ее способностью переносить свои генетические фрагменты в растительную ткань, в растительную клетку. И, более того, встраивать в геном растений.
2. Каким образом это происходит? Обычно агробактерией заражаются исключительно двудольные растения. Например, у какого-то двудольного растения в корневой или у основания корневой системы присутствует небольшая ранка, и агробактерия улавливает те химические вещества, которые выделяет эта ранка, и присоединяется к ней. Затем происходит перенос фрагмента генома агробактерии в растительную клетку, который, в последствии, встраивается в геном растения. И именно этот фрагмент подчиняет себе весь аппарат растительной клетки, начинает синтезировать те белки и пептиды, которые необходимы бактериальной клетке. Таким образом образуется так называемая опухолевая масса. В зависимости от вида агробактерии, эта масса может называться по-разному. Чаще всего у нас на слуху корончатые галлы – они образуются с помощью вида агробактерий Agrobacterium tumefaciens.
Подпишитесь на нас в telegram3. В лаборатории исследователи решили взять на вооружение этот замечательный механизм и применить его уже со своими целевыми генами. Для этого из генома агробактерии они вырезали те гены, которые отвечают за развитие опухоли, и вместо них вставили те гены, которые они хотят исследовать. Используя все тот же механизм способности агробактерий к переносу генетической информации в генетическую клетку и встраивания, исследователи получают трансгенные растения. Каким образом это происходит в лаборатории? Для начала мы берем небольшой фрагмент от растения, которое в данный момент использует исследователь. Чаще всего это модельные объекты, такие как табак, но в том числе и различные сельскохозяйственные растения: кукуруза, морковь, салаты и многие другие. Мы берем небольшой фрагмент, называемый эксплант, это может быть эксплант листа, эксплант стебля (что в природе не происходит обычно – в природе агробактерии живут в земле), и окунаем этот эксплант в суспензию с агробактериальными клетками, которые содержат в себе интересующий исследователя ген. С помощью естественного механизма эти гены переходят в растительный эксплант. Таким образом полученный эксплант переносится на специальную среду с микроэлементами и гормонами растительного происхождения. На среде происходит формирование каллуса – это недифференцированная активно делящаяся ткань. Можно условно сказать, что это растительные стволовые клетки, из которых впоследствии развивается полноценное трансгенное растение. Это один из механизмов, но он самый популярный, самый ходовой, который на сегодняшний день используется.
4. Таким образом были получены многие трансгенные растения, которые сейчас находятся в массовом производстве. Это трансгенная соя, кукуруза, картофель, трансгенные масличные растения, такие как рапс и подсолнух, и многие другие. Странами, ведущими в производстве таких растений, являются США с Канадой и Аргентина с Бразилией. За ними подтягивается Китай и Япония. С рядом растений работает Австралия и некоторые страны ЕС. В России, к сожалению, трансгенные растения не производятся. Но, тем не менее, и трансгенные растения, и производные трансгенных растений активно поставляются в Россию. В огромных количествах: до 70% от всего производственного сырья.
5. Для чего используются трансгенные растения? Конечно, в первую очередь, для того, чтобы сохранить урожай. Трансгенные растения, которые я перечислила, в основном являются устойчивыми или к гербицидам, или к насекомым-вредителям. До 50% всего нетрансгенного картофеля погибает от вредных насекомых, в том числе от колорадского жука. Это значительный удар по экономике и по ценам, поэтому в США и других развивающихся странах мира внедряются и используются генетически модифицированные соя, трансгенный картофель, трансгенная кукуруза. Трансгенные растения, устойчивые к гербицидам, несут в себе ген, взятый у одного из видов бактерий. Этот ген кодирует токсин, который используется для опрыскивания нетрансгенных растений, то есть по сути ничего не меняется. Что мы внешне опрыскиваем нетрансгенные растения, что мы внедрили этот ген, и он действует изнутри.
6. Помимо трансгенных растений, устойчивых к гербицидам и к традиционным вредителям, существуют растения с улучшенными свойствами: повышенное содержание витаминов, повышенное содержание аминокислот, измененный состав жирных кислот.
Примером может служить рис с повышенным содержанием бета-каротина, который в организме человека превращается в витамин А. Известно, что на сегодняшний день в странах развивающегося мира человек не получает достаточного количества витамина А. В крайних случаях это может привести к слепоте. Поэтому разработка таких организмов является актуальной. В качестве другого примера можно привести разработку генетически модифицированной моркови, в которой бета-каротин увеличен. Эта морковь на сегодняшний день уже успешно продается в американских магазинах.
7. Стоит отметить еще раз, что анализ трансгенных растений проводится на таком же уровне, как и нетрансгенных – это и медицинские экспертизы, химические экспертизы на алергенность и токсичность. Более того: трансгенные растения исследуются во много раз активнее и внимательнее – их фактически разбирают по молекулам. Мне кажется, что за трансгенными растениями будущее, как ни банально это звучит. Человек всегда воспринимает с осторожностью все новое, что приходит в нашу жизнь. Трансгенным растениям нужно дать шанс, и в будущем они спасут не одно поколение людей от голода.
Алиса Вячеславовакандидат биологических наук, младший научный сотрудник группы геномики растений Института общей генетики РАН.
Постнаука
levoradikal.ru
