Генетически модифицированные организмы. Принципы получения, применение

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Челябинский государственный университет"

Биологический факультет

Кафедра микробиологии

Курсовая работа по микробиологии

Генетически модифицированные организмы. Принципы получения, применение

Выполнила студентка

группы БМ 401 (1)

Ярыгина М.А.

Научный руководитель:

Жигалова Н.И.

Челябинск 2012

Оглавление

Введение

Глава 1. Что такое генетически модифицированные организмы

.1 Определение, история и предпосылки возникновения

.2 Принципы получения

.2.1 Способы получения ГМ микроорганизмов

.2.2 Получение трансгенных растений

.2.3 Получение трансгенных животных

Глава 2. Положительные аспекты в использовании

.1 Аргументы сторонников

.2 Использование генетически модифицированных микроорганизмов

.2.1 Трансгенные микроорганизмы в медицине

.2.2 Химическая промышленность

.2.3 Другие варианты применения ГММ

.3 Использование трансгенных растений

.4 Трансгенные животные в сельском хозяйстве

Глава 3. Неблагоприятные эффекты генно-инженерных организмов

.1 ГМО и здоровье человека

.1.1 Токсичность

.1.2 Аллергия

.1.3 Онкология

.2 Экологические риски

Глава 4. Ситуация с ГМО в России

.1 Маркировка и регистрация продукции

.2 Становление зон, свободных от ГМО

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

генетический модифицированный трансгенный токсичность

"Генная революция" открыла новую эру в развитии общественно-экономических отношений. Под ее влиянием формируются новые рынки товаров и услуг, меняется их стоимость и способы производства, возникают новые и могут исчезать некоторые традиционные виды деятельности, изменяется структура и направление инвестиционных потоков. Уже сегодня широкое использование методов современной биотехнологии повлекло значительные изменения в сельском хозяйстве, промышленном производстве, энергетике, медицине и ветеринарии. Эти процессы стремительно развиваются и уже имеют значительное влияние на международную торговлю, которая будет только увеличиваться, что приведет в будущем к изменению структуры мирового хозяйства и национальных экономик многих стран. Сегодня очевидно, что современные биотехнологии открывают перед человечеством большие перспективы и несут с собой как преимущества, так и возможные неизвестные риски и угрозы. Их использование во многих сферах вызывает сегодня большой резонанс в обществе, но наибольшее внимание приковано к генетически модифицированным организмам. Насколько использование ГМО перспективное и безопасное - на этот вопрос сегодня пытаются дать ответ ученые, эксперты международных и общественных организаций.

Но общество смущает не столько генетическое модифицирование как специфическая технология, сколько контекст, в котором происходит разработка ГМО, потому что достаточно часто методы генной инженерии воспринимаются как "вмешательство в дело Божие". Предостерегающее отношение к ГМО связано не только с общественными и политическими ценностями, юридическими и религиозными нормами, а также с вопросами здоровья нации, экономической безопасности государства и экологической ситуации на планете.

ГМО все чаще стали входить в продукты питания. В настоящее время содержание ГМО в продуктах является привычным и приемлемым. Стоит безразлично относиться к проблеме ГМ-организмов? Большинство ученых считает, что нужно все же учитывать возможные риски от ГМО, вводить моратории на коммерческое использование, так как эта продукция может нанести необратимый вред биологическому разнообразию экосистем, здоровью людей и животных. Кроме этого растет разрыв между странами Западной и Восточной Европы в уровнях осведомленности о потенциальном риске выпуска ГМО.

Целью данной работы является рассмотрение вопросов, касающихся природы генетически модифицированных организмов, каким образом их получают, в каких отраслях активно применяют и почему в странах создаются зоны свободные от ГМО.

Глава 1. Что такое генетически модифицированные организмы

.1 Определение, история и предпосылки возникновения

Продовольственная проблема является одной из важнейших проблем человечества. Особенно остро она стоит в развивающихся странах, где происходит стремительный рост населения до 100 млн. человек в год, и очень слабо развито сельское хозяйство. Постоянные поставки гуманитарной помощи со стороны развитых стран и международных организаций являются явно недостаточными для борьбы с голодом. Уже сейчас дефицит пищевых продуктов в мире превышает 60 млн. тонн, а число людей, страдающих от недостаточного питания, приближается к 1 млрд. человек. Таким образом, современная стратегия производства пищевых продуктов должна быть направлена на поиск выхода из продовольственного кризиса в кратчайшие сроки. Возникла необходимость в применении принципиально новых подходов к созданию высокопродуктивных агросистем, обеспечивающих значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности скота. Выход был найден в лице трансгенных организмов.

Под ГМО понимают живые организмы, имеющие преднамеренно измененные последовательности нуклеиновых кислот. Указанные изменения могут сводиться к введению или удалению генетических фрагментов. При этом может вводиться как чужеродная нуклеиновая кислота (например, бактерии, содержащие ген инсулина человека), так и нуклеиновая кислота данного вида (например, для повышения содержания крахмала в картофеле гены, связанные с синтезом крахмала, могут быть "продублированы" несколько раз). ГМО объединяют три группы организмов - генетически модифицированные микроорганизмы (ГММ), животные (ГМЖ) и растения (ГМР). Современные биотехнологии (создание ГМО) в зависимости от назначения подразделяются на четыре типа:

·красные биотехнологии - использование ГМО в качестве фабрики для производства лекарственных препаратов;

·зеленые биотехнологии - использование ГМ-растений в сельском хозяйстве и лесоводстве;

·белые биотехнологии - использование ГМО в различных отраслях промышленности;

·существует также термин "голубые биотехнологии", он, как правило, применяется к модификациям в водных экосистемах. [3]

Первый ГМ-продукт был получен в 1972 году, когда ученый Стэндфордского университета Пол Берг объединил в единое целое два гена, выделенных из разных организмов, и получил гибрид, который не встречается в природе. Так был изобретен модифицированный табак. Всего через несколько лет в США начала развиваться индустрия создания генетически модифицированных организмов (ГМО). Очень скоро ученные поняли, благодаря генной модификации растения и овощи становятся морозоустойчивее, дольше хранятся и их не едят насекомые. [2]

Первый ГМ микроорганизм - кишечная палочка с человеческим геном, кодирующим синтез инсулина, появился на свет в 1973 году. В связи с непредсказуемостью результатов ученые Стенли Коэн и Герберт Бойер, сделавшие это изобретение, обратились к мировому научному сообществу с призывом приостановить исследования, написав письмо в журнал Science; в числе прочих под ним подписался и сам Пол Берг. В феврале 1975 года на конференции в Асиломаре (Калифорния), ведущие специалисты в области генной инженерии решили прервать мораторий и продолжить исследования с соблюдением специально разработанных правил. На отработку методики промышленного производства микробно-человеческого инсулина и его проверку с особым пристрастием понадобилось семь лет: только в 1980 году американская компания Genentech начала продажу нового препарата. [1]

В 1994 году американская компания Monsanto (печально известная как изобретатель вещества Agent Orange, применявшегося для "выжигания" растений во время войны США во Вьетнаме, в результате чего более миллиона вьетнамцев стали инвалидами, тысячи солдат армии США умерли от рака) представила свою первую разработку генной инженерии - помидор под названием FlavrSavr. Он мог в полузрелом состоянии месяцами храниться в прохладном помещении, однако стоило плодам оказаться в тепле - они тут же краснели. Такие свойства модифицированные помидоры получили благодаря соединению с генами камбалы. Затем ученые скрестили сою с генами некоторых бактерий, и эта культура стала устойчивой к гербицидам, которыми обрабатывают поля от вредителей. [2]

Впоследствии в мире было выведено около тысячи генномодифицированных культур, однако из них только 100 разрешены к промышленному производству. Наиболее распространенные - помидоры, соя, кукуруза, рис, пшеница, арахис, картофель.

По итогам 2008 года, площадь посевов ГМ-культур превысила 114,2 млн гектар. Генномодифицированные культуры выращивают около 10 млн фермеров в 21 стране мира. Лидером в производстве ГМ-культур являются США, следом идут Аргентина, Бразилия, Китай и Индия. В Европе к генномодифицированным культурам относятся настороженно, а в России высаживать ГМ-растения вовсе запрещено, но в некоторых регионах этот запрет обходится - посевы генномодифицированной пшеницы есть на Кубани, в Ставрополе и на Алтае. [3]

.2 Принципы получения

.2.1 Способы получения ГМ микроорганизмов

Способность организмов синтезировать те или иные биомолекулы, в первую очередь белки, закодирована в их геноме. Поэтому достаточно "добавить" нужный ген, взятый из другого организма, в бактерию, которая способна расти в простых условиях и чрезвычайно быстро размножаться. Но попытки провести перенос в бактерии непосредственно геномной ДНК привели к противоречивым результатам. Только в 70-е годы были получены воспроизводимые результаты с применением так называемой векторной трансформации. В основе этого подхода лежит использование векторных молекул - ДНК, способных переносить содержащиеся в них гены в клетку, где эти молекулы реплицируются автономно или после интеграции с геномом. Решающую роль в этих экспериментах сыграли также методы получения индивидуальных генов, наработка их в необходимом количестве путем клонирования, то есть практически неограниченного размножения в бактериальных клетках. [3]

В основе всех достижений генетической инженерии лежит одна из особенностей строения генома бактерий - наличие у них небольших, отличных от хромосомы, кольцевых молекул ДНК, называемых плазмидами. Плазмиды широко распространены в природе и встречаются у подавляющего числа прокариотических организмов, а также у низших эукариот - дрожжей. Важным свойством плазмид является их способность реплицироваться (размножаться) вместе с ДНК клетки хозяина. Клетки хозяина не нуждаются в плазмидах для выживания в обычных условиях, но часто плазмиды придают им ряд особых свойств. Плазмиды придают бактериям способность к половому размножению (F-фактор), устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам (R-фактор), возможности усвоения некоторых сложных органических веществ, например, углеводородов. Основная масса исследований, которые привели к развитию генной инженерии, проводилась на классическом объекте микробиологов - кишечной палочке Escherichia coli. С помощью специальных ферментов - эндонуклеаз рестрикции, или рестриктаз, плазмида, несущая какой-нибудь маркерный ген, например, ген устойчивости к определенному антибиотику, разрезается в строго определенном месте с образованием с каждой стороны нескольких (от одного до пяти) неспаренных оснований - "липких концов". С помощью таких же рестриктаз получается фрагмент генома организма-донора, несущий нужный ген, например, ген человеческого инсулина. В последнее время донорную ДНК чаще получают путем "пришивания" "липких концов" к молекуле ДНК, полученной путем обратной транскрипции с матричной РНК нужного гена (кДНК). Главную роль здесь играет фермент обратная транскриптаза, или ревертаза, впервые открытая у ретровирусов (таких как ВИЧ и некоторые возбудители злокачественных новообразований - онковирусов). Далее за счет комплиментарного взаимодействия неспаренных оснований "липких концов" происходит включение нужного гена в плазмиду, при этом образуется новая рекомбинантная (гибридная) ДНК. Завершает процесс фермент ДНК-лигаза, которая ковалентно зашивает разрывы в цепях ДНК. Следующий этап - перенос рекомбинантной плазмиды в бактерию. Такой процесс - включение чужеродной ДНК в бактериальную клетку носит название трансформации, а молекула ДНК - вектор. [Приложение 1, рис.1] Это явление встречается в природе, что говорит о том, что трансформация - это естественный биологический процесс. В естественных условиях трансформация встречается у таких бактерий, как возбудитель пневмонии.

Значительно сложнее подвергнуть генетической модификации эукариотические микроорганизмы, а именно грибы. Как и у бактерий, у них имеются плазмиды, но использование их в качестве векторов часто оказывается не очень эффективно. Поэтому для того, чтобы возник стабильный трансформант, необходимы два последовательных события: проникновение рекомбинантной ДНК в клетку и ее интеграция в хромосомную ДНК. Такой метод называется интегративной трансформацией. В дальнейшем генно-инженерное конструирование у дрожжей пошло по пути создания кольцевых плазмид с центромерами, особыми участками ДНК, обеспечивающими связь с белками веретена деления и, следовательно, равномерное распределение таких плазмид между двумя клетками во время митоза. Развитие этого подхода привело к созданию целых искусственных мини-хромосом, содержащих, помимо центромерного участка, теломеры на концах, загнутые в виде шпильки, и репликаторы - участки начала репликации ДНК. Подобные минихромосомы могут включать сразу несколько полезных генов, что обеспечивает производство нужной биотехнологической продукции.

.2.2 Получение трансгенных растений

Вся работа с трансгенными растениями направлена на коренное изменение методов традиционной селекции - желаемые признаки получаются благодаря введению нужных генов непосредственно в растение вместо длительной работы по скрещиванию различных линий. Сложность такого подхода заключена в том, что в отличие от бактерий и дрожжей, растения являются многоклеточными организмами. Для получения продукта нужный ген должен находиться в каждой клетке организма, что достаточно сложно осуществить. Но у растений возможна полная регенерация in vitro из недифференцированных соматических тканей с получением нормальных, способных давать семена, растений. Это свойство, называемое тотипотентностью, дает уникальную возможность получить из единичных клеток, генотип которых можно изменить аналогично микроорганизмам, целое растение с новыми признаками. Задача осталась за поиском подходящего вектора для переноса нужного гена в выделенные камбиальные клетки. [3]

Исследователям помогла сама природа. Еще древним грекам было известно явление, называемое корончатыми галлами. В пораженных растениях клетки корончатых галлов приобретают способность неограниченно размножаться, оставаясь недифференцированными. Такие клетки по своим свойствам очень похожи на раковые клетки животных. Но только в XX веке ученым удалось установить и изучить причину возникновения такого явления. Виновницей оказалась одна из почвенных бактерий -Agrobacterium tumefaciens. Такая бактерия, как и многие другие, содержит плазмиды. Одна из них, названная Ti-плазмида (от английского сокращения "опухоль индуцирующая"), и оказалась опухолеродным агентом для клеток зараженного растения.плазмида состоит из нескольких функционально различных участков ДНК. Наиболее важную роль играет участок Т-ДНК, который переносится в клетку зараженного растения и встраивается в ее хромосому. Там находятся гены синтеза фитогормонов и опинов. Фитогормоны ауксин и цитикинин подавляют дифференцировку опухолевых растительных клеток и переводят их в состояние деления, а опины используются бактерией как источник углерода, азота и энергии. Другими участками ДНК в Ti-плазмиде являются tra-область, где локализованы гены, контролирующие конъюгацию бактерий, и ori-область, продукты которой обеспечивают размножение плазмиды в бактериальной клетке. Еще один важный локус ДНК называется vir-область. Там содержатся гены, ответственные за перенос Т-ДНК в растительную клетку и встраивание ее в хромосому. [Приложение 2, рис.1]

Чаще всего для создания трансгенных растений используют следующий подход. Сегмент Т-ДНК вырезают из Ti-плазмиды с помощью рестриктаз и встраивают в стандартную плазмиду-вектор бактерии Escherichia coli. Рекомбинантная плазмида размножается, и в участок Т-ДНК вставляют нужный ген так же, как и в обычную плазмиду, с использованием рестриктаз. Такой молекулярный гибрид вводят в Agrobacterium tumefaciens, содержащий неизмененную Ti-плазмиду. Благодаря процессу рекомбинации происходит обмен гомологичными участками ДНК рекомбинантной и Ti-плазмид. В результате получится рекомбинантная Ti-плазмида, несущая нужный ген. Делают небольшое повреждение в растительной ткани, выделяется сок с кислой реакцией и высокой концентрацией лигнина. Это специфически стимулирует экспрессию генов vir-области. Лигнин взаимодействует с продуктом гена virA, передается сигнал внутрь клетки, активируется продукт гена virG, что в свою очередь активирует остальные гены вирулентности. Белок VirD2 в комплексе с белками VirC1 и VirD1 вносит одноцепочечные разрывы в нуклеотидные последовательности правой и левой границ Т-ДНК. Синтезируется новая цепь Т-ДНК, а старая, с присоединенным к 5-концу VirD2, вытесняется. Процесс повторяется, и в клетке накапливается одноцепочечная Т-ДНК, готовая к переносу. Затем комплекс Т-ДНК с белками VirD2 и VirE2 направленно переносится в клетку растения с помощью процесса, сходного с бактериальной конъюгацией. Перенос происходит через пили, а затем через канал в клеточной мембране растения, сформированный белком VirE2. VirD2 и VirE2 способствуют проникновению Т-ДНК в геном растения. [Приложение 2, рис.2] Сайты инсерции случайны. Процесс длится около 30 минут. Единичные растительные клетки заражаются, выращивается целое растение, все клетки которого будут экспрессировать нужный ген. [Приложение 3, рис.1] [5]

Иногда оказывается проще использовать сразу две рекомбинантные плазмиды. Одна из них содержит только vir-область и является плазмидой-помощницей. Вторая плазмида должна содержать Т-ДНК со встроенным нужным геном. Плазмида-помощница способна переносить в растительную хромосому не только свою Т-ДНК, которой у нее и нет, но и соседнюю. Для облегчения отбора полученных ГМ-растений, рекомбинантная Ti-плазмида несет специальный маркерный ген. В отличие от микроорганизмов, где в качестве маркера используется устойчивость к антибиотикам, в растениях используют особые белки, обладающие способностью светиться в ультрафиолетовом свете. Наиболее часто используют гены люциферазы светлячков и ген GFP медузы (по-английски, "зеленый светящийся белок").

Помимо технологии, основанной на использовании Ti-плазмиды, в последнее время применяются и другие способы переноса рекомбинантной ДНК в растения. Современный арсенал методов трансформации очень обширен и включает такие подходы, как электропорация клеток (пропускание электрического разряда через смесь опытных клеток и рекомбинантных плазмид, при этом в мембранах клеток возникают бреши, и ДНК проникает в клетку и встраивается в геном), встряхивание смеси клеток, ДНК и микроигл (которые прокалывают мембраны аналогично электрическом току),опосредованная вирусами инфекция, микроинъекции ДНК в клетки. Промышленное применение нашла следующая технология: с помощью специального прибора "Shotgan" осуществляется обстрел растительных тканей мельчайшими пульками из золота или вольфрама, одетыми в молекулы ДНК.[4]

В отдельных случаях оказывается необходимо не ввести какой-нибудь новый ген в растение, а наоборот, заблокировать или ослабить действие природного гена. Например, в плоды томата, содержащего белок PG, придающего плодам рыхлость, вводят вектор, содержащий перевернутую копию его гена. В результате транскрипции получается антисмысловая мРНК, которая комплиментарно связывается с нормальной мРНК. Образуется молекула двухцепочечной РНК, которая уже не может служить матрицей для синтеза белка. В результате получаются твердые томаты, они дольше хранятся и более устойчивы к грибковым заболеваниям. Не менее перспективным является направление по генной инженерии генома пластид и митохондрий. В трансгенном материале значительно увеличивается содержание продукта за счет более активных метаболических процессов. Еще множество различных подходов, включая регуляцию активности генов, находятся на стадии разработки. [3]

.2.3 Получение трансгенных животных

Трансгенные животные - экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК, которая передаётся по наследству. Получение трансгенных животных осуществляется с помощью переноса клонированных генов в ядра зигот или эмбриональных стволовых клеток. Затем в репродуктивные органы реципиентной самки пересаживают модифицированные зиготы или яйцеклетки, у которых собственное ядро заменено на модифицированное ядро эмбриональных стволовых клеток, либо бластоцисты, содержащие чужеродную ДНК эмбриональных стволовых клеток. Имеются отдельные сообщения об использовании спермиев для создания трансгенных животных, однако этот приём пока не получил широкого распространения. [4]

В настоящее время для создания трансгенных животных, кроме микроинъекций, используются другие экспериментальные приемы: инфицирование клеток рекомбинантными вирусами, электропорация, "обстрел" клеток металлическими частицами с нанесёнными на их поверхности рекомбинантными ДНК. Все имеющиеся методы переноса генов пока ещё не очень эффективны. Для получения одного трансгенного животного в среднем необходимы микроинъекции ДНК в 40 зигот мышей, 90 зигот козы, 100 зигот свиньи, 110 зигот овцы и в 1600 зигот коровы. Механизмы интеграции экзогенной ДНК или формирования автономных репликонов при трансгенезе не известны. Встраивание трансгенов у каждого вновь получаемого трансгенного животного происходит в случайные участки хромосом, причём может происходить встраивание как единичной копии трансгена, так и множества копий, располагающихся тандемно в единичном локусе одной из хромосом. Гомология между сайтом интеграции трансгена и самим трансгеном отсутствует. [4]

Глава 2. Положительные аспекты в использовании

.1 Аргументы сторонников

Самым весомым аргументом сторонников распространения ГМО является рост численности населения Земли и увеличение потребности в продовольствии. Согласно прогнозу Отдела ООН по вопросам народонаселения "Перспективы мирового народонаселения", к 2050 году население Земли приблизится к 10 млрд человек. Вследствие этого к 2050 году, согласно прогнозу Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, для того, чтобы прокормить население планеты, необходимо увеличить производство продовольствия в мире на 70%. 12 октября 2009 года в Риме на заседании ООН было указано, что увеличение производства продовольствия потребует резкого роста инвестиций в развитие сельского хозяйства, которые должны быть направлены на исследование, разработку и внедрение новых технологий, а также методов ведения фермерского хозяйства и получения новых сортов сельскохозяйственных культур. Спрос на зерно составит около 3 млрд тонн в 2050 году. Годовое производство зерна должно вырасти почти на миллиард тонн (для сравнения: сегодня производится 2.1 млрд т зерна), а производство мяса вырастет на 200 млн т и достигнет 470 млн т в 2050 году. В зависимости от цен на энергоносители производство биотоплива также может способствовать увеличению спроса на сельскохозяйственную продукцию. Эксперты считают, что в мире есть достаточное количество земельных ресурсов, чтобы прокормить будущее население мира.[1]

Сторонники широкого использования ГМО заявляют, что все возможности увеличить продовольственный потенциал в мире фактически исчерпаны, поэтому возникает необходимость искать принципиально новые подходы и широко использовать современные биотехнологии для пополнения запасов продовольствия.

Кроме этого некоторые ученые приводят другие аргументы в пользу ГМО:

современная биотехнология позволяет использовать нужные гены живых организмов, а также конструировать новые гены, клонировать их и вводить различными методами в организм растения-реципиента. Таким образом, можно создавать новые трансгенные растения с заданными полезными свойствами во много раз быстрее, чем это происходит при традиционной селекции;

путем генетических манипуляций можно обеспечить устойчивость сельскохозяйственных растений к болезням, вредителям, пестицидам, сложных климатических условий, они лучше хранятся, можно улучшить их агротехнические свойства, увеличить урожайность, а также замедлить старение и повысить пищевую ценность культур;

современная биотехнология позволяет при создании новых растений действовать более целенаправленно, чем при традиционной гибридизации. Если первое поколение генетически модифицированных растений включало лишь дополнительные гены устойчивости, то уже следующее поколение приобретает новые свойства, которые ранее определенным растениям не были свойственны. [3]

Американские ученые Б. Глик и Дж. Пастернак выделяют три основные аргументы в пользу распространения ГМ-растений:

введение гена (генов) способствует повышению сельскохозяйственной ценности и декоративных качеств культурных растений;

ГМ-растения могут служить живыми биореактором при малозатратном производстве важных белков;

генетическая трансформация растений позволяет изучать действие генов в ходе развития растения и других биологических процессов.

На современном этапе развития генной инженерии ставится задача "научить" растение производить совершенно новые вещества, необходимые как для медицины, так и для других сфер, - особые кислоты, белки с высоким содержанием аминокислот, модифицированные полисахариды, вакцины, антитела, интерфероны, новые полимеры, что не засоряют окружающую среду и прочее. По мнению ученых биотехнологии открыли перспективы дальнейшего прогресса сельского хозяйства и обеспечения населения Земли необходимым количеством продовольствия.

Среди преимуществ ГМ культур для сельскохозяйственных производителей выделяют:

·значительное уменьшение использования пестицидов для обработки растений, что уменьшает их вредное воздействие на окружающую среду и здоровье фермеров. С 1996 года в мире использование пестицидов на площадях, где выращиваются ГМ культуры, уменьшилось на 0,286 млн т, по подсчетам ученых снизило их отрицательное воздействие на окружающую среду на 15%;

·уменьшение количества необходимой для обработки земли техники.[1]

В отчете ВОЗ сделала вывод, что генетически модифицированные продукты могут способствовать улучшению здоровья людей и развития человечества, а выгоды ГМО очевидны - рост урожайности, улучшения качества и разнообразия пищевых продуктов, что способствует повышению жизненного уровня. Но при этом подчеркивается необходимость долгосрочных исследований, так как некоторые гены, которые использовались при создании ГМО, ранее отсутствовали в сельскохозяйственных растениях, и следует оценивать их потенциальное влияние на здоровье человека, что позволяет своевременно выявить любые возможные негативные проявления в будущем. Эти замечания очень справедливы. Ген - это не автономная единица. Свойства и информационную составляющую гена определяет его окружения в геноме и среда, в которой он находится. Нельзя понятие "организм" свести к понятию "набор генов", поскольку гены не являются устойчивыми единицами информации, которые могут быть перенесены для генной экспрессии без привязки к контексту. Доказано, что молекула ДНК может быть стабильной в пробирке в лабораторных условиях, но оказаться очень нестабильной в живых организмах, взаимодействуя со своим окружением нелинейно. В этом причина полной непредсказуемости последствий переноса гена от одного вида к другому и именно в этом наибольшая опасность. [3]

.2 Использование генетически модифицированных микроорганизмов

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, он немного отличается по молекулярному составу от человеческого. Поэтому разработка технологии производства искусственного инсулина является поистине триумфом генетики. Ученым удалось методом проб и ошибок осуществить в клетках E.coli биосинтез молекул проинсулина, которая соответствующим образом преобразуется (формируются дисульфидные связи между цепями), превращаясь в молекулу инсулина. Далее была выделена иРНК проинсулина. Используя ее в качестве матрицы, с помощью обратной транскиптазы синтезировали комплементарную ей молекулу ДНК, которая представляла собой практически точную копию натурального гена инсулина. После пришивания к гену регуляторных элементов и переноса конструкции в генетический материал E.coli стало возможным производить инсулин на микробиологической фабрике в неограниченных количествах. Кроме того таким же способом стали получать гормон роста человека - соматотропин.

Ученые Корнельского университета (Итака, штат Нью-Йорк), работающие под руководством Джона Марча, вывели на новый уровень использование пробиотиков - полезных микроорганизмов, на протяжении столетий употребляемых людьми в составе молочных продуктов. Они "запрограммировали" непатогенный штамм кишечной палочки на синтез белка GLP-1 - глюкагоноподобного пептида. В организме здорового человека этот белок синтезируется клетками кишечника и, среди прочих эффектов, запускает продукцию инсулина в поджелудочной железе. Авторы продемонстрировали, что в лабораторных условиях в присутствии глюкозы секретирующие GLP-1 бактерии запускают синтез инсулина в культуре клеток кишечника человека. Механизмы, лежащие в основе этого феномена, пока не ясны. Введение новых бактерий в диету мышей с искусственно вызванным диабетом за 80 дней снизило уровень глюкозы в крови животных до нормального, в то время как у животных контрольной группы, не употреблявших бактерий, этот показатель оставался повышенным. Бактерии синтезируют определенное количество белка, соответствующее ситуации в организме хозяина, что минимизирует необходимость самостоятельного мониторинга состояния организма. Более того, пробиотики стоят совсем дешево, кроме того, при желании их можно размножать в составе закваски для йогурта. [12]

Ученый Нейл Форбс сообщил о принципиально новом способе борьбы с раковыми заболеваниями при помощи бактерий. Дело в том, что для большинства человеческих опухолей характерно наличие центральной зоны со сниженным содержанием кислорода (область гипоксии). Раковые клетки в такой области не способны к патологической пролиферации и не поддаются действию химиопрепаратов, "мишенью" которых являются быстро растущие клетки. В качестве альтернативной терапии раковых заболеваний ученые предлагают использовать почвенную бактерию Clostridium novyi-NT. При помощи генетических манипуляций ученым удалось удалить ген токсина и сделать микроорганизм совершенно безвредным.

Суть метода лечения заключается в следующем. Споры бактерий после внутривенного введения разносятся с током крови к органам и тканям организма, локализуясь впоследствии в зонах гипоксии опухоли. Оказавшись в благоприятных условиях, споры прорастают, бактерии начинают конкурировать с клетками опухоли за пищевые ресурсы, тем самым постепенно убивая раковые клетки. Clostridium novyi-NT не могут долго сохраняться в кислородсодержащей среде, но именно поэтому они наиболее эффективно поражают опухоли, прорастая и проявляя наибольшую активность в зонах гипоксии. Было также показано, что у бактерий, локализовавшихся в опухоли, активизируются гены метаболизма жирных кислот и липидов, позволяя им развиваться в некротических опухолях, богатых разрушенными липидными мембранами. Процесс разрушения "сердцевины" опухоли будет продолжать до тех пор, пока бактерии не достигнут зон опухоли с некоторым содержанием кислорода. Было установлено, что опухоли и метастазы менее 200 мкм не имеют областей гипоксии, характерных для крупных новообразований, что затрудняет использование в борьбе с ними строгих анаэробов, таких как Clostridium. Однако, для факультативных анаэробов, таких как Salmonella, Esherichia кислород не является препятствием. Дополнительным преимуществом факультативных анаэробов является то, что они могут активно перемещаться и неспецифически поражать небольшие опухоли и метастазы.

Тем не менее, автор статьи отмечает, что только при помощи бактерий излечить человека от опухоли вряд ли удастся, однако комбинированная терапия, включающая бактериальную и традиционную химиотерапию, вероятно, позволит значительно повысить эффективность лечения. [14]

Ученые из Южной Кореи придумали новый способ борьбы с раком. Специалисты университета Йонсей (Yonsei University) генетически модифицировали аденовирус, вызывающий у человека острые респираторные заболевания. В геном вируса "встроен" ген, отвечающий у человека за выработку гормона релаксина. Препарат, содержащий ГМ-вирусы вводят в злокачественную опухоль. В раковой ткани вирус быстро размножается, поражая только раковые клетки, не затрагивая здоровые. Эксперименты на мышах показали, что после трехкратных инъекций препарата в течение двух месяцев (60 дней) погибает более 90% раковых клеток в мозгу, печени, почках и матке подопытных животных. [15]

.2.2 Химическая промышленность

Общеизвестно, что микроорганизмы синтезируют целый ряд ценных веществ. Сегодня, благодаря направленным генетическим манипуляциям, удается не только увеличить продуктивность биосинтеза, но и получать вещества, химическое производство которых ранее было невозможно. Пищевые добавки, аминокислоты, витамины, ароматизаторы, ферменты - вот далеко не полный перечень веществ, которые получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов. В ряде случаев, биотехнологические методы производства этих соединений уже заменили традиционный химический синтез.

Преимущества биотехнологического производства с использованием генетически модифицированных микроорганизмов очевидны: микроорганизмы быстро растут и, в большинстве случаев, легко культивируются. В отличие от традиционного химического синтеза, биосинтез протекает при нормальных условиях, а значит, для него не требуется создание таких дополнительных условий как повышенная температура, давление, или применение агрессивных химикатов. Очевидна экологическая привлекательность биосинтеза, основанного на использовании возобновляемых природных ресурсов, а также того факта, что неиспользованная продукция легко подвергается биодеградации и оказывает минимальное загрязняющее воздействие на сточные воды. [3]

Генетически модифицированные микроорганизмы используются в настоящее время для производства фармацевтических препаратов, вакцин, продуктов тонкого органического синтеза, пищевых добавок и других сопутствующих соединений пищевой промышленности. Вот только некоторые примеры продуктов микробного синтеза:

·Витамин B2 (краситель, рибофлавин E 101), витамин C (консервант, аскорбиновая кислота E 300);

·Загуститель ксантан (E 415), регулятор кислотности лимонная кислота (E 330);

·Консервант, натамицин (E 235), низин (E 234), лизоцим (E 1105);

·Аминокислоты: глутамат - усилитель вкуса и запаха (E621), аспартам - подсластитель (E 951) или цистеин (E 921), используются для улучшения качества пищевых продуктов и кормов;

·Ферменты, необходимые для производства сыров, хлеба, выпечки, алкогольных напитков, соков, сиропов, глюкозы, и других продуктов также во многих случаях получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов. [12]

Генетическая инженерия позволяет существенно расширить возможности микробиологического производства, повысить микробную продуктивность и сделать биосинтез экономически более выгодным по сравнению с химическим производством. Клонирование в микробную клетку генов определенных метаболических путей позволяет не только существенно увеличить количество конечного целевого продукта, но и добиться синтеза таких несвойственных для микробного метаболизма веществ. Генная инженерия позволяет перевести т.н. "индуцибельные" гены (экспрессируются при наличии в среде определенного соединения), в "конститутивные" (экспрессируются постоянно на высоком уровне). В том случае, если необходимое вещество синтезируется микроорганизмом неприспособленным для роста в культуре, достаточно клонировать гены, отвечающие за синтез этого соединения в другой, хорошо адаптированный для роста в биореакторе штамм. [12]

.2.3 Другие варианты применения ГММ

Студенческая исследовательская группа из Университета Ньюкасла вырастила весьма полезных микробов, которые способны "заштопать" мелкие трещины в бетоне с помощью вырабатываемого ими связывающего вещества. Bacillus subtilis или BacillaFilla, как окрестили эту бактерию молодые ученые, проникает в трещины и "расползается" внутри. Достигнув дна трещины, BacillaFilla начинает производить смесь карбоната кальция и бактериального клея. Этот "строительный раствор", заполненный нитеобразными бактериальными клетками, связывает стенки трещины, увеличивая прочность конструкции и продлевая срок её эксплуатации. [Приложение 4, рис.1]. Руководитель проекта, доктор Дженнифер Холлинен (Jennifer Hallinan) говорит, что "бактериальный" способ ремонта будет более благоприятным для окружающей среды, чем производство бетона и возведение новых конструкций. "Это может быть особенно полезным в сейсмоопасных районах, где сотни зданий идут на снос только потому, что в настоящее время нет простого способа их ремонта". Споры BacillaFilla начинают прорастать только при контакте с бетоном, реагируя на специфический рН материала. В геном бактерии встроен ген "самоуничтожения", поэтому она не способна выжить в условиях окружающей среды. Сформировавшиеся на поверхности бетона бактериальные клетки начинают проникать в трещины на его поверхности. В районе дна трещины бактериям становится "тесно" и клетки начинают слипаться друг с другом. Это служит сигналом к началу дифференциации бактериальных клеток. Одни из них начинают вырабатывать карбонат кальция, другие - бактериальный клей, а третьи выступают в роли "армирующего волокна". В результате такого разделения труда трещина заполняется связывающим веществом и перестает представлять угрозу прочности конструкции. [13]

Американские ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско создали некое подобие фотопленки из генетически модифицированных бактерий. Как сообщает New Scientist, в ходе экспериментов команда Криса Войта, применяла кишечные палочки E.coli, которые в процессе жизнедеятельности не используют свет. Для того чтобы придать E.coli нужные свойства, ученые поместили в клеточную мембрану бактерии гены сине-зеленой морской водоросли. В результате кишечная палочка "научилась" реагировать на красный свет. Далее колония бактерий с генетически модифицированным кодом была помещена в среду со специальными молекулами-индикаторами. При облучении полученной "фотопленки" красным светом происходит отключение одного из генов E.сoli, что, в свою очередь, приводит к изменению цвета индикатора. Таким образом, меняя состояние бактерий на определенных участках "биопленки", можно формировать монохромный рисунок. Причем благодаря микроскопическим размерам бактерий изображения, если их можно так назвать, имеют рекордное разрешение - до 100 миллионов пикселей на квадратный дюйм. Правда, на получение каждого "кадра" уходит порядка четырех часов. Исследователи отмечают, что их разработка вряд ли когда-либо найдет применение в сфере традиционной фотографии. Однако новая методика может привести к появлению "нанофабрик", способных синтезировать определенные вещества точно в тех местах, на которые попадает свет. В настоящее время команда Криса Войта продолжает исследования и пытается создать живую фотопленку, способную воспроизводить несколько цветов. [12]

.3 Использование трансгенных растений

Несмотря на впечатляющие достижения генетической инженерии в области медицины, наибольший резонанс в обществе, однако, вызвало применение генетически модифицированных организмов для производства сельскохозяйственной продукции. Сейчас в мире уже существуют множество растений (кукуруза, соя, хлопок, рапс, томат, картофель и т.д.) устойчивых к гербицидам, насекомым, вирусам, с улучшенными качественными характеристиками.

Одной из основных проблем сельскохозяйственного производства является борьба с сорняками. Генетическая инженерия решает эту проблему довольно просто. Достаточно перенести в генетический материал растения нужный ген от устойчивых к гербицидам микроорганизмов. Среди всех трансгенных культур гербицидустойчивые формы составляют подавляющее большинство, т.к. это позволяет существенно снизить издержки производства за счет эффективного контроля над сорными растениями. [5]

Безусловным лидером среди всех трансгенных культур является соя, устойчивая к гербициду глифосфату. Гербицид глифосфат (Раундап) относится к гербицидам тотального действия. Его "мишенью" в растении является фермент 5-энолпирувилшикимат-3-фосфат синтаза (EPSPS), который играет важную роль в синтезе ароматических аминокислот (тирозина, фенилаланина, триптофана). Под действием гербицида у неустойчивых к нему растений наблюдаются симптомы азотного голодания, и они погибают в течение 2 недель. В выращиваемых во всем мире трансгенных коммерческих сортах сои встроен мутантный ген cp4 от почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens CP4. Генетическая конструкция, созданная с помощью технологии рекомбинантных ДНК для переноса этого гена в растения, содержит также промотор CaMV35S от вируса мозаики цветной капусты, терминальную последовательность от гена nos нопалинсинтазы Agrobacterium tumefaciens и небольшую последовательность, кодирующую хлоропластный транзитный пептид от петунии, необходимый для доставки мутантного EPSPS к хлоропластам - месту синтеза ароматических аминокислот в клетке. Для переноса этой конструкции в генетический материал сои использован метод "бомбардировки" клеток с помощью "генной пушки". [3]

Второй ключевой проблемой растениеводства является повышение эффективности контроля численности насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур. Среди биопестицидов широко используется так называемый Bt-токсин, получаемый из Bacillus thuringiensis. Токсин, как утверждают специалисты губителен для насекомых и совершенно безвреден для млекопитающих. Так, Bt-ген регулируется фоточувствительным промотором, он экспрессируется на свету в 100 раз сильнее, чем в темноте. Соответственно в клубнях Bt-протеина образуется в 100 раз меньше, чем в листьях. [4]

Еще одно важное направление генетической инженерии - селекция сортов, устойчивых к стрессовым факторам среды: засухе, жаре, холоду, повышенному засолению почвы. Идет работа над выделением, клонированием и переносом в растения трансгенов, кодирующих образование различных осмопротекторов (ионов, протеинов, аминокислот, сахаров), регулирующие содержание ненасыщенных жирных кислот в мембранах клеток. С помощью генной инженерии повышают урожайность сельскохозяйственных растений. Например, встраивание в геном картофеля гена фитохрома В от арабидопсиса приводит к повышению интенсивности фотосинтеза и увеличению урожая клубней. [3]

Сейчас ведутся работы и получены обнадеживающие результаты по созданию кофе без кофеина, табака без никотина, арахиса, не содержащего характерных для него аллергенов. Создан "золотой" рис: в него перенесли 3 гена от разных организмов, необходимых для биосинтеза каротина (гены фитоендесатуразы и ликопин ?-циклазы от нарцисса и ген каротиндесатуразы от бактерий). [1]

Японским исследователям удалось получить растения картофеля и табака с встроенным геном человеческого интерферона альфа, который применяют для лечения человека от гепатита С и некоторых форм рака. Созданы растения табака с человеческим интерлейкином 10 (стимулятор иммунитета). Преимущества таких "биофабрик" очевидны. Можно производить вещества, являвшиеся ранее очень редкими и дорогими, практически в неограниченных количествах. При этом не стоит проблема их тщательной очистки, как в случае с генетически модифицированными микроорганизмами. [3]

Большой интерес представляет использование трансгенных растений в целях получения съедобных вакцин для повышения устойчивости организма человека к опасным заболеваниям. Стенки клеток растений обеспечивают эффективную защиту находящегося в них антигена в ротовой полости и в желудке. "Упакованный" антиген эффективно достигает кишечника, где индуцирует иммунный ответ на уровне слизистых оболочек. Важной особенностью съедобных вакцин является их потенциальная дешевизна, биологическая биобезопасность, простота хранения и применения. Концепция производства вакцин в трансгенных растениях впервые сформулировали Х.Мэйсон с соавторами (1992 г.). Они получили картофель, экспрессирующий поверхностный антиген вируса гепатита В. Также сравнительно недавно удалось получить растения бананов, поедание плодов которых индуцирует образование антител к вирусам папилломы. [5]

Направления использования трансгенных растений могут быть совершенно неожиданными. Так, предполагается применять их для очистки почвы от загрязнений нефтью и тяжелыми металлами наряду с микроорганизмами. Самое удивительное, что растения табака с подобными свойствами уже получены. Предполагается использование трансгенных растений для дешевого и гуманного регулирования численности популяций некоторых диких животных. Для этого в геном растения встраивают гены, кодирующие антигены половых клеток (сперматозоидов) или половых гормонов. [6]

.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, трансгенные свиньи с добавленным геном гормона роста более мускулистые и менее жирные. То есть из туши трансгенного кабанчика можно получить больше мяса, чем из обычного, и меньше сала. [6]

Свиньи с добавлением гена фитазы (один из ферментов переваривания пищи) эффективнее усваивают корма за счёт лучшей усвояемости фосфора, что выражается в усилении их роста. К тому же это дает возможность в меньшей степени загрязнять окружающую среду фосфатами. Трансгенные свиноматки с добавленным им геном ?-лактальбумина более эффективно вскармливают своих поросят. [7]

Сейчас ученые пытаются реализовать ряд проектов, такие как улучшение качества шерсти овец, выведение пород крупного рогатого скота, в молоке которого будет снижена концентрация ?-лактоглобулина и многое другое. Трудности связаны с определенными техническими (сложности получения и размножения), финансовыми, а иногда и этическими проблемами.[3]

Таким образом научные исследования в области применения генетически модифицированных организмов ведутся по целому ряду перспективных направлений. Уже получены интересные результаты, значит, в будущем следует ожидать появления новых сортов, видов, штаммов с новыми возможностями.

Глава 3. Неблагоприятные эффекты генно-инженерных организмов

Сегодня, находясь в определенной эйфории от достижений "генной революции", человечество, к сожалению, не осознает все возможные ее угрозы и вызовы. В полной мере оценить их сегодня, пожалуй, и невозможно, поскольку в процессе внедрения определенного гена, модифицированный организм приобретает или может приобрести целый ряд свойств, появление и особенности которых предсказать невозможно из-за недостаточной изученности механизмов функционирования генома. Вследствие этого при производстве ГМО, их коммерческом использовании, распространении и потреблении возникает целый ряд нежелательных явлений и рисков, которые необходимо исследовать, чтобы предупредить возможные негативные воздействия и проявления ГМО в будущем. [1]

Общая методика оценки риска возможных неблагоприятных эффектов ГМО включает следующие этапы:

·выявление любых новых генотипических и фенотипических характеристик, связанных с присутствием трансгенов, которые могут вызвать неблагоприятное воздействие ГМО на здоровье человека и окружающую среду;

·оценка вероятности возникновения неблагоприятных последствий исходя из интенсивности, продолжительности и характера воздействия генетически модифицированного организма на человека или на потенциальную принимающую среду;

·оценка последствий в том случае, если такое неблагоприятное воздействие действительно будет иметь место;

·оценка совокупности риска, вызываемого ГМО, на основе оценки вероятности возникновения и последствий выявленных неблагоприятных эффектов;

·вынесение рекомендации относительно того, являются ли риски приемлемыми или регулируемыми, включая, если это необходимо, определение стратегий для регулирования таких рисков.[3]

3.1 ГМО и здоровье человека

Среди потенциальных рисков для здоровья человека, связанных с использованием генно-инженерных организмов, рассматриваются следующие:

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

·изменение активности отдельных генов живых организмов под влиянием вставки чужеродной ДНК, в результате которого может произойти ухудшение потребительских свойств продуктов питания, получаемых из этих организмов;

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

Стратегия оценки безопасности ГМП питания основана на принципе "существенной эквивалентности", разработанном OECD (Организация экономического сотрудничества и развития). Согласно этому принципу, оценивается не уровень безопасности новых продуктов питания как таковой, а его изменение в сравнении с традиционными пищевыми аналогами. [5]

.1.1 Токсичность

Для оценки потенциальной токсичности новых продуктов питания осуществляются:

·определение концентрации потенциальных токсинов в съедобных частях растений;

·оценка стабильности новых веществ к термической обработке;

·определение скорости разрушения потенциальных токсинов в ЖКТ (в модельной системе);

·анализ токсичности в экспериментах по принудительному скармливанию лабораторным и домашним животным пищи, содержащей ГМ-продукты, в течение длительного времени. [3]

Российская пресса не так давно сообщала о случаях серьезных массовых отравлений безалкогольными напитками производства одной из известных в мире компаний. Но пищевая добавка, полученная с помощью генетической модификации и ставшая причиной отравлений, к сожалению, используется не только в этой продукции. Так называемый искусственный подсластитель аспартам (Е-951), широко известный как Nutrasweet, представляет собой не что иное, как генетически модифицированный нейротоксин. Этот химический препарат используется как пищевая добавка и рекламируется как натуральный продукт. Выпускаемый под различными торговыми марками (Equal, Spoonful) аспартам присутствует более чем в шести тысячах наименований продуктов: прежде всего в детских витаминах, лекарствах, диетических напитках и практически в любом ресторанном блюде. Управление питания и лекарственных препаратов США (FDA) получило от потребителей более десяти тысяч жалоб на аспартам. Есть девяносто два документально подтвержденных случая отравления аспартамом. Его симптомы таковы: потеря осязания, памяти, слуха, зрения, туманное зрение, головные боли, усталость, головокружение, тошнота, сильное сердцебиение, увеличение веса, раздражительность, тревожное состояние, сыпь, приладки, боли в суставах, депрессии, спазмы. [2]

Другая история связана с использованием в качестве пищевой добавки аминокислоты L-триптофана, полученной из генно-инженерной бактерии Bacillus amyloliquefaciens. В США у нескольких тысяч человек был обнаружен синдром эозинофилин-миалгии (eosinophilia-myalgya, EMS) в результате использования в пище L-триптофана. Умерли 37 человек, и более тысячи людей стали инвалидами. Неизвестный фактор оказал влияние на иммунную систему человека. Суставы и мускулы болели, конечности распухали. Изучение генетически модифицированной бактерии - продуцента L-триптофана - прояснило ситуацию. Оказалось, что в результате генетических манипуляций эта бактерия приобрела способность образовывать в небольших количествах этилен-бистриптофан, который и явился причиной развития заболевания и гибели людей.[2]

.1.2 Аллергия

При попадании трансгенных белков в организм человека возможно возникновение разнообразных аллергических реакций, метаболических расстройств и т.д. Это вызвано тем, что вследствие трансформации генетически модифицированные организмы способны синтезировать токсичные для человека метаболиты, появление которых контролировать практически невозможно. Невозможно также заранее предусмотреть не только их химическую природу, но и сам факт их аккумуляции. В целом, около 25% всех белков, которые активно используются для получения ГМ растений, имеют аллергические свойства. Трансгенные белки, обеспечивающие устойчивость растений к различным видам насекомых-вредителей, грибковых и бактериальных заболеваний, могут иметь аллергенное действие, в зависимости от их концентрации в продукте. [1]

Сравнительный анализ частоты заболеваний, связанных с качеством продуктов питания, который был проведен в США и Скандинавских странах, показал, что население этих стран имеет достаточно высокий уровень жизни, примерно одинаковую потребительскую корзину и уровень медицинских услуг. Но оказалось, что за несколько последних лет частота пищевых заболеваний в США в 3-5 раз была выше, чем в странах Скандинавии. Единственным существенным отличием в питании является активное потребление ГМ продуктов населением США и их практическое отсутствие в рационе населения скандинавских стран.

Первые тревожные сведения стали поступать при использовании кукурузы "СтарЛинк" с повышенным содержанием токсичного белка, уничтожающего кукурузного червя. Производителем кукурузы была компания "Авентис", один из крупнейших производителей питания в Америке. Этот белок представляет собой сильный человеческий аллерген: он практически не переваривается, плохо разрушается при высокой температуре и является причиной развития аллергической реакции вплоть до анафилактического шока. Скандал был вызван в первую очередь тем, что фирма продавала "СтарЛинк" под видом обычной кукурузы. Семена опасной кукурузы случайно попали на поля кукурузы пищевой - у сотни людей возникла сильная аллергия. Несколько тысяч тонн зерна ГМ-кукурузы было выведено из пищевого оборота, выращивание "СтарЛинк корн" прекращено. Однако в небольших примесях её до сих пор находят в некоторых партиях кукурузы. И действительно, в Швеции, где трансгенные культуры практически запрещены, число людей, страдающих аллергией, составляет всего 7%, в США же, где запретов на использование ГМО нет, - в 10 раз больше, почти 70%. [2]

.1.3 Онкология

Ещё в конце 20 века появились научные работы, в которых указывалось на связь ГМО с онкологией. В работе немецкого учёного Доерфлера (1995), которая так и называется "Проникновение чужеродной ДНК в геном млекопитающих и его последствия: концепция онкогенеза", рассказывается о механизмах возникновения новообразований в результате употребления ГМО. [9] В работе Эвена и Пуштая (1999) описывается образование опухоли в тонком кишечнике при добавлении в корм лабораторных животных ГМ-картофеля с геном лектина подснежника. В последние годы наблюдается всплеск онкологических заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта. Во много раз увеличилось количество детей, больных лейкемией. Существует много случаев, когда у матерей, которые питались трансгенными продуктами, рождались дети с этим страшным заболеванием. [10]

Для увеличения надоев от коров фирма "Монсанто" (США), продукция которой широко распространена на российском рынке, создала генетически модифицированный гормон роста. Но уже после того как исследования представили и утвердили, выяснилось, что в ГМ-гормоне встроена неподходящая аминокислота. Эксперименты привели к получению продукта с "ошибочной" структурой генов. Из пятидесяти девяти биоактивных гормонов, обнаруженных в молоке, которое взяли от коров, получавших гормон роста, наиболее опасным является IGF-1. Он стимулирует любой вид рака у человека. При пастеризации IGF-1 не уничтожается. [2]

.2 Экологические риски

Потенциальное влияние ГМО на биоразнообразие связано с их возможным нецелевым (англ. non-target) действием. Все трансгенные растения обладают тем или иным нецелевым действием, жертвами которого могут быть, например, насекомые, травоядные животные, почвенные организмы и пр. В 1998 году было также выяснено, что токсин Cry1Ab из трансгенной кукурузы способен накапливаться в почве и сохраняться в ней в течение 350 дней, представляя угрозу для почвенных организмов. Недавно было показано, что пыльца кукурузы, содержащей токсин Cry1Ab, в случае ее попадания в реки и озера негативно влияет на некоторых насекомых, населяющих эти водоемы. В другой свежей публикации отмечается, что подобные инсектицидные токсины из ГМ растений способны негативно воздействовать на членистоногих. [11]

С момента появления первых публикаций такого рода ученые из разных стран неоднократно высказывали опасения насчет возможного негативного влияния ГМ растений на биологическое разнообразие. Правительство Великобритании предприняло интенсивные исследования влияния растений, генетически модифицированных с целью придания устойчивости к гербицидам (ГМУГ), на локальные экосистемы и нецелевые организмы. Было обнаружено, что ГМУГ-растения способны влиять биоразнообразие растений в районах их культивирования, и что этот эффект связан с эффективностью соответствующих гербицидов. В свою очередь то способно приводить к снижению популяций некоторых видов животных вследствие нарушения естественных источников их питания. [6]

Культивация растений, резистентность которых обусловлена единичным геном, в конечном счете приводит к преодолению сопротивления и к появлению более вирулентных штаммов. В результате производства сортов, устойчивых к вредителям, появляются насекомые, на которых смертоносные токсины просто не действуют. Так появились колорадские жуки, устойчивые к Bt картофелю (специально выведенному сорту, который "нормальные" колорадские жуки ели и дохли, так как он был для них ядом). В других случаях вредители просто перестраиваются на другие растения - томаты, перцы, баклажаны. [2]

Большинство сельскохозяйственных ГМ-культур помимо генов, придающим им желаемые свойства, содержат гены устойчивости к антибиотикам в качестве маркеров. Получается, что обычные антибиотики, как например ампициллин и канамицин используются при производстве пищи. Существует опасность того, что они могут быть перенесены в болезнетворные микроорганизмы, что может вызвать их устойчивость к антибиотикам. В этом случае традиционные методы лечения воспалительных процессов с помощью антибиотиков будут малоэффективны. [2]

Таким образом, возможны следующие неблагоприятные эффекты на окружающую среду:

·утрата ценных биологических ресурсов в результате засорения местных видов генами, перенесенными от ГМО;

·создание новых сорняков и усиление вредоносности уже существующих;

·выработка веществ-продуктов трансгенов, которые могут быть токсичными для организмов, живущих или питающихся на ГМО и не являющихся мишенями трансгенных признаков;

·неблагоприятное воздействие на экосистемы токсичных веществ, производных неполного разрушения опасных химикатов (гербицидов).

Глава 4. Ситуация с ГМО в России

На сегодня в мире нет точных данных как о безопасности продуктов содержащих ГМО, так и о вреде их употребления, поскольку длительность наблюдений за последствиями употребления генетически модифицированных продуктов человеком мизерна - массовое производство ГМО началось совсем недавно - в 1994 году. Тем не менее, все больше ученых говорят о существенных рисках употребления ГМ - продуктов. [1]

Поэтому ответственность за последствия решений, касающихся регулирования производства и сбыта генетически измененных продуктов, лежит исключительно на правительствах конкретных стран. К этому вопросу в мире подходят по-разному. Но, независимо от географии, наблюдается интересная закономерность: чем меньше в стране производителей ГМ-продукции, тем лучше защищены права потребителей в данном вопросе.

.1 Маркировка и регистрация продукции

На российском рынке ГМ-продукция появилась в 90-е годы. В России разрешены 16 линий ГМ-культур (7 линий кукурузы, 3 линии сои, 4 линии картофеля, 1 линия риса, 1 линия свёклы) и 5 видов микроорганизмов. [Приложение 5, табл.1; Приложение 6, табл.1] Вроде бы разрешённых сортов немного, но добавляются они во многие продукты. ГМ-компоненты встречаются и в хлебобулочных изделиях, и в мясных, и в молочных продуктах. Много их и в детском питании, особенно для самых маленьких. Наиболее распространённой добавкой является ГМ-соя, устойчивая к гербициду "Раундапу" (линия 40.3.2). [8]

Комиссия государственной экологической экспертизы по оценке безопасности ГМ-культур, работающая в рамках закона РФ "Об экологической экспертизе", не признала ни одну из представленных для утверждения линий безопасной. Членами этой комиссии являются представители трёх основных российских академий: РАН, РАМН и РАСХН. Благодаря этому в России выращивание ГМ-культур официально запрещено, а вот импорт ГМ-продуктов почему-то разрешён. [2]

Отдельного внимания заслуживает тема маркирования продуктов, содержащих трансгены. Уже много лет во всем мире ведутся споры: как помечать продукты, содержащие ГМО? Нуждаются ли в маркировке все такие продукты или только те, в которых количество этих компонентов превышает 0,9%. В связи с этим осенью 2007 года была принята поправка в Закон РФ "О защите прав потребителей", указывающая следующее:

Статья 10, пункт 2: "Информация о товарах (работах, услугах) в обязательном порядке должна содержать:…сведения об основных потребительских свойствах товаров…, в том числе информация о наличии в продуктах питания компонентов, полученных с применением генно-инженерно-модифицированных организмов в случае, если содержание указанных организмов в таком компоненте составляет более девяти десятых процента". [8]

В России, в отличие от ЕС и даже США, в открытом доступе нет постоянно обновляемого единого реестра трансгенных культур, допущенных к использованию в пищу человеку. Кроме того, в России не принято открыто обсуждать вопросы регистрации новых трансгенов: у общественности и независимых специалистов нет возможности предварительно ознакомиться с документами исследований, направить в уполномоченные органы свои критические комментарии и замечания. [1]

Информация о зарегистрированных ГМ-культурах и ГМ-микроорганизмах находится лишь на сайте Роспотребнадзора, поиск ее затруднен. К тому же база данных свидетельств о регистрации содержит только документы, выданные с середины 2004 года. Тем не менее, это единственная возможность для граждан со значительным опозданием, но все же получить доступ к списку этих культур. [2]

4.2 Становление зон, свободных от ГМО

Официально "зона, свободная от ГМО" впервые прозвучало в 1998 г. В заявлении британского отделения Партии природного закона. 28 сентября 1998г. Партия призвала власти графств Великобритании к созданию ЗСГМО. Это понятие включало в себя запрет на выращивание ГМ - культур на всех землях, которыми владеет совет графства, а также запрет на использование ГМ - ингредиентов, в продуктах питания во всех государственных учреждениях, включая школы медицинские учреждения, дома престарелых.

До сих пор нет четкого определения термина ЗСГМО. Как, правило, под "зоной, свободной от ГМО" принято понимать любую территориальную единицу, организацию или сообщество, главы которых при согласовании с их жителями или членами принимают решение об от выращивания, и/или от распространения, или потребления ГМ семян, культур, продуктов и создают систему контроля за исполнением этого решения. [2]

В России процесс создания ЗСГМО постепенно набирает силу. На данный момент, как минимум, в 14 регионах России предпринимаются действия по созданию ЗСГМО: Архангельская, Курганская, Свердловская, Белгородская, Мурманская, Нижегородская, Тюменская, Томская области, Приморский край, Удмуртия, Кострома, Волгоград, Санкт-Петербург и Москва.

Существует несколько путей создания ЗСГМО, на национальном и региональном уровнях: референдум, введение моратория и добровольная декларация. Также довольно распространенной практикой является запрет закупки продуктов, содержащей трансгены, на бюджетные средства.

Как следует из мирового опыта, ЗСГМО - это не только использование экономических рычагов для воздействия на недобросовестного производителя и защита прав потребителя на информацию. В неменьшей степени ЗСГМО должны способствовать сохранению уникальных природных и качественных сельскохозяйственных территорий. [8]

В этом плане у России есть явное преимущество перед многими странами - неиспользуемые, отдохнувшие от химикатов сельскохозяйственные земли. По мнению экспертов, необходимо их охранять, использовать очень бережно, придать им особый статус, в том числе на уровне регионов законодательно закрепить запрет на применение ГМ-культур. В противном случае, из-за проблем, связанных с глобализацией и ухудшением экологической обстановки, эти территории могут быть уничтожены или потеряют свою ценность. Тогда Россия из потенциальной "экожитницы" всего мира рискует превратиться в колоссального нахлебника.

Заключение

Сегодня сложно в полной мере постичь значение генной инженерии для будущего человечества. К сожалению, наши знания о генах еще очень скудны. Даже с фундаментальными научными открытиями мы продолжаем двигаться маленькими шагами к их познанию и осмыслению. Вместе с тем уровень коммерциализации и скорость распространения современных биотехнологий в условиях глобализации экономики является впечатляющим. Бесспорным фактом является и то, что расширение сферы применения современных биотехнологий имеет необратимый характер и будет в дальнейшем стремительно развиваться. И этот процесс, как и научный прогресс, остановить уже невозможно и мы должны воспринимать его спокойно и взвешенно.

Ученые рассматривают современные биотехнологии как средство решения глобальных проблем человечества, таких как нехватка продовольствия, ограниченность природных ресурсов, сохранение окружающей среды и экосистемы Земли, поиск новых источников энергии и т.п. Ряд экспертов прогнозирует, что произойдет индустриальное сближение сельскохозяйственных, пищевых, фармацевтических, волоконных и энергетических предприятий, а также компаний по производству микропроцессоров и информационных технологий. Чаще путем генетических манипуляций растения приобретают агрономически ценные характеристики. Они и впредь будут доминировать в новых сортах трансгенных растений, но постепенно будет увеличиваться доля сортов с измененными питательными свойствами. К 2015 году, по прогнозам экспертов, ожидается появление на рынке около 120 новых ГМО, которые уже сегодня находятся на разных стадиях полевых и лабораторных исследований для дальнейшей их коммерциализации. Близится к завершению процесс создания ГМ-лосося и некоторых ГМ-животных. Существующие рынки ГМ-культур, ГМ-семена сохранят в будущем тенденцию к росту, вероятно также, произойдет дальнейшее увеличение спроса на органические продукты питания, объем рынка которых ежегодно растет на 20%.

Особенно остро сегодня стоит вопрос возможных рисков и угроз для здоровья человека и экосистемы Земли связанных с ГМО. Необходимо отметить, что в настоящее время нет точных экспериментальных данных, которые бы четко указывали вред ГМО. Также не существует экспериментальных данных, которые бы однозначно подтверждали их безопасность для человека и экологии, особенно при длительном потреблении и культивации. Это связано с тем, что предсказать и оценить все возможные риски, связанные с ГМО, сегодня практически невозможно, поскольку при встраивании определенного гена, модифицированный организм в различных условиях, сразу или через определенный период времени, может приобрести целый ряд свойств, появление и особенности которых заранее предсказать невозможно из-за недостаточной изученности механизмов функционирования генома. Поэтому сегодняшняя дискуссия относительно безопасности или вредного воздействия ГМО строится преимущественно на более или менее обоснованных гипотезах, которые требуют дополнительных исследований и экспериментальных подтверждений. С большой вероятностью можно утверждать, что мы все являемся участниками глобального эксперимента по ГМО, специфика и опасность которого заключается в том, что в случае возникновения негативных последствий, которые трудно предвидеть заранее, их невозможно остановить и тем более повернуть вспять.

Список использованных источников

. Дягтерев Н. Генная инженерия: спасение или гибель человечества?-СПб.: ИК "Невский проспект", 2002. - 128 с .

. Ермакова Н.В. Что мы едим? Воздействие на человека ГМО и способы защиты. - 2-е изд. - М.: Амрита, 2011. - 64 с.

. Ермишин А.П. Генетически модифицированные организмы: мифы и реальность. - Мн.: Технология, 2004. - 118 с.

. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. 2-е изд., перераб. и доп.: Учебник для вузов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. 522 с.

. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия: Учеб.-справ. Пособие. - 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: Сиб. унив. Изд-во, 2004. - 496 с.; ил.

. Кузнецов В.В., Куликов А.М. Генетически модифицированные организмы и полученные из них продукты, реальные и потенциальные риски // Российский химический журнал, 2005, № 69 (4), с. 70-83.

. Семенова М.Л. Зачем нужны трансгенные животные. Соросовский образовательный журнал. 2001, Т. 7, № 4, С. 13-20.

. Зоны, свободны от ГМО, опыт России / под ред. В.Б. Копейкиной. - 2008.

9. Doerfler W. The insertion of foreign DNA into mammalian genomes and its consequences: a concept in oncogenesis. Adv Cancer Res. 1995, 66, 313-44.

10. Pusztai A. Genetically Modified Foods: Are They a Risk to Human/Animal Health. Biotechnology: genetically modified organisms. 2001.

11. Saxena D. et al. Vertical movement in soil of insecticidal Cry1Ab protein from Bacillus thuringiensis. Soil Biol. Biochem. 2002, 34, 111-120.

. #"justify">Приложение 1

Рис.1. Упрощенная схема получения генетически модифицированного микроорганизма

Приложение 2

Рис.1. Схема плазмиды Ti

Рис.2. Основные этапы агробактериальной трансформации

Приложение 3

Рис.1. Получение трансгенных растений с помощью Agrobacterium tumefaciens

Приложение 4

Рис.1. Схема действия BacillaFilla

Приложение 5

Табл.1. Список ГМ-культур, зарегистрированных в России для использования в пищу населением

№ п/пНаименование генетически модифицированного источника пищиНазвание фирмыДата выдачи санитарно-эпидемиологического заключения и номер1СОЯ Линия 40-3-2, устойчивая к глифосфату"Монсанто", США2002 №77.99.02.916.Г.000006.08.022КАРТОФЕЛЬ Сорт Рассет Бурбанк Ньюлив, устойчивый к колорадскому жуку"Монсанто", США2003 №77.99.02.916.Г.000019.05.033КАРТОФЕЛЬ Сорт Супериор Ньюлив, устойчивый к колорадскому жуку"Монсанто", США2003 №77.99.02.916.Г.000020.05.034КУКУРУЗА Линия GA 21, устойчивая к глифосфату"Монсанто", США2000 №77.99.8.971.Г.84.12.005КУКУРУЗА Линия Т-25, устойчивая к глюфосинату аммония"Байер Кроп Сайнс", ФРГ2001 №77.99.04.916.Д.007484.12.016КУКУРУЗА Линия NK-603, устойчивая к глифосфату"Монсанто", США2002 №77.99.04.916.Г.000003.07.027СОЯ Линия А 2704-12, устойчивая к глюфосинату аммония"Байер Кроп Сайнс", ФРГ2002 №77.99.04.916.Г.000004.07.028СОЯ Линия А 5547-127, устойчивая к глюфосинату аммония"Байер Кроп Сайнс", ФРГ2002 №77.99.04.916.Г.000005.07.029КУКУРУЗА Линия MON 863, устойчивая к вредителям "Монсанто", США2003 №77.99.02.916.Г.000010.04.0310РИС Линия LL 62"Байер Кроп Сайнс", ФРГ2003 №77.99.02.916.Г.000030.11.0311КАРТОФЕЛЬ Сорт "Елизавета 2904/1 kgs", устойчивый к колорадскому жукуЦентр "Биоинженерия РАН", РоссияОт 14 декабря 2005 года №77.99.11.11.У.14145.12.0512КАРТОФЕЛЬ Сорт "Луговской", устойчивый к колорадскому жукуЦентр "Биоинженерия РАН", РоссияОт 7 июля 2006 года №77.99.26.11.У.6088.7.0613КУКУРУЗА Линия MON 88017, устойчивая к глифосфату и жуку диабротика"Монсанто", СШАОт 8 мая 2007 года №77.99.34.11.У.3259.5.0714КУКУРУЗА Линия MIR 604, устойчивая к жуку диабротика"Сингента", ФранцияОт 20 июля 2007 года №77.99.26.11.У.5763.7.0715САХАРНАЯ СВЕКЛА Линия Н7-1"Монсанто", СШАОт 31 мая 2006 года №77.99.26.11.У.4679.5.0616КУКУРУЗА Линия Bt 11, устойчивая к зерновому точильщику и глюфосинату аммония"Сингента", ФранцияПо предыдущей версии реестра сертификат действителен до 15.09.08; в реестре, доступном на данный момент, эта линия не зарегистрирована

Приложение 6

Табл.1. Перечень генетически модифицированных микроорганизмов (ГММ), имеющих официальное разрешение на применение в пищевой промышленности в Российской Федерации

№ п/пНазвание ГММ или продукта с ГММОбласть применения1Чистая культура спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-1986 с геном альфа-амилазы из B.licheniformisПроизводство этилового спирта, сбраживание крахмалистого сырья2Ферментный препарат из B.licheniformis с генами B.stearothermophilus, кодирующими альфа-амилазуПроизводство этилового спирта3Ферментный препарат из Aspergillus niger с генами Aspergillus niger, кодирующими глюкоамилазуПроизводство этилового спирта4Ферментный препарат из B.licheniformis с геном альфа-амилазы из B.stearothermophilusКрахмало-паточная промышленность5Ферментный препарат из B.licheniformis с геном термостабильной альфа-амилазы из B.licheniformisКрахмало-паточная промышленность