Трансгенные растения и среда обитания человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

Кафедра ботаники и физиологии растений

Реферат

по дисциплине: «Современные проблемы биологии»

Трансгенные растения и среда обитания человека

Воронеж 2018

Введение

В 1977 году произошел прорыв в генной инженерии, когда, пользуясь методами Пола Берга, ученые научились переносить части генома бактерий в растения и начали создавать растения с новыми, полезными, свойствами: быстро созревающие, более урожайные, устойчивые к вредителям и болезням (1, С. 20).

С этого момента потребителей беспокоит вопрос о том, безопасны ли генетически модифицированные организмы. Для того чтобы прокормить человечество, требуется интенсификация сельского хозяйства. Однако такая интенсификация сказывается на окружающей среде и вызывает определенные социальные проблемы. Впрочем, судить о вреде или пользе современных технологий (в том числе и растениеводства) можно лишь с учетом стремительного роста населения Земли. Хотя механизация сельского хозяйства привела к уменьшению числа фермерских хозяйств и в этом смысле способствовала росту безработицы, польза от «зеленой революции», связанная с многократным ростом производства продуктов питания и устойчивым снижением цен на хлеб почти во всех странах мира, гораздо более значима для человечества.

В настоящее время наблюдается замедление роста урожайности, сокращения пашни с 0,24 га в 1950 г. до 0,12 га на человека, отчетливо начинает ощущаться дефицит и загрязнение водных ресурсов, изменения климата. Результаты широких эпидемиологических исследований и организованного в последние годы Минздравсоцразвития России мониторинга состояния питания показывают, что структура питания населения России характеризуется продолжающимся снижением потребления наиболее ценных в биологическом отношении пищевых продуктов. В этих условиях поиск новых приемов интенсификации сельского хозяйства, в частности, широкое внедрение в практику генетически модифицированных организмов - пока единственная альтернатива традиционному ведению сельского хозяйства (2 С. 10).

1. Применение в различных сферах жизнедеятельности человека

Областей использования трансгенных растений очень много, уступают они в этом лишь использованию генно-инженерных бактериальных штаммов.

Как и несколько веков назад, ныне перед человечеством стоит проблема обеспечения себя и сельскохозяйственно важных животных полноценной пищей. Это подразумевает, что в пище должны содержаться необходимые и полезные вещества (белки, жиры, углеводы, витамины, и. т.д.) в определённом количестве, достаточном для обеспечения роста и жизнедеятельности организма.

В связи с этим учёные в России, США и других стран пытаются получать сорта растений с повышенной урожайностью и/или повышенным содержанием полезных веществ. Сорта с высокой урожайностью ценны тем, что при их возделывании требуется меньше посевных площадей, а значит - и почв (как известно, с каждым годом почв пригодных для выращивания растений становится всё меньше по всему миру). Чаще всего для таких целей используется такие культурные растения как кукуруза, картофель, томаты, соя.

При внедрении в геном растений генов, кодирующих ценные белки (например, с повышенным содержанием аминокислоты лизин) есть возможность получения более питательного и высокого по пищевой ценности растительного сырья. Особенно часто проводятся опыты над различными сортами сои с целью получения растений богатых полноценным белком (т. е. таким где есть редкие аминокислоты).

В других случаях, удаётся усилить синтез определённых веществ. Примером являются сорта трансгенной моркови с повышенным содержанием бета-каротина - предшественника витамина А в организме млекопитающих, участвующего в процессах зрительной рецепции. Кроме сортов моркови с высоким содержанием витамина А получены сорта риса, обладающие подобным свойством (их часто называют золотым рисом). Другим примером является рапс с изменённым составом ненасыщенных жирных кислот, которые необходимы животным, но не могут синтезироваться в их организмах.

Очищение окружающей среды. Другой сферой применения трансгенных растений может быть восстановление равновесия на антропогенных ландшафтах. Известно, что отходы нефтедобывающей промышленности, добычи и переработки полезных ископаемых загрязняют почвы и воды, что делает их непригодными и опасными для использования в сельском хозяйстве. Выходом в такой ситуации является получение растений - биодеградаторов, способных с помощью специальных ферментов разлагать опасные производные нефти (среди них есть мутагены и канцерогенные вещества) до менее опасных веществ, которые растения могли бы даже использовать в своих внутриорганизменных биохимических процессах. Примером являются трансгенные растения табака, разлагающие нафталинподобные соединения из ряда полициклических ароматических углеводородов до салициловой кислоты и сукцината, которые используются ими для получения энергии.

Также для очистки почв и вод можно использовать жизнестойкие растения, способные поглощать из окружающей среды и накапливать в организме большое количество вредных веществ, чаще всего тяжелых металлов. Накопление металлов объясняется повышенным содержанием белков - металлопротеинов, т. е. специальных белков, способных связывать атомы металлов и не позволяющих повреждать клеточные органеллы. В таких опытах чаще всего выступает объектом табак. На настоящий момент успешно доказано, что с помощью таких растений можно извлекать из субстрата свинец, кадмий, цезий, цинк, а также полуметалл - мышьяк.

Для извлечения вредных веществ достаточно высадить растения в загрязнённые почвы, а по прошествии определённого времени убрать и засадить новыми растениями (если количество загрязнений велико). Для очистки воды следует использовать сооружения наподобие гидропоники, т. е. когда растения выращивают не в почвенном грунте, а при погружении корневой системы в водный раствор.

В сельском хозяйстве, кроме того, очень ценятся растения устойчивые к определённым гербецидам. Устойчивость достигается за счёт синтеза в организме растений несвойственных ему ферментов, разлагающих опасные вещества. Это необходимо, чтобы растения могли расти на почвах, в которые вносятся значительные количества гербецидов, уничтожающих сорняки, но при этом сельскохозяйственная культура, возделываемая человеком, не страдает, а хорошо растёт и плодоносит. Это могло бы позволить снизить нагрузку гербицидами на почвы полей. Больше всего таких опытов проводится с картофелем и кукурузой.

В мире создаётся всё больше трансгенных растений (томатов, моркови, каланхое и др.), синтезирующих лекарственные вещества. Самым распространённым примером являются антимикробные пептиды, используемые как средство обезвреживания некоторых групп микроорганизмов, например недавно были получены растения каланхоэ, синтезирующие большое количество пептида цекропина.

Многие люди в наше время наслышаны о «зелёных вакцинах». По сути своей это вещество (антиген) - аналог тому, которое находясь в составе вируса или бактерии попадает к нам в организм. Если антиген вируса или бактерии успешно был вылеплен из своего хозяина, узнан и переработан клетками нашего организма в крови, то в нашем организме синтезируются антитела, благодаря которым чужеродный агент удаляется из организма. Для профилактики некоторых болезней существуют вакцины, в составе которых присутствуют эти вещества, которые необходимы, чтобы у человека был сформирован иммунный ответ организма против определенных болезней. Теперь стало возможным создавать растения, которые синтезируют антигены возбудителей болезней. Эти антигены можно выделить, очистить, а затем ввести в организм человека. Этот метод имеет преимущества перед традиционными иммунологическими методами, т. к. есть возможность получения очень чистых фракций антигенов, что снижает вероятность аллергий. Кроме того, болезни растений не передаются человеку и животным, т. е. этот метод представляется очень чистым и безопасным, и экономически выгодным.

Темпы потребления и переработки природных ресурсов чрезвычайно высоки в наше время. Вместе с тем увеличивается загрязнение окружающей среды. Для решения двух проблем сразу - большого количества требуемого сырья и уменьшения загрязнения окружающей среды - создаются растения с специальными свойствами. Примером являются растения осины или тополей с пониженным содержанием лигнинов. Лигнины - группа полимеров растительного происхождения. Они участвуют в формировании стенок клеток ксилемы, осуществляют механическую функцию в побегах растений. К сожалению, для целлюлозо-бумажной промышленности (ЦБП) они представляют побочные вещества, которые требуется долго отмывать от целевого продукта - целлюлозы (при этом используются большие количества натриевой щелочи, кислот, горячей воды). При этом весь лигнин после процедуры отмывки отправляется в отходы, которые трудно поддаются разложению (это могут осуществлять только грибы белой гнили в течение долгого времени). Выходом из такой ситуации могут быть растения с пониженным содержанием лигнинов. При этом можно уменьшить количества химических реактивов и отходов от ЦБП.

Снижение количества лигнинов достигается при подавлении генов, ответственных за ферменты, которые участвуют в синтезе лигнинов. Таким образом уменьшается количество предшественников для звеньев полимеров. Другой способ - внедрение гена, кодирующего грибной фермент, способный к разрушению готовых лигниновых цепей (6 С. 78).

2. Опасность глобального распространения трансгенных продуктов

Любой трансгенный сорт растения отличается от исходного только тем, что в его генетическом материале к 25 - 30 тысячам существующих генов добавлен относительно небольшой фрагмент ДНК, в котором записана информация об одном-двух новых генах и их регуляторных элементах. Активность этих добавленных генов в организме выражается в биосинтезе одного-двух новых для организма протеинов (ферментов или структурных белков). Поскольку генетическая инженерия может оперировать любыми генами, существующими в природе, а не только генами от организмов, состоящих в эволюционном родстве с отдельными видами культурных растений, как это делается в традиционной селекции, то продукты привнесенных генов (ферменты, протеины) могут выглядеть в генетически модифицированном организме как необычные, несвойственные, чужеродные для данного вида, которые в природе у него не встречаются.

Что касается рекомбинантных протеинов, то не во всех ГМО они являются абсолютно чужеродными, несвойственными для определенного вида соединениями. Во-первых, существует достаточно большая группа трансгенных сортов растений, которые получены благодаря генетическим манипуляциям с их собственными генами (томаты с удлиненным периодом хранения, соя, рапс с улучшенным составом масла, картофель с улучшенным качеством крахмала, кофе без кофеина, табак без никотина и другие). Во-вторых, многие весьма отдаленные в эволюционном плане организмы имеют большое количество идентичных путей метаболизма, и соответственно состав и строение ферментов, которые обеспечивают их реализацию, также идентичны. В качестве примера можно привести фермент EPSPS, который является ключевым в биосинтезе ароматических аминокислот у всех растений, грибов, бактерий. Бактериальный EPSPS, образующийся у трансгенной сои, толерантной к гербициду «Раундап», вполне успешно выполняет соответствующие функции в растительном организме после обработки растений гербицидом, когда свой, растительный EPSPS сои дезактивирован. Однако при оценке безопасности таких близких по функциональной активности генов следует обращать внимание не столько на сам белок - продукт трансгена, сколько на возможное изменение отдельных путей метаболизма трансгенного растения из-за повышения концентрации одного из их компонентов. В случае с тем же EPSPS при оценке безопасности генетически модифицированной сои принималось во внимание, что этот фермент катализирует реакцию, не лимитирующую конечную скорость синтеза ароматических аминокислот, поэтому, как и ожидалось, показатели их синтеза у ГМО не отличались от таковых у исходных растений. В-третьих, последние научные данные, полученные в результате изучения строения генетического материала человека, некоторых животных и растений, существенно расширили наши представления о сходстве и отличиях генов разных систематических групп и вероятности их переноса от одной отдаленной систематической группы к другой (горизонтальный перенос генов). Оказалось, что в геноме растения арабидопсис присутствует около сотни генов человека, в том числе таких, как ген рака молочной железы. Почвенная бактерия «Agrobacterium tumefaciens» регулярно переносит часть своих генов в растения, вызывая у них образование опухоли - корончатый галл. Это абсолютно естественный процесс, который с успехом используют и генные инженеры. Подобных примеров можно привести очень много.

Таким образом, то, что делают генетики, ни в коей мере не противоречит законам природы. Обмен генетической информацией между отдаленными видами в ней происходит постоянно. В отдельных случаях для этого требуются миллионы лет, а в некоторых это может происходить ежедневно и ежечасно.

Вторая основная группа рисков связана с самим фактом вставки трансгенов в генетический материал организма. Есть основания полагать, что встраивание трансгенов происходит случайным образом, то есть они могут встроиться практически в любую область молекул ДНК, содержащихся в трансформируемой клетке: в любую хромосому, любую часть хромосомы, если речь идет о высших организмах. Опасность прежде всего, в том, что привнесенный ген может затронуть область ДНК, которая кодирует структуру или регуляторные элементы какого-либо гена модифицируемого организма. Вероятность этого события в целом не так велика, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что генетический материал высших организмов устроен таким образом, что собственно генами и их регуляторными элементами занято менее 10% длины молекулы ДНК, что, как полагают, повышает стабильность, устойчивость молекулы ДНК к внешним воздействиям. Это означает, что гены на молекуле ДНК расположены не плотно один за другим, как кадры на кинопленке, а через большие промежутки, занятые некодирующими последовательностями нуклеотидов. Более того, даже в пределах кодирующих последовательностей генов (то есть той области молекулы ДНК, в которой записана информация о последовательности аминокислот в белке - продукте гена) имеются области, так называемые интроны, которые также не несут никакой генетической информации. Они вырезаются в ходе «созревания» молекулы информационной РНК, образовавшейся при транскрипции гена. Тем не менее вероятность того, что трансген может встроиться в область ДНК, уже занятую другим геном, все же существует.

Если при этом будет затронута область, кодирующая структуру поврежденного гена, то в результате продукт данного гена образовываться не будет. Этот ген как бы распадается на две неполноценные части: одна, передняя, имеет элементы, необходимые для начала транскрипции (образования информационной РНК), но не имеет терминальной последовательности, другая, задняя, имеет только терминальные элементы. К тому же обе части кодирующей области являются неполными. Очевидно, что аналогичный результат будет иметь место и в случае повреждения промотора или терминальных последовательностей.

Если затронутый ген выполняет какую-то важную функцию в организме, то отсутствие его продукта может иметь весьма печальные для него последствия, вплоть до потери жизнеспособности. Понятно, что до уровня коммерческого сорта генотипы с поврежденными генами дойти не могут в принципе. Если в процессе встраивания будут затронуты другие регуляторные элементы - энхансеры («усилители» активности генов) или сайлэнсеры («замедлители»), то это может привести к изменению активности затронутых вставкой генов. Сорта растений, образующие какие-либо токсичные соединения (например, соланины картофеля) в концентрациях, безвредных для здоровья человека, в результате генетической модификации способны усилить их синтез до уровня, превышающего предельно допустимые значения. Такие генотипы уже становятся опасными для здоровья.

Наконец, третья основная группа рисков, связанных с генно-инженерными организмами, основана на неблагоприятных эффектах, вызванных переносом трансгенов другим организмам: вертикальным переносом генов от ГМО диким сородичам культурного вида или горизонтальным переносом генов, например, селективных генов устойчивости к антибиотикам от генетически модифицированного растения микроорганизмам пищеварительного тракта. Здесь все понятно: гены и их продукты, безобидные у ГМО, могут оказаться весьма опасными в другой генетической и экологической среде. Так, приобретение болезнетворными бактериями пищеварительного тракта устойчивости к антибиотикам может существенно затруднить лечение болезней, которые они способны вызывать (9 С. 27).

3. Возможные неблагоприятные эффекты воздействия ГМО на здоровье человека

Среди потенциальных рисков для здоровья человека, связанных с использованием трансгенных растений, рассматриваются следующие:

- синтез новых для реципиентного организма белков - продуктов трансгенов, которые могут быть токсичными и/или аллергенными;

- изменение активности отдельных генов трансгенных растений под влиянием вставки чужеродной ДНК, в результате которого может произойти ухудшение потребительских свойств продуктов питания, получаемых из этих растений.

- горизонтальная передача трансгенов другим организмам, в частности маркерных генов устойчивости к антибиотикам от ГМО микроорганизмам пищеварительного тракта.

Понятно, что, когда говорят о рисках для здоровья человека, связанных с трансгенными растениями, имеют в виду прежде всего риски при потреблении продуктов, полученных из них или произведенных ими (например, молока от генетически модифицированных коров). Стратегия оценки безопасности генетически модифицированных продуктов питания основана на принципе «существенной эквивалентности», разработанном OECD (Организацией экономического сотрудничества и развития).

Для идентификации в новых продуктах и исходном сырье отличных от аналогов признаков, влияющих на уровень безопасности и питательную ценность пищевых продуктов, тщательному анализу подвергается информация, касающаяся характеристик исходного организма, от которого взят ген, предназначенный для трансгеноза, а также характера генетической модификации. Далее проводят сравнительный анализ генетически модифицированного организма и исходного (немодифицированного) организма. Для этого сопоставляют агрономические показатели, продукты встроенных генов, состав ключевых химических компонентов (в том числе питательных и антипитательных), профиль основных метаболитов, эффекты переработки исходного сырья.

Новый продукт (сорт растений) может быть:

- эквивалентным по существенным признакам выбранному аналогу;

- эквивалентным аналогу, за исключением одного (нескольких) существенного, хорошо определяемого признака;

- не эквивалентным аналогу по существенным признакам.

Во 2-м и 3-м случаях проводится тщательная оценка безопасности отличных от исходного аналога признаков ГМО по таким показателям, как потенциальная токсичность, потенциальная аллергенность, возможность переноса генов устойчивости к антибиотикам микроорганизмам пищеварительного тракта, вероятность потенциального ухудшения пищевой ценности и усвоения питательных веществ.

Стратегия оценки потенциальной токсичности новых продуктов питания состоит в следующем. Если исследуемое, отличное от аналога, вещество является известным компонентом растительной пищи, имеющим длительную историю безопасного использования, исследования токсичности новых продуктов не являются обязательными.

В иных случаях осуществляются:

- определение концентрации потенциальных токсинов в съедобных частях растений; установление удельного веса данного продукта в пищевом рационе определенных групп населения;

- сравнение (для белков) их аминокислотной последовательности с таковой у известных токсинов и пищевых антагонистов (например, ингибиторов протеаз) по электронным базам данных;

- оценка стабильности новых веществ к термической обработке;

- определение скорости разрушения потенциальных токсинов в желудочно-кишечном тракте (в модельных системах);

- анализ уровня токсичности новых веществ в модельных системах (культура клеток in vitro);

- анализ токсичности в экспериментах по принудительному скармливанию лабораторным или домашним животным пищи, содержащей продукты, полученные из изучаемого генетически модифицированного организма, или ее новых компонентов в течение длительного времени (хронический эксперимент - продолжительность 1-2 года) либо в течение короткого времени, но с использованием высоких концентраций изучаемых продуктов (острый эксперимент - продолжительность около двух недель, концентрация изучаемого продукта трансгена до 5 граммов на килограмм веса животного).

Из всего многообразия трансгенных сортов можно выбрать фактически только единицы, у которых в результате генетической модификации образуются действительно новые, не характерные для обычных сортов данного вида соединения. Это ферменты фосфинотрицинацетилтрансфераза и неомицинфосфотрансфераза, которые обеспечивают дезактивацию соответственно гербицида глюфозината аммония (Либерти, Баста) и антибиотиков - аминогликозидов канамицина, неомицина, генетицина. Тем не менее и вещества, имеющие длительную историю безопасного использования, тоже проходят тщательную проверку.

Большинство белков - продуктов трансгенов относятся к нестойким соединениям: они легко денатурируют даже при относительно невысоких температурах (следовательно, разрушаются при переработке растительного сырья) и кислотности среды. Все они быстро перевариваются в желудочном соке. Содержание их в растительных тканях очень низкое. Это означает малую вероятность того, что перечисленные протеины могут вызывать аллергические реакции. Ведь для аллергенов характерны следующие признаки: устойчивость к перевариванию, к переработке, молекулярная масса 10-70 кдальтон, содержание в пище более чем 1%. Для того чтобы развилась аллергическая реакция, белок должен поступать в тонкий кишечник в практически неизмененном состоянии (там происходит его всасывание в кровь с последующим образованием антител).

Естественно, на практике обычно получают большое количество трансгенных форм, из которых в ходе последующей традиционной селекции отбирают образцы без видимых мутаций. Затем тщательнейшим образом изучают безопасность отобранных форм для здоровья человека и окружающей среды. В частности, анализируют содержание в растительном сырье как питательных, так и потенциально опасных для здоровья веществ.

Так, результаты 1400 аналитических экспериментов, проведенных при изучении вышеупомянутой RR-сои (устойчивой к «РАУНДАПу»), подтвердили полную идентичность трансгенного и исходного сортов сои как по питательным, так и антипитательным свойствам.

В качестве первых фигурировали: содержание белка, жира, волокон, зольных элементов, углеводов, калорийность, влажность зерна, «питательные» свойства переработанного зерна - сухой муки, обезжиренной муки, белкового изолята, концентрата, лецитина, очищенного масла, дезодорированного масла и т.п. Не выявлено различий по специфическим жирным кислотам, аминокислотам, в частности ароматическим аминокислотам. Естественно, особое внимание было уделено «антипитательным» компонентам соевого зерна: ингибитору трипсина, лектинам, фитоэстрогенам, стахиозе и фитату. По содержанию этих веществ генетически модифицированный организм и исходная линия также не различались. Анализ «существенной эквивалентности» ГМО и исходной линии наиболее актуален для видов растений, которые в принципе могут быть опасными для здоровья человека: картофель, томаты (из-за токсичных гликоалкалоидов), хлопок (из-за токсичного госсипола) и некоторые другие.

Следующим фактором, который рассматривается в качестве потенциального неблагоприятного эффекта генетически модифицированных организмов на здоровье человека, является горизонтальный перенос трансгенов (прежде всего генов устойчивости к антибиотикам) от ГМО микрофлоре пищеварительного тракта человека и животных.

В состав любой трансгенной конструкции, как правило, входит помимо собственно трансгена и его регуляторных элементов и так называемый селективный (или маркерный) ген, необходимый для отбора трансформированных клеток. В качестве селективных генов обычно используют гены устойчивости к антибиотикам, которые уже утратили свое значение как антимикробные препараты из-за широко распространенной устойчивости микроорганизмов к этим антибиотикам.

Кроме того, вероятность переноса селективных генов из ДНК продуктов питания, полученных из генетически модифицированных организмов, к микроорганизмам пищеварительного тракта крайне низкая (она оценивается как приблизительно 10-17). Для этого требуется несколько крайне маловероятных событий: участок ДНК, содержащий селективный ген, не должен быть поврежден в процессе пищеварения, необходима гомология селективного гена или прилегающих к нему районов ДНК с ДНК хромосомы или плазмиды болезнетворной бактерии пищеварительного тракта, а для того, чтобы селективный ген экспрессировался в ней после переноса, он должен встроиться под подходящим прокариотическим промотором.

Если умножить вероятность горизонтального переноса селективного гена на возможные последствия такого переноса (появление одной новой бактерии с устойчивостью к антибиотику в придачу к тысячам уже существующих с такой же устойчивостью), то серьезно обсуждать подобные риски можно, пожалуй, только перед непросвещенной публикой в пропагандистских целях. Еще более несерьезным выглядит рассмотрение последствий переноса трансгенов или селективных генов в ДНК клеток человека: продолжительность жизни клеток эпителия пищеварительного тракта около 7 дней, никакого контакта пищи с половыми клетками человека не может быть в принципе.

Следовательно, наличие в трансгенных конструкциях селективных генов антибиотикоустойчивости не является опасным для здоровья человека и окружающей среды, но, учитывая озабоченность, а часто и неприятие общественностью этого факта, ученые прилагают усилия по разработке альтернативных селективных систем.

Так, все чаще в качестве селективных генов используют гены устойчивости к гербицидам (правда, экологи опасаются, что это приведет к росту гербицидоустойчивости сорняков), нетоксичным сахарам (типа ксилозы, маннозы, 2-деоксиглюкозы), гены индуцированной экспрессии фитогормонов и другие. Разработаны методы удаления селективных генов у трансформантов после проведения селективной процедуры или получения безмаркерных трансгенных линий с помощью котрансформации с последующим негативным отбором по селективным генам в беккроссных поколениях (1 С. 25).

4. Возможные неблагоприятные последствия высвобождения в окружающую среду

В представлении обывателя трансгенные растения (генетически модифицированные организмы) ассоциируются прежде всего с якобы страшной опасностью, угрожающей здоровью населения. По мнению же специалистов, намного более существенными представляются риски для окружающей среды. Ведь первую группу рисков (для здоровья человека) можно оценить достаточно точно, чтобы их предупредить и практически полностью исключить.

В случае же с рисками для окружающей среды ситуация намного сложнее. Необходимо учитывать различные сложные взаимодействия организма и среды, многие из которых с трудом поддаются точной оценке или даже непредсказуемы. Особенно сложно бывает спрогнозировать отдаленные последствия, различные каскадные эффекты: ведь в дикой природе все взаимосвязано. Да и устранить возможные неблагоприятные последствия бывает очень сложно: если ГМО попали в окружающую среду, размножились и, что самое неприятное, передали свою генетическую информацию другим видам, то практически невозможно вернуть все в исходное состояние в случае обнаружения каких-либо неблагоприятных эффектов.

Возможны следующие неблагоприятные эффекты ГМО на окружающую среду:

- разрушительное воздействие на биологические сообщества и утрата ценных биологических ресурсов в результате засорения местных видов генами, перенесенными от генетически модифицированных организмов;

- создание новых паразитов, прежде всего сорняков, и усиление вредоносности уже существующих на основе самих ГМО или в результате переноса трансгенов другим видам;

- выработка веществ - продуктов трансгенов, которые могут быть токсичными для организмов, живущих или питающихся на генетически модифицированных организмах и не являющихся мишенями трансгенных признаков (например, пчел, других полезных или охраняемых видов);

- неблагоприятное воздействие на экосистемы токсичных веществ, производных неполного разрушения опасных химикатов, например гербицидов (значительное количество создаваемых в настоящее время ГМО - формы, устойчивые к гербицидам).

Как известно, в природе нет ничего лишнего: существует определенный баланс между отдельными видами в пределах любого биологического сообщества. Живые организмы находятся между собой в тесном контакте и взаимозависимости. Вероятность изменения биологического многообразия без вмешательства человека ничтожна. Увеличение численности популяции какого-либо вида в отдельные промежутки времени, например из-за колебаний климатических факторов, немедленно включает механизм, ограничивающий этот рост, и баланс между видами восстанавливается. Поэтому, говоря о первой группе риска из числа приведенных выше (разрушительное воздействие трансгенов на биологические сообщества), имеют в виду следующее. При переносе отдельных трансгенных признаков, прежде всего имеющих адаптивное значение в окружающей среде (устойчивость к холоду, жаре, засухе, засолению), от культурных сортов к их диким сородичам возможна ситуация, при которой последние могут приобрести дополнительные преимущества в борьбе за существование. А это чревато изменением того самого баланса между видами, существующего в природе. Последствия могут быть печальны: увеличение численности одних видов может сопровождаться снижением численности других и даже их утратой.

Проблема появления суперсорняков и супервредителей также фигурирует среди основных, когда рассматривают экологические риски, связанные с ГМО. Сорняки - это группа растений с определенным набором адаптивных признаков, которые помогают им существовать в окружающей среде, в том числе среди посевов культурных растений, несмотря на жесткую конкуренцию со стороны других организмов, а также постоянное воздействие со стороны человека, который пытается их искоренить.

Применение трансгенных сортов с инсектицидными свойствами (благодаря Bt-гену) сразу же породило вопрос: а не повлияют ли отрицательно эти сорта на биологическое разнообразие, воздействуя на насекомых, которые не являются «мишенью» трансгенного признака? Имеются в виду прежде всего такие полезные насекомые, как пчелы, божьи коровки, златоглазки. К счастью для природы, Bt-протеины отличаются высокой избирательностью своего действия. Тем не менее возможные негативные эффекты, связанные с нецелевым воздействием ГМО на другие организмы, обязательно тщательно взвешиваются при проведении оценки их биобезопасности.

Еще одним фактором риска считают возможное увеличение объемов применения гербицидов. В связи с тем, что первые ГМО обладали в основном признаками толерантности к гербицидам, возникло опасение, что их использование может привести к неблагоприятному воздействию на экосистемы токсичных веществ, производных неполного разрушения опасных химикатов, например гербицидов. Однако практика использования гербицидоустойчивых генетически модифицированных сортов показала противоположную тенденцию. Поскольку эффективность контроля над сорняками с помощью комбинации ГМО и соответствующего гербицида выше, чем в обычной практике применения химикатов, то общий объем гербицидов, внесенных на поля с генетически модифицированными сортами, оказывается ниже обычного (4 С. 51-53).

5. Опасны ли трансгенные растения для человека

Каждый интересующийся темой трансгенных растений слышал ужасающую историю о том, что части их ДНК могут встраиваться в человеческие хромосомы и вызывать невероятные, опасные для жизни мутации. Вряд ли сейчас кто-либо может дать ответ, где и когда появилась эта идея, но разъяснить ее необходимо. На уроках биологии в школе всем, даже тем, кому совершенно чужда эта наука, рассказывали о том, как функционирует пищеварительная система, как белки, жиры и углеводы распадаются каждый до маленьких «кирпичиков», из которых они состоят. Так же и ДНК всех без исключения организмов на нашей планете состоит из маленьких составляющих - нуклеотидов. Их всего четыре - аденин, гуанин, цитозин и химин, и у каждого организма они одинаковы, начиная от маленьких водорослей в океане и заканчивая львом или человеком (2 С. 9). Поэтому, когда ученые встраивают ген в организм, они используют эти же четыре кирпичика. И также как белки, жиры и углеводы, гены, будь они природные или внесенные в растения человеком, распадутся в пищеварительной системе на составляющие нуклеотиды. Ведь если предположить, что чужеродные ДНК, попадающие в нас каждый день даже с традиционной пищей, встраивались в нас с каждым ее приемом, то каждый из нас давно бы стал похожим на морковку или коровку, в зависимости от личных предпочтений. Но ведь мы до сих пор люди, не так ли? А теперь обсудим возможные опасности, которые может представлять трансгенные растения для экосистемы. В большинстве статей поднимаются два возможных варианта влияния генно-модифицированных растений на экосистемы планеты - это вытеснение устойчивыми к внешним воздействия модифицированными растениями их диких собратьев из экологических ниш, что может привести к изменению флоры, а также «утечка» трансгенов в окружающую среду. Рассмотрим подробнее оба этих варианта. Первой проблемой обеспокоено много ученых, ведь, на первый взгляд, все трансгенные растения приспособленнее своих диких собратьев. Но на деле это те же культурные сорта растений, которым необходим уход и забота со стороны человека, иначе их вытеснят сорняки. Да, проблема является до сих пор открытой и вызывает множество споров; однако заметим, что за тридцатилетнюю историю культивирования трансгенных растений ни одно из них еще не встречалось в дикой природе. А вторая проблема, над которой бьются экологи, - то «миграция» трансгенов между популяциями: то есть перенос генов между трансгенными сортами и дикими подвидами растений. Ученые давно обсуждению эту проблему и методы ее избежания, но однозначной политики на данный счет нет. Делая реферат о проблемах генно-модифицированных растений, всегда необходимо упоминать об экологических проблемах, о рисках влияния на окружающую среду.

Но вряд ли риски генно-модифицированных растений сравнятся с рисками выбросов химических соединений, используемых при традиционном культивировании растений, в атмосферу и воду (9 С. 11).

Заключение

В заключение хочется отметить, что за последние годы фундаментальная биология обогатилась 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. Ни одна новая технология не была объектом такого пристального внимания ученых всего мира. Все это обусловлено тем, что мнения ученых о безопасности генетически модифицированных источников питания расходятся. Нет ни одного научного факта против использования трансгенных продуктов. В тоже время некоторые специалисты считают, что существует риск выпуска нестабильного вида растений, передача заданных свойств сорнякам, влияние на биоразнообразие планеты, и главное потенциальная опасность для биологических объектов, для здоровья человека путем переноса встроенного гена в микрофлору кишечника или образование из модифицированных белков под воздействием нормальных ферментов, так называемых минорных компонентов, способных оказывать негативное влияние. Трангены могут создать множество биологических проблем. Так при культивировании клеток в пробирках могут возникать различного рода мутации, которые могут представлять угрозу для организма.

Но есть надежда, что трансгеноз позволит улучшать генотип существующих сельскохозяйственных культур. В ближайшее время потенциал генно-инженерной биотехнологии растений значительно возрастет благодаря разработке методов генетической трансформации клеточных органелл. Уже достигнуты значительные успехи в создании и развитии методов трансформации хлоропластов высших ранений. Дальнейшие успехи генно-инженерной биотехнологии растений будут зависеть от понимания особенностей трансгенной экспрессии (7 С. 20).

Библиографическое описание

трансгенный растение человек

1. Бн Глик, Дж Пастернак Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. - М.: Мир, 2002.

2. В.П. Комов, В.Н. Шведова. Биохимия: учебник для вузов. - 3-е изд., стереотип. Гл. 26: «Обмен нуклеиновых кислот и нуклеотидов» - М.: Дрофа, 2008.

3. З.А. Власова Справочник по биологии. - М., 1998.

4. Л.К. Эрнст Современное состояние и перспективы использования трансгенных технологий в животноводстве. - М.: РАСХН, 2002.

5. М.Н. Савин Журнал «Биология», 2002, № 44.

6. Н.А. Зиновьева Трансгенные животные и возможности их использования. - Б. м., 2001.

7. Научно-популярный конкурс «Био/мол/текст»-2014 Трансгенные растения - спасители планеты или бомбы замедленного действия? [Электронный ресурс] URL: https://biomolecula.ru/biomoltext/bio-mol-tekst-2014 (дата обращения 20.12.2018).

8. Нейротехнологии.РФ. Электронный журнал [Электронный ресурс]. URL: https://нейротехнологии.рф/articles/berg (Дата обращения: 20.12.2018).

9. Сайт «ГМО»: Экологические риски, связанные с культивированием генетически-модифицированных растений. Аналитический обзор. [Электронный ресурс] URL: http://www.oagb.ru/lib.php?txt_id=975 (дата обращения 20.12.2018).

Размещено на Allbest.ru