Трансгенные растения и животные как биореакторы. Трансгенные растения
трансгенные растения
ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ –ПРОДУЦЕНТЫ РЕКОМБИНАНТНЫХ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИ ЦЕННЫХ БЕЛКОВ
Рост народонаселения мира, а также сокращение площадей на которых возможно выращивание культурных растений заостряет проблему обеспечения людей пищей. Для повышения количества и качества пищи традиционных подходов сегодня недостаточно. Именно по этой причине производство пищевых продуктов стало самым важным направлением генной инженерии. Задачей этого направления является повышение на принципиально новой основе урожайности сельскохозяйственных растений и, прежде всего, злаковых культур как источника хлеба. Пионером в создании ГМО являются США, где многие сорта сои, кукурузы, картофеля, томатов, сахарной свеклы, пшеницы, являются трансгенными. Всего в мире, в настоящее время, под такими растениями занято 67.7 млн. га посевных площадей и из них 63% приходится на США. В России на поля не выведен ни 1 сорт ГМ растений.
Использование растений для медицинских целей.
Для медицинских целей растения используются человечеством уже многие тысячи лет. Однако только на рубеже 21 века с помощью методов генетической инженерии стало возможным создавать новые типы растений, в тканях которых могут синтезироваться и накапливаться белки из различных гетерологичных систем (вирусов, бактерий, животных и человека). В биотехнологии развитых стран наблюдается тенденция привлечения растительных систем экспрессии для производства различных биофармацевтических веществ в трансгенных растениях. Привлекательность растений в качестве систем экспрессии для накопления рекомбинатных фармацевтически ценных белков обеспечивается многими обстоятельствами. В растительных тканях нет риска загрязнения рекомбинантного белка патогенами животного происхождения – вирусами и прионами. Растительные клетки обеспечивают правильную посттрансляционную модификацию рекомбинантного белка, характерную для эукариотических клеток, а также его сборку и фолдинг. Экспрессированные в растительных клетках рекомбинантные белки могут быть направлены в различные компартменты растительной клетки (вакуоли или люмены эндоплазматического ретикулюма), а также в апопласт и различные органы растения (семена, клубни, плоды и т.д.). Благодаря этому рекомбинантные белки в растительных тканях могут быть длительное время (месяцы и годы) сохранены без каких-либо изменений и снижения биологической активности.
Поиск различных систем для экспрессии чужеродных генов связан с развитием трёх основных подходов.
Первым из них был предложен путь использования трансгенных растений, в ядерный геном которых перенесены гены, контролирующие синтез соответствующих гетерологичных белков. Получение таких растений было основано на природной способности почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens переносить часть своей собственной ДНК в виде Т-области мегаплазмиды в растительные клетки. Именно эта часть Ti-плазмиды была использована учёными для переноса генно-инженерных конструкций, включающих различные целевые гены. В качестве целевых можно было использовать и гены гетерологичных белков медицинского назначения. Использование только агробактериального переноса в значительной степени сужало круг растений-реципиентов и ограничивало его до двудольных. Поэтому были разработаны методы прямой доставки чужеродных генов в растительный геном, такие, как микроинъекции, электропорация и биобаллистика . Биобалллистика - суть метода заключается в том, что на мельчайшие частички инертного металла (вольфрам, титан, золото), напыляется ДНК вектор, содержащий необходимую для трансформирования генную конструкцию. Металлические частички, несущие ДНК, наносятся на пластиковую пулю и помещаются внутрь биолистической (генетической) пушки на расстоянии 10-15 см над растительной тканью-мишенью. В пушке вакуумным насосом уменьшается давление до 0.1 атм. В момент сбрасывания давления частички металла с огромной скоростью выбрасываются из специального отверстия, над которым помещается пуля, и, разрывая клеточные стенки, входят в цитоплазму и ядро клеток. В этом случае для переноса использовалась очищенная плазмидная ДНК, в которой содержались генетические конструкции с целевыми генами.
При переносе в геном растения чужеродные гены, как правило, стабильно интегрируются и передаются потомкам в последующих поколениях согласно законам Менделя . Расщепление 3:1.Хотя идея внедрения экзогенной ДНК в растительный геном для наработки соответствующих продуктов в растении представляется весьма перспективной, этот подход не лишен и некоторых недостатков. Среди них необходимо отметить низкий уровень экспрессии перенесенных генов, даже при использовании очень сильных промоторов. Содержание сывороточного альбумина человека в трансгенных тканях табака составило 0,02 % от суммарного белка. Одной из причин этого, по-видимому, является увеличение скорости деградации мРНК чужеродного гена, когда её уровень достигает порогового значения. Этот механизм, возможно, служит одним из способов защиты растения от РНК-содержащих вирусов. Второй причиной низкого уровня продукции является протеолиз чужеродных белков в цитоплазме растительной клетки. Введение в полипептидную цепь целевого белка сигнальных последовательностей, направляющих его накопление в эндоплазматической сети или секрецию в апопласт, где частота протеолиза значительно ниже, позволяет достичь повышения продуктивности трансгенных растений в 100 раз. Экспрессия целевых белков в запасной ткани семян, где уровень биодеградации ниже, чем в обводнённых тканях (листья, плоды), способствует повышению продуктивности на 2-3 порядка. Интеграция чужеродных генов в ядерный геном растения сопряжена и с рядом проблем биобезопасности использования генетически модифицированных организмов. При получении трансгенных растений в сельскохозяйственных масштабах существует опасность утечки трансгена в окружающую среду в результате переопыления с близкородственными дикорастущими видами. Для повышения уровня биобезопасности рядом исследователей было предложено использовать для трансгенеза стерильные по мужской линии растения .
Другой проблемой, возникающей при интеграции гетерологичных генов в ядерный геном растений, является вероятность "замолкания" трансгенов в последующих поколениях (сайленсинг). Вероятность сайленсинга резко возрастает при встраивании множества копий чужеродного гена на геном растения). Поэтому при создании трансгенных растений-биопродуцентов рекомбинантных белков среди трансформантов отбирают растения, содержащие только одну встройку чужеродного гена.
В связи с вышеперечисленными проблемами, возникающими при интеграции трансгенов в ядерный геном, весьма привлекательным представляется способ переноса экзогенной ДНК в геном хлоропластов. В одной растительной клетке в среднем содержится от 5 до 10 тыс. копий хлоропластной ДНК, за счёт чего уровень экспрессии чужеродных белков достигает значений, сравнимых с уровнем экспрессии в E. coli (до 40 % от суммарного белка клетки). Однако встречаются только единичные работы по получению растений с генетически модифицированными хлоропластами. Это связано с чрезвычайной сложностью методов их трансформации и последующего отбора.
Третий путь использования растений для накопления белков гетерологичного происхождения основан на природной способности растительных вирусов проникать в клетки растений и колонизировать растительные ткани .На этой основе возникает реальная возможность модификации вирусного генома и адаптации его не только в качестве вектора для доставки в растения соответствующих генетических конструкций, но и в качестве матриц для экспрессии генов, кодирующих синтез белко,. Для заражения растительных тканей используются рекомбинантные РНК-содержащие вирусы растений, несущие в составе своего генома транскрипт чужеродного гена. Скорость мультипликации вирусной РНК в растениях чрезвычайно высока, за счёт чего достигается высокая копийность транскриптов чужеродных генов в цитоплазме заражённых клеток. Поэтому продуктивность вирусной системы экспрессии в среднем на 2 порядка выше по сравнению со стабильной трансформацией растений.
В настоящее время широко используются два вида вирусов для продукции чужеродных белков в растениях: вирус табачной мозаики (ВТМ) и вирус мозаики коровьего гороха (ВМКГ). Вектор на основе РНК ВТМ использовался для получения ингибитора репликации ВИЧ α-трихосантина в Nicotiana benthamiana. При интеграции генов в геном вирусов в зараженных вирусами растениях обеспечивается их временная (транзиентная) экспрессия. Накопление соответствующих белковых продуктов будет определяться периодом вегетации зараженного растения-хозяина. С другой стороны, пре-имуществом вирусного пути накопления белков в растениях является короткий период размножения вирусных частиц, простота инфицирования растений, а также широкий диапазон различных видов растений, которые могли бы быть использованы для этих целей.
Растения-продуценты антител
Цель иммунизации организма вакцинами - индуцировать продукцию антител на патогенный агент. Альтернативой такому подходу является метод пассивной иммунизации, основанный на введении готовых иммуноглобу-линов. Были получены трансгенные растения-продуценты различных типов антител к эпитопам ряда патогенных агентов. Анализируя уровень экспрессии перенесённых генов в геноме растений-биопродуцентов антител, можно отметить, что уровень продуктивности иммуноглобулина к поверхностному антигену Staphylococcus mutants в растениях табака оказался наиболее высоким и составил 500 мкг/г сырого веса .Такие антитела, выделенные из трансгенных растений табака, предупреждали развитие кариеса у пациентов при непосредственном нанесении их на зубную эмаль и не уступали по своим свойствам аналогичным антителам, получаемым из гибридомы мышей.
Иммуноглобулины к раковому эмбриональному антигену были получены в трансгенных растениях риса и пшеницы . Такие антитела используются в иммунотерапии онкологических заболеваний.
Растения-продуценты субъединичных вакцин
Трансгенные растения-продуценты эпитопов болезнетворных агентов человека и животных получили название "съедобных вакцин". Механизм иммунизации такими вакцинами основан на антигенпредставляющей способности перитонеальных макрофагов тонкого кишечника млекопитающих. Следует отметить, что мукозная вакцинация стимулирует как иммунный ответ слизистых оболочек - первого защитного барьера на пути патогенных агентов, так и общий иммунный ответ организма.
Основные преимущества "съедобных вакцин" - экономичность, безопасность и доступность для широкой иммунопрофилактики населения.
Растения-продуценты фармацевтических белков
За последние несколько лет в ведущих биотехнологических центрах мира созданы трансгенные растения-продуценты широкого спектра гормонов, цитокинов, факторов роста и ферментов, имеющих потенциальное применение в фармакологии .Все они не уступали по биологической активности аналогам, получаемым из других систем экспрессии.
По закону, принятому Всемирной организацией здравоохранения, любые предлагаемые источники лекарственных препаратов, в частности трансгенные растения, должны быть зарегистрированы и пройти серию клинических испытаний. Первые клинические испытания трансгенных растений риса, синтезирующих активный человеческий a-1-антитрипсин для терапии фиброзного кистоза, были начаты в 1998 г.
Производство рекомбинантных белков для медицинских целей с использованием традиционных систем требует значительных финансовых затрат. Так, например, недостаток лизосомального фермента гликоцеребрози-дазы в организме вызывает синдром Гоше. Единственным видом терапии этого заболевания является внутревенное введение гликоцереброзидазы. Долгое время этот белок получали из плаценты человека, на поддержание жизни одного пациента в течение года требовалось 160000$. Переключение продукции гликоцереброзидазы на культуру клеток млекопитающих снизило стоимость этого препарата, однако не вытеснило его из группы "самых дорогих лекарств в мире". Было показано, что трансгенные растения способны синтезировать биологически активную гликоцереброзидазу человека. В дальнейшем были получены высокопродуктивные трансгенные растения табака, в которых содержание гликоцереброзидазы человека варьировало от 1 до 10 % TSP. Ожидается, что получение рекомбинантной гликоцереброзидазы из таких растений позволит значительно снизить её стоимость.
В заключение хотелось бы отметить, что несмотря на значительные достижения в области продукции рекомбинантных белков медицинского назначения в растениях, это направление находится лишь на начальном этапе своего развития. Учёные-биотехнологи уверены, что в будущем рекомбинантные препараты, получаемые из генетически модифицированных растений, заменят дорогостоящие бактериальные и животные аналоги на фармацевтическом рынке. "Съедобные вакцины" позволят значительно усовершенствовать программы всеобщей иммунизации, особенно для населения развивающихся стран.
studfiles.net
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).Если такое растение цветет и дает жизнеспособные семена, то желаемый признак передается последующим поколениям. Кроме того, многие растения легко размножаются вегетативно. Существующими приемами микроклонального размножения in vitro из микроскопических кусочков ткани (эксплантов) можно быстро получить за короткий промежуток времени генетически однородный посадочный материал с высоким коэффициентом размножения, что важно для последующего применения трансгенного организма.
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. 
Рис. 2.13. Схема Ti-плазмиды. Указаны основные гены и их группы. Сайт инициации репликации (ori) обеспечивает удвоение плазмиды при делении клетки Agrobacterium. Колечками обозначены левая и правая фланкирующие
последовательности Т-ДНК После присоединения Agrobacterium, несущей Ti-плазмиду, к растительной клетке, часть плазмиды, индуцирующей развитие опухоли (Т-ДНК (transferred DNA), 12-24 тнп в зависимости от штамма), транспортируется в клетку, по-видимому, с помощью механизма, аналогичного конъюгации. При этом Т-ДНК транспортируется в одноцепочечной форме, и именно в такой форме она встраивается в хромосомную ДНК растения. С переносимой Т-ДНК остаются связанными два кодируемых Ti-плазмидой белка, способствующие ее вырезанию, и третий белок покрывает оболочкой переносимую одноцепочечную ДНК, предохраняя от деградации. Все белки содержат сигнал ядерной локализации (NLS), который обеспечивает перенос Т-комплекса из цитоплазмы в ядро растительной клетки. Введенные гены Agrobacterium активируются в растении, программируя разрастание ткани (формируется галл), которая начинает синтезировать и секретировать опины. Опины - продукты конденсации амино- и кетокислот или аминокислот и сахаров Agrobacterium -используют как источник углерода и азота, причем другие исследованные почвенные микроорганизмы не способны использовать данные соединения. Таким образом, Agrobacterium генетически трансформирует растительные клетки в «биологические фабрики» по производству для себя «продуктов питания».
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.
Вместо онкогенов встраивают последовательности клонируемой чужеродной ДНК и селективный маркер. Наличие сайта инициации репликации E. coli в составе Ti-вектора позволяет проводить в кишечной палочке все стадии сборки генетической конструкции. В качестве селективного маркера используют гены устойчивости к антибиотикам или гербицидам, которые дают возможность отбирать трансформированные клетки растений. После введения целевой ДНК рекомбинантным Ti-вектором трансформируют клетки агробактерий, несущих модифицированную Ti-плазмиду-помощницу с удаленной Т-областью, но содержащую все необходимое для переноса в растительные клетки T-ДНК части с рекомбинантной плазмиды. Такие вектора получили название бинарных, поскольку только вместе с плазмидой-помощницей они составляют пару из двух элементов для полноценного функционирования системы переноса генов в растительную клетку с помощью агробактерий.
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.
Таблица 2.1.Методы введения рекомбинантной ДНК в растительные клетки
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
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
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
Проект "Трансгенные растения: за и против" - Осыко Татьяна
Управление образования Краснокутской районной Администрации Краснокутского муниципального района
МОУ – Средняя общеобразовательная школа
с. Карпенка Краснокутского района Саратовской области
Выполнила ученица 8 класса Осыко Татьяна
Руководитель проекта Лопасова М.И.
Красный Кут 2010 год.
Обоснование проблемы: использование генетически модифицированных (трансгенных) растений в пищевой промышленности.
Актуальность проблемы: привлечение внимания общественности к проблемам внедрения трансгенных растений в пищевую промышленность.
Цель проекта: выявить положительные и отрицательные стороны использования трансгенных растений в науке и различных отраслях промышленности.
Задачи проекта: 1) проанализировать и систематизировать имеющийся в литературе материал по использованию трансгенных растений;
2) изучить продукты, пользующиеся спросом покупателей, на предмет содержания в них генномодифицированных компонентов;
3) представить предложения по практическому использованию материалов исследования.
Тип проекта: информационно-исследовательский.
Форма проекта: индивидуальный.
Предметно-содержательная область: межпредметный.
Область исследования: биология, экология.
Творческое название проекта: «Так ли безопасны генномодифицированные продукты?»
Содержание
_________________________________________
I. Введение…………………………………………………...4
II. Трансгенные или генномодифицированные растения………………………………………………………...5
1. Из истории трансгенных растений……………..5
2. Трансгенные растения: аргументы ЗА……..…5
3. Трансгенные растения: аргументы ПРОТИВ..7
4. Карта трансгенного мира…………………………..9
5. Содержание трансгенных компонентов в различных продуктах питания ……………………..12
III. Заключение……………………………………………..16
IV. Список использованной литературы…………..18
I. ВВЕДЕНИЕ
_________________________________________
Почему я выбрала данную тему? Раньше я даже не слышала, что существуют генетически модифицированные продукты, но ещё больше меня удивило то, что каждый второй хоть раз да употреблял их в пищу, причем, даже не подозревая об этом. И я решила выяснить, в каких продуктах питания содержатся добавки или компоненты, полученные с помощью генной инженерии. И ещё мне захотелось ответить на вопрос, который у меня сразу же возник: «Безопасны ли для нас такие продукты питания?»
Если ХХ век можно было с полным правом назвать веком физики и информатики, то от ХXI-го ждут достижений в области биологии вообще и генной инженерии в частности. Фундаментальная биология обогатилась за последние годы множеством новых прогрессивных технологий. Идет настоящая биотехнологическая, генноинженерная революция, в основе которой лежат методы трансгенеза, то есть переноса в геном организма чужих генов. Возможности современной биотехнологии, в отличие от традиционных методов генетики и селекции, позволяют комбинировать гены разных биологических видов и получать трансгенные растения. Трансгенная биотехнология – одна из самых передовых и стремительно развивающихся отраслей современной биоиндустрии и, в особенности, современного сельского хозяйства. Люди, в основном далекие от науки, относятся к трансгенезу с большим подозрением. А трансгенные растения многие принимают буквально в штыки, устраивая шумные показательные демонстрации, протестующие против самой идеи и полученных результатов. Есть ли какие-то основания для подобного отношения к новым технологиям генной инженерии — этому посвящено наше исследование.
II. Трансгенные или генномодифицированные растения
_____________________________________________________________
- Из истории трансгенных растений.
Генетически модифицированные организмы создаются методами генной инженерии – науки, которая позволяет вводить в геном растения, животного или микроорганизма фрагмент ДНК из любого другого организма с целью придания ему определенных свойств.
Все началось в 1972 году, когда Пол Берг впервые объединил в пробирке в единое целое два гена, выделенных из разных организмов. И получил «молекулярный» гибрид ДНК, которая сама по себе в природе образовываться никак не может. Затем такую рекомбинантную ДНК внесли в бактериальные клетки, и был создан первый трансгенный организм, несущий в себе гены бактерии и гены обезьяны. Первое трансгенное растение было создано в 1982 году, всего лишь спустя 29 лет после открытия первичной структуры ДНК. Это был табак. Так началась история противостояния противников и сторонников генетически модифицированных продуктов. В 1992 году в Китае стали выращивать табак, устойчивый к пестицидам. В 1994 году в США появились генетически модифицированные помидоры. К 1995 году около 60 видов домашних растений было генетически модифицировано. Сейчас число таких видов и сортов сельскохозяйственных растений превышает сотню. Это и картофель, и рис, и рапс, и соя, и кукуруза, и хлопок, и томаты и другие культуры.
2. Трансгенные растения: аргументы ЗА.
Генетически измененные (трансгенные) культуры прочно входят в жизнь людей. Мировые площади возделывания этих растений неуклонно растут уже несколько лет подряд со скоростью более 10% в год.
Растущий интерес к трансгенным растениям обусловлен тем, что 800 млн. человек ежегодно страдают от недоедания, а миллионы ежегодно умирают от голода. Причины в засухах, болезнях растений и вредителях, неэффективной системе землепользования. Обеспечить продовольствием прирост населения только с помощью традиционных агротехнических приемов, таких как увеличение площадей посадки, использование химических средств подкормки и защиты растений, выведение новых сортов путем классической селекции и т.д., представляется маловероятным. Поэтому, особые надежды возлагаются на генную инженерию, которая, по сути, продолжает направление традиционной селекции по улучшению генотипов полезных растений, но достигает тех же целей более эффективным и быстрым путем.
Чем же так привлекают трансгенные растения (ТР)? ТР более устойчивы ко всевозможным вирусам, бактериям, и другим патогенам, что сокращает или сводит на нет использование гербицидов и инсектицидов в сельском хозяйстве и соответственно расходы на получение продукции (хороший экономический эффект). Урожай ТР дольше хранится, имеет привлекательный вид и улучшенный пищевой состав.
Сейчас в мире существуют сотни генетически модифицированных растений (соя, кукуруза, картофель, томаты, хлопок, рапс), растений с так необходимыми для сельского хозяйства свойствами. Но если раньше на создание новых видов и сортов с улучшенными свойствами уходили десятилетия или, по крайней мере, годы, то с помощью новых биотехнологических приемов этот процесс можно значительно ускорить. В клетку in vitro (в пробирке) вживляется ген, затем из клеточных культур в лабораторных условиях получают растения, которые переносятся в поле, - таким образом, создается новый вид с нужными потребительскими свойствами.
Трансгенные растения - это не только генетически модифицированные пищевые продукты, или растения, устойчивые ко всем пестицидам мира. Это еще и великолепный продуцент вакцин и лекарств. Трансгенные табак, рис, кукуруза и некоторые другие растения исправно поставляют многие терапевтические белки, такие как альбумины, интерфероны, гирудин. Белки, синтезированные трансгенными растениями, гораздо безопаснее продуктов животного происхождения, потому что в растительных клетках не развиваются такие патогены человека и животных, как вирусы.
Помимо решения чисто практических задач, ТР представляет ученым новые возможности для познания молекулярных процессов, определяющих рост, развитие и жизнедеятельность организмов. В настоящее время редкое крупное фундаментальное исследование физиологии и биохимии растений обходится без применения генной технологии. Генетическая инженерия позволяет прямым путем выяснить функцию изучаемых белков (ферментов) и соответствующих генов.
Таким образом, успехи биотехнологии и генной инженерии открывают громадные перспективы дальнейшего прогресса сельского хозяйства. В то же время, практическое использование результатов сельскохозяйственной биотехнологии сдерживаются сегодня опасением негативного воздействия ГМ - продуктов на окружающую среду и человека.
3. Трансгенные растения: аргументы ПРОТИВ.
Проблемы широкого внедрения трансгенных растений ставит множество вопросов перед обществом. Важное место среди них занимают вопросы, связанные с безопасностью генетически модифицированных объектов (ГМО). Европейские страны (включая Россию) воздерживаются от крупномасштабного выращивания трансгенных растений на своих территориях.
С оценками экологического риска трансгенных растений связаны серьезные трудности. Можно ли предсказать, как трансгенные растения будут влиять на природные экосистемы?
Большинство трансгенных организмов являются бесплодными. Внедрение чужеродных генов других видов или классов в организмы приводит к определенному генетическому сбою и к блокированию процессов размножения: своеобразный "протест" природы против распространения генетических химер. Кроме того, стерильные растения могут появляться при трансформации генами, вовлеченными в метаболизм растительных гормонов.
Сторонники ГМО утверждают, что ГМ - вставки полностью разрушаются в желудочно-кишечном тракте человека. Какая разница, что мы едим, все равно все распадается на составные части. Судя по всему, это основной и единственный аргумент защитников трансгенных продуктов. Однако поедание организмов друг другом может лежать в основе горизонтального переноса, поскольку показано, что ДНК переваривается не до конца и отдельные молекулы могут попадать из кишечника в клетку и в ядро, а затем интегрироваться в хромосому.
К сожалению, в продажу поступает достаточно много трансгенных продуктов. Плазмиды с ГМ – вставками могут попадать в бактерии желудочно-кишечного тракта, а затем и в клетки крови, половые и другие клетки человека, трансформируя их. Из "трансформированных" половых клеток будут появляться дети с генами от других видов и классов животных или растений, т.е. появляться генетические "химеры", большинство из которых будут бесплодными.
Трансгенные растения зачастую не отличить по морфологическим признакам от исходных сортов (если целью не является изменение морфологии). Но, трансгенный картофель, к примеру, не может храниться более трех месяцев, его надо срочно перерабатывать на чипсы.
В настоящее время возделывание ТР не имеет экономических преимуществ перед обычными современными технологиями возделывания традиционных сортов. Пищевые продукты и корма, полученные из ТР, по диетологическим показателям и вкусовым качествам ни в чем не превосходят обычные пищевые продукты и корма. Причем, качество последних легче и надежнее контролировать, чем трансгенные.
В результате генной модификации могут синтезироваться какие-то компоненты, вызывающие аллергические реакции, или появиться опасные соединения, обладающие мутагенным, канцерогенным или токсическим эффектом. Аллергия – это сбой в работе нашей иммунной системы, призванной распознавать чужеродные белки из оболочек болезнетворных бактерий и вирусов, а также некоторые токсины.
Замена трансгенным соевым белком белков животных - сверхвыгодный бизнес, и без того весьма скудный по биологической полноценности рацион не менее 100 млн. россиян станет на 60-70% еще хуже. Это обострит и без того весьма неблагополучное положение со здоровьем большей части населения России, особенно молодежи. К тому же, некоторые активные компоненты соевого белка, которым заменяется в нашей стране мясо в колбасных изделиях, по-видимому, влияют на поджелудочную железу человека. А мы знаем, что, к примеру, от опухоли поджелудочной железы спасения пока нет.
Далеко не все разделяют оптимизм тех ученых, которые считают, что ГМ – продукция безвредна для здоровья. Люди пока не знают, к каким последствиям может привести длительное употребление в пищу ГМ - продуктов. Никто точно не выяснил, как это влияет на сам организм и микрофлору организма. Для того чтобы проверить это, необходимо минимум одно поколение.
4. Карта трансгенного мира.
В настоящее время на долю четырех стран приходится 99% мирового коммерческого производства трансгенных растений. Но все меняется – предвзятые мнения отбрасываются, законы приближаются к реальной практике, а семена дают всходы. На карте мира показано, где укоренились трансгенные растения.
Северная Америка. США – крупнейший в мире производитель и потребитель ГМО – лидируют как по площадям посевов, так и по степени принятия обществом трансгенной пищи. ГМ растения используются повсеместно, составляя 40% выращиваемой в стране кукурузы, 81% сои, 65% канолы (рапса) и 73% хлопка, и эти цифры продолжают расти.
ГМ продукты применяются при изготовлении как продуктов питания для людей, так и кормов для животных без требования специальной маркировки при наличии в продукции трансгенных источников.
В Мексике культивируют ГМ хлопок и, вероятно, несмотря на ограничения, также и ГМ кукурузу. Мексика – родина кукурузы, и правительство в 1998 г. ввело ограничения на выращивание ее ГМ сортов, чтобы сохранить множество существующих здесь дикорастущих видов. Южная Америка. В 2002 г. Бразилия одобрила применение генетически модифицированной сои, что, возможно, положило начало легализации всех ГМО. В 1998 и 1999 гг. здесь были наложены ограничения, практически заморозившие все работы в этой области. Однако, несмотря на запрет, в некоторых районах фермеры продолжали выращивать ГМ сою; в некоторых штатах ее доля составляет 80% посадок этой культуры.
Европа. После пятилетнего перерыва Европа вплотную подошла к разрешению коммерческого выращивания ГМ культур. В 1998 г., после принятия ЕС правил применения ГМ продукции, Франция, Италия, Дания, Греция и Люксембург запретили ГМ продукты. Сейчас ЕС принял новые правила сертификации и маркировки ГМП и значительно смягчил свою позицию.
Азия. Филлипины стали первой азиатской страной, одобрившей выращивание ГМ культур, в декабре 2001 г. начав с Bt-кукурузы.
В Китае выращивание ГМ растений шло полным ходом до 2000 г., когда правительство неожиданно ввело ограничения. Полагают, что это реакция на компанию, развернутую противниками ГМО на Западе. На текущий момент половина китайского хлопка трансгенна.
В Японии 38 ГМ продуктов разрешены для коммерческого использования, еще 55 уже прошли исследования на пищевую безопасность в министерстве здравоохранения, но ни одно не нашло коммерческого применения из-за отсутствия спроса.
Австралия. В Австралии наблюдается бум ГМ хлопка. По закону фермерам разрешено занимать под посевы Bt-хлопка не более 30% поля.
В Новой Зеландии 29 октября 2002 закончился срок действия моратория на применение ГМ культур. Но трансгенного бума никто не ожидает, т.к. новозеландские фермеры выращивают слишком мало сои, хлопка и рапса.
Африка. Южная Африка – это единственная африканская страна с масштабными посадками ГМ - культур. 80% хлопка, 20% кукурузы и 11% сои здесь генетически модифицированы.
В России до настоящего времени не выращивается ни одна трансгенная культура в коммерческих целях, но общее потребление продукции, произведенной на основе биотехнологий, значительно увеличилось. Уже в 2002-2003 гг. в Россию ввозилось от 250 до 500 тыс. тонн трансгенного соевого белка, от 60 до 100 тыс. тонн трансгенного соевого и рапсового масла, кукурузного крахмала. Сегодня, для переработки и потребления в пищу без ограничений разрешены продукты из сои, сахарной свеклы и кукурузы, устойчивых к гербициду «Раундап», из картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, и из кукурузы, устойчивой к стеблевому мотыльку.
5. Содержание трансгенных компонентов в различных продуктах питания.
Использование ГМ - организмов в производстве продуктов питания – относительно новое и молодое направление развития промышленности. Для достоверной оценки безопасности таких продуктов должно пройти много времени - по крайней мере, должно смениться несколько поколений потребителей, использующих в питании продукты или компоненты , полученные из ГМ - организмов.
Нами проведены исследования нескольких групп продуктов, пользующихся спросом покупателей, на предмет содержания в них белков растительного происхождения (в том числе трансгенных) и наличия соответствующей информации на этикетке.
Как видно из таблицы все исследуемые наименования шоколада содержали растительные белки или их следы. Чаще всего это соевый белок, который вероятнее всего генетически модифицированный, поскольку стоимость такого белка значительно ниже, чем немодифицированного. Следы растительных белков могут быть, скорее всего, как следствием технологического процесса изготовления, так и с рецептурой, поскольку в качестве орехов в шоколаде чаще всего фигурирует соевый белок с соответствующими ароматизаторами (арахис, фундук, миндаль). Соответствующая маркировка на этикетке была обнаружена только на 2 из 17 исследуемых наименований шоколада.
Содержание растительных белков в продуктах питания
Наименование продукта | Производитель | Наличие в составе продукта растительных белков или их следов | Наличие сведений о присутствии ГМ компонентов |
1 | 2 | 3 | 4 |
ШОКОЛАД | |||
Молочный шоколад с фундуком | фабрика «Русский шоколад» г. Москва | + | — |
Молочный шоколад с миндалем | Тот же | + | — |
Классический черный шоколад с фундуком | Тот же | + | — |
Черный пористый шоколад | Тот же | + | — |
Молочный шоколад с воздушным рисом | Тот же | + | — |
Ромео | Шоколадная фабрика «Россия» г. Самара | + | — |
Симфония | Тот же | + | — |
Детский | Тот же | + | — |
Кофе с молоком | Тот же | + | — |
Русские басни | Тот же | + | — |
Вальс | Тот же | + | — |
Золотой орех | Шоколадная фабрика «Волшебница» п. Малаховка, Московская обл. | + | — |
Астория | Тот же | + | — |
Молочный шоколад с орехами | Alpen gold г. Покров, Владимирская обл. | + | — |
Шоколад молочный с фундуком | Тот же | + | + |
Пористый белый | Тот же | + | — |
Фундук с изюмом | Тот же | + | + |
ПЕЛЬМЕНИ | |||
Медвежье ушко | г. Владимир | + | — |
Дарья | г. Санкт-Петербург | + | — |
Любимая ложка | г. Владимир | + | — |
От Бабушки | г. Нижний Новгород | + | — |
Благолепные | г. Владимир | + | — |
Мириталь | Московская обл. г. Реутов | + | — |
ЧИПСЫ | |||
Lays | Московская обл. г. Кашира | + | — |
Cheetos | Московская обл. г. Кашира | + | — |
Estrella | Владимирская обл. г. Покров | + | — |
Pringles | г. Москва | — | — |
СОУСЫ И КЕТЧУПЫ | |||
Балтимор | Краснодарский край | + | — |
Calve | г. Москва | + | + |
HEINZ | Ленинградская обл. г. Отрадное | — | — |
МАЙОНЕЗ | |||
Calve | г. Москва | + | + |
Аведовъ | г. Краснодар | + | + |
Секрет Кулинара | г. Краснодар | — | — |
Mr. Ricco | Республика Татарстан | — | — |
КОЛБАСА | |||
Молочная | «Микоян» г. Москва | + | — |
Молочная | «Дубки» Саратовская обл. пос. Дубки | + | — |
Русская | «Атяшево» Республика Мордовия, п. Атяшево | — | — |
В состав исследуемых нами наименований чипсов, соусов и майонезов также входит растительный белок и углеводы (крахмал). На этикетках только некоторые производители указали, что продукт содержит генетически модифицированный крахмал. Как стало нам известно из литературных источников, ГМ картофель не может длительное время храниться, поэтому его перерабатывают в чипсы или в крахмал, который в дальнейшем используется при производстве соусов, кетчупов, майонезов и тех же чипсов.
Мы исследовали 6 наименований пельменей и 3 наименования колбасы, на этикетках которых также указано, что продукт содержит растительный белок. До 1974 года в советских колбасах высшего сорта, кроме мяса, ничего не было. Об этом говорят нормативные документы тех лет, воспоминания ветеранов колбасного производства. В 1974 году в СССР начались временные перебои с сырьем (засуха 1972 года), и в ГОСТы по производству колбас ввели изменения. В мясной фарш разрешалось добавлять до 2% крахмала или муки, или заменителя белка животного происхождения (молоко или кровь). Недоложенные 2% мяса по стране давали огромную экономию. Трудности с сырьем продолжались до начала перестройки. Раньше колбасы выпускались по ГОСТам и ТУ, которые утверждались на уровне Совмина РСФСР, строго соблюдалась рецептура изготовления. Сегодня ТУ утверждаются самим предприятием, которое работает по принципу: меньше мяса – больше заменителей. Колбасы 2 сорта на 70% состоят из сои и разных химических добавок. Соя очень хорошо впитывает влагу. Если на 100 кг колбасы используется до 10 кг сои, значит, туда же идет до 60 литров воды. Широко используется каррагинан: растительный белок на основе морских водорослей. Он очень влагоемкий, хорошо сохраняет плотность товара и его монолитность. Используют ли мясокомбинаты генетически модифицированные продукты? Чистая соя на 30-40% дороже трансгенной. Поэтому ее использование экономически более выгодно.
Всякого, кто употребляет колбасу, интересует вопрос: «Где ее делают более качественную – на крупных комбинатах или на мелких?». Оказалось, что на небольших заводиках качество более высокое.
В условиях жесткой экономии ресурсов каждый мясокомбинат работает по замкнутому циклу, без отходов, в дело идут даже большие говяжьи кости: они перемалываются на муку и в качестве компонента добавляются в колбасы.
Пельмени по своему составу часто бывают более сомнительные, чем колбаса. Чтобы сделать их максимально доступными для народа, экономить приходится на всем. В конечном итоге получается, что пельмени состоят из сои и говяжьей грудинки – самой жирной и проблемной части туши. Соя удерживает в связанном состоянии говяжий жир, с которым работать очень тяжело, поскольку у него низкая температура плавления.
Богатый выбор российских колбас и пельменей и отсутствие дефицита еще не говорит о том, что мы потребляем здоровую и полезную пищу.
Одним из волнующих общественность вопросов является маркировка на упаковке с ГМ - продукцией. Наличие или отсутствие подобной маркировки не может говорить об опасности или безопасности продукта - ведь если продукт выпущен на рынок, значит, он прошел необходимые тесты и признан безопасным. Маркировка продукции имеет смысл только для того, чтобы покупатель сознательно отдал предпочтение одному продукту по отношению к другому.
III. Заключение
_________________________________________________
Фундаментальная биология обогатилась за последние годы множеством новых прогрессивных технологий. Идет настоящая биотехнологическая, генноинженерная революция, в основе которой лежат методы трансгенеза.
Результаты экспериментов генных инженеров все чаще находят применение в науке и различных отраслях промышленности. Трансгенные растения – это и вакцины от таких болезней человечества как туберкулез, СПИД и многие другие, это и устойчивые к засухе, высоким и низким температурам, болезням и вредителям сорта сельскохозяйственных растений, выращивание которых дает несравнимый экономический эффект. Но не стоит так же забывать, что коммерческому использованию трансгенных продуктов должна предшествовать длительная работа по исследованию последствий применения генетически измененных компонентов, поскольку нельзя однозначно сказать вредят ли подобные организмы окружающей среде и человеку.
Необходимо помнить, что, несмотря на то, что использование трансгенного соевого белка - сверхвыгодный бизнес, все же это не сможет заменить белков животного происхождения, и сделает скудным и без того неполноценный рацион питания, что в свою очередь обострит и без того весьма неблагополучное положение со здоровьем большей части населения России, особенно молодежи.
В нашей стране рядом законов запрещено выращивать в коммерческих целях трансгенные культуры, хотя поставки трансгенных белков и масла год от года только растут. Производители обязаны указывать на этикетке продукции о наличии в составе трансгенных компонентов, когда их количество превышает 5% (в Европе эта планка соответствует всего лишь 0,9%), но указывают считанные единицы. А покупатели по-прежнему в неведении покупают подобные товары, не подозревая какую опасность может таить использование таких продуктов в пищу.
У трансгенных растений много сторонников и много противников, но покупатели, на наш взгляд, должны иметь возможность выбора: использовать более дешевые трансгенные продукты или все-таки более дорогие, пусть не столь приятные на внешний вид, но биологически чистые продукты. Ведь как гласит народная мудрость: «Человек есть то, что он ест».
ВЫВОДЫ.
Нами проанализирован и систематизирован имеющийся в литературе материал по использованию трансгенных растений в науке и различных отраслях промышленности. Использование таковых имеет как положительные стороны, так и отрицательные.
В ходе исследования мы изучили несколько наименований продуктов питания, пользующихся спросом покупателей. Нами обнаружено, что большинство из них содержит белки растительного происхождения, в том числе и трансгенные, а также крахмал, изготовленный в основном из трансгенных растений картофеля и кукурузы.
Результаты нашего исследования можно использовать на уроках биологии, экологии, а также на классных часах, посвященных здоровому образу жизни.
- Вельков В.В. Оценка риска при интродукции генетически модифицированных микроорганизмов в окружающую среду // Агрохимия. 2000. №8. С.76-86.
- Вельков В.В. Опасны ли опыты с рекомбинантными ДНК // Природа. 1992. №4. С.18-26.
- Дудов В.И., Голиков А.Г., Потехин О.Е., Красовский О.А. Правовые вопросы межграничного перемещения генетически измененных живых организмов // Биотехнология. 1999. №6. С.80-85.
- Зеленин А.В. Генная терапия: этические аспекты и проблемы генетической безопасности // Генетика. 1999. т.35. №12. С.1605-1612.
- Семенюк Е.Г. Проблема оценки риска трансгенных растений // Агрохимия. 2001. №10. С.85-96.
- Спирин А.С. Современная биология и биологическая безопасность / Вестник РАН. 1997. №7. С.579-588.
- Этико-правовые аспекты проекта "Геном человека" (международные документы и аналитические материалы). Ред.- состав. В.И. Иванов, Б.Г. Юдин. М., 1998. 190 с.
- Электронный ресурс http://www.biodiv.org/biosafe/BIOSAFETY-PROTOCOL.htm.
nsportal.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
Более трех десятилетий людей волнует вопрос: опасны или нет трансгенные растения. С одной стороны, новые гены увеличивают урожаи без химических удобрений. В чем есть их немалое превосходство перед обычными нетрансформированными собратьями. С другой стороны, нужно ли в будущем бояться воздействия генетически модифицированных продуктов питания? И, может быть, сократить их потребление?
✔️ Оглавление
☘️ Когда появились трансгенные растения
Чтобы дать ответ на этот вопрос, нужно вернуться в прошлое. Тысячи лет назад зародилась наука селекция, когда люди начали скрещивать лучшие растения. Благодаря именно селекционным опытам появилось множество сортов фруктов, овощей, злаков. Табак был первым генетически модифицированным растением, созданным в конце ХХ века.
☘️ Чем пугают людей трансгены?
Люди многого боятся часто от незнания. К примеру, общепринятым фактом считается, что в XX веке торжествовала химия. И чтобы защитить культурные растения от болезней, вредителей, сорняков, применяли различные пестициды, которые очень вредны для человека и навсегда остаются в продуктах, сколько их не очищай. Потому что у пестицидов есть «крепкое» свойство: «вгрызаться» в продукты навсегда. По этой причине на упаковке не бывает сведений об их наличии. А вот генных растений опасаться не надо. Они, к счастью, помогают людям уберечься от «поглощения» химикатов.Ученые, чтобы не использовать пестициды, стали выводить растения, которые способны противостоять вредным насекомым. Ген, отвечающий за синтез вещества, «подсаживают» в геном растения, который убивает насекомого. Причем, вещество никому не вредит – ни человеку, ни птицам, ни млекопитающим. Такой способ ежегодно спасает тысячи гектаров разных посевов, не нанося вреда никому и ничему.
☘️ Еда и ГМО
При обсуждении вопроса о пользе или вреде модифицированных растений часто не освещается одна тема — острый недостаток в еде современных жителей Земли нужных питательных веществ. Это реалии XXI века. Когда при неуклонном росте населения, сельское хозяйство планеты не в силах прокормить 7 млрд. человек и насытить их еду важными для здоровья веществами. И есть уже исторические факты о пользе, которую принесли людям новые гены в продуктах. Например, трансгенный «золотой рис», созданный 16 лет назад, помог спасти жизнь миллионам людей, в том числе детей, проживающих в странах Африки и Азии. В рис ученые вставили ген нарцисса, который кодирует создание провитамина А и бета—каротина.
Постоянно муссируется еще одна лже идея, никак не подтвержденная фактами. Якобы, части ДНК трансгенных растений способны встраиваться в хромосомы человека, чтобы впоследствии провоцировать мутации…
☘️ Люди остаются людьми
Сегодня всем людям известны законы работы пищеварительной системы: все углеводы, белки и жиры, поступающие в организм с пищей, распадаются на мини «кирпичики» и питают разные органы. Аналогичный процесс наблюдают у всех без исключения ДНК живых организмов. Четыре «кирпичика» ДНК — четыре нуклеотида — ученые используют при встраивании гена в организм. У каждого организма они одинаковы, будь то маленькая водоросль или человек. По аналогичной схеме распадаются все гены на составляющие в пищеварительной системе, вне зависимости от того, природные они или внесены в растения человеком.Поэтому, если на миг допустить, что инородные ДНК, которые попадают в организм с пищей, встраиваются в человека, то люди частично бы или полностью «превращались» в картофель, курицу или еще во что-нибудь. То есть были бы похожи на то, что любят есть. Разве это не абсурд?!
☘️ Где правда?
Есть еще одно недоказанное научное утверждение, которое вызывает споры. Якобы, существует опасность, которую, несут трансгенные растения для окружающей среды. И будто бы модифицированные растения сначала вытеснят диких «братьев», затем такая «подвижка» изменит флору. И трансгены по этой теории попадут в окружающую среду…Но факты говорят о другом. За 30 лет в дикой природе не обнаружено ни одного трансгенного растения, потому что по своему происхождению они являются культурными сортами. Ведущие мировые ученые считают, что модифицированные растения более приспособлены к выживанию, чем их дикие родственники. Но им обязательно нужны человеческие забота, уход. Тогда их не будут теснить никакие сорняки.Другая проблема связана с «миграцией» трансгенов от модифицированных сортов растений к диким. Она обсуждается, но пока не выработано единого взгляда на данную тему.
☘️ Будущее есть
Население Земли растет, а традиционные аграрные отрасли не в состоянии удовлетворить людские потребности. Именно по этой причине сельское хозяйство постоянно совершенствуется и обновляется.
Все новое всегда вызывает опасения у людей. Так поначалу было с компьютерами и мобильными телефонами. Теперь общество с подозрением воспринимает новые и пока не совсем понятные успехи генной инженерии.
Желание людей знать все о пище, которую они едят, закономерно. Но совсем ни к чему отказываться от новейших способов решения проблем, даже когда они не совсем понятны. Нужно видеть положительные моменты в новых тенденциях и не бояться их, а узнавать о трансгенной инженерии больше. И верить достоверным фактам.
▶️ Трансгенные растения видео
4toest.ru
