трансгенні рослини

Головний спонсор конкурсу - далекоглядна компанія Генотек.
Конкурс підтриманий ВАТ «РВК».

Спонсором номінації «Біоінформатика» є Інститут біоінформатики. Спонсором призу глядацьких симпатій виступила фірма Helicon. Свій приз також вручає Фонд підтримки передових біотехнологій.

Трохи історії

Насправді, фермери змінювали генетичний апарат рослин вже тисячі років. Інтуїтивно схрещуючи між собою певні рослини з кращими якостями, фермери помітили, що ці властивості зберігаються в потомстві. Так зароджувалася селекція. Після того, як на початку XX століття наука взяла на озброєння генетичні закони Менделя, робота селекціонерів було досягнуто значного спрощення. А вже в кінці 20-х років ΧΧ століття дослідники виявили, що можна поліпшити потрібні властивості рослин за допомогою мутацій. Кількість мутацій можна було збільшити за допомогою рентгенівських променів і різних хімікатів. В результаті таких експериментів було отримано близько двох десятків різних сортів рослин для харчових цілей, і такі експерименти тривають і сьогодні [1]. Але даний метод дає досить непередбачувані результати, адже мутації спонтанні, і складно передбачити, яка вийде - корисна чи ні.

Малюнок 1. Людина займався модифікацією рослин ще з давніх часів. Інакше звідки у нас стільки сортів кожного овоча або фрукта?

Але вже в 1981 році Шелл і його команда створила перший трансгенні рослини - новий сорт тютюну - за допомогою методик генної інженерії. З тих пір багато лабораторій по всьому світу користуються цим методом, створюючи нові трансгенні рослини, завдяки яким може бути переможений голод і забруднення планети непомірним використанням добрив [2].

Генетично модифіковані рослини - це рослини, генотип (тобто, сукупність всіх генів) яких був штучно змінений за допомогою генної інженерії. Генетична модифікація відрізняється цілеспрямованою зміною генотипу організму на відміну від випадкового зміни, характерного для природного та штучного мутаційного процесу [3].

Етапи створення генетично модифікованих рослин [2, 3, 4]

1. Отримання ізольованого гена. Ми отримуємо потрібний ген або шляхом хімічного синтезу зі складових ДНК нуклеотидів (що дуже довго і дорого, а тому зазвичай недоцільно), або шляхом його виділення з клітин інших організмів за допомогою спеціальних методик.
2. Введення гена в вектор для перенесення в організм. Вектор - структура, що переносить в клітку відповідну генетичну інформацію, в даному випадку той корисний ген, який був виділений в пункті 1. Зазвичай у вигляді векторів використовують плазміди або інактивовані оболонки вірусів. Для трансформації рослин іноді також використовують ліпосоми, що складаються з фосфатидилсерина і холестерину.
3. Перенесення вектора з геном в модифікується організм за допомогою різних маніпуляцій. Залежно від використовуваних клітин і векторів маніпуляції можуть бути самі різні - від простого капання вектора на необхідні клітини до обстрілу клітин вектором з генної гармати.
4. Вирощування рослин з модифікованих клітин.
5. Відбір генетично модифікованих організмів і усунення тих, що не були успішно модифіковані.

Припустимо, що створення трансгенного організму завершено (див. Врізку), залишилося посадити його і виростити. Але чи потрібно це робити?

Чому ми боїмося трансгенних рослин і чи виправдано це?

Або гучний експеримент зі щурами. Тварин годували трансгенної кукурудзою, і у них стали з'являтися пухлини. Але дослідники використовували щурів лінії Спраг Доулі, які в нормі дають пухлини у 80% популяції. Експеримент був спростований багатьма вченими, тому що не була встановлена ​​залежність від кількості споживання кукурудзи, не було контрольної лінії щурів і виникало безліч питань про правильність постановки експерименту [6]. Але все ж саме цей досвід з щурами дав досить сильний резонанс в суспільстві і підштовхнув громадськість до різко негативного настрою проти генно-модифікованих рослин.

Малюнок 2. Щури - одні з основних лабораторних тварин. Є безліч ліній цих гризунів, і багато хто з них відрізняються серйозними особливостями фізіології. Тому при будь-якому експерименті важливо правильно підбирати піддослідних тварин, а також проводити таке дослідження, щоб воно могло бути прийнято і вченими співтовариством, і населенням планети.

Як трансгенні рослини можуть врятувати екологію і людей від постійного отруєння?

ΧΧ століття було століттям торжества хімії. Саме тоді активно застосовувалися багато пестициди - речовини різної хімічної природи, які використовуються для захисту культурних рослин від бур'янів, шкідників і хвороб, тобто хімічні засоби захисту рослин. Однак для людини ці речовини можуть бути шкідливі.

Незважаючи на те, що використовується багато способів для очищення продуктів харчування від пестицидів, вони все одно так чи інакше потрапляють на стіл споживача - через рослини, які ввібрали їх з водою з ґрунту; через молоко або м'ясо корів і інших тварин, які з'їли збризнуті хімікатами рослини; через воду, яка принесла в міську систему водопостачання пестициди з обприскати полів. Пестициди будуть присутні в продукті навіть при інтенсивній фізичній обробці, так як не руйнуються ні при високій температурі, ні при консервації. Жоден виробник не напише на упаковці, що в його продукті присутні пестициди, а вони там завжди є, хоча б в дуже малих кількостях; за останні 10 років рівень пестицидів в продуктах збільшився в 5 разів [5]. Саме час замислитися. А адже саме ненависні багатьом генно-модифіковані рослини можуть врятувати людину від щоденного поїдання хімікатів.

Основний спосіб виключити використання пестицидів - це створити рослини, стійкі до комах-шкідників. Створення цієї стійкості включає в себе впровадження в генотип рослини гена, що відповідає за синтез речовини, яке згубно діє на комах. Були проведені дослідження, які довели, що ця речовина ніяк не діє на птахів, ссавців і людини, зате комахи, які намагаються з'їсти таку рослину, гинуть [4]. Саме цей спосіб боротьби з комахами рятує щорічно багато гектарів посівних площ без шкоди для навколишнього середовища, людини і тварин.

Також є ще один досить цікавий метод для контролю комах-шкідників - впровадження в популяцію комах «біодіверсантов» * - носіїв летальних генів, і при їх розмноженні вся популяція гине [5]. Це досить цікава перспектива знищення шкідників, але вона має і зворотну сторону - впровадження таких особин може привести не тільки до знищення однієї малої популяції, але і виду в цілому, що порушить екосистему в даній місцевості, тому цей метод широко не поширений і застосовується під суворим контролем. Крім того, в даний час ця методика не відпрацьована до досконалості.

* - Строго кажучи, спроба впоратися з комахами за допомогою біодіверсантов на сьогоднішній день виглядає утопічною. Бідні комахи-носії летальних мутацій - такі доходяги, що ніяк не можуть вижити, а не те що залишити конкурентоспроможне потомство, яке витіснить нативних комах. - Ред.

Малюнок 3. Нерегульоване розпорошення пестицидів на поле. Звідки ви знаєте, що вітер або вода не занесе хімікати на ваш стіл, в ваші кватирки або в вашу питну воду?

Рослини, які рятують десятки тисяч життів

Малюнок 4. Звичайний (зліва) і золотий (праворуч) рис. Перший крок до порятунку від світового голоду і дефіциту незамінних речовин.

Чи небезпечні трансгенні рослини для людини і екосистеми?

Кожен цікавиться темою трансгенних рослин чув жахливу історію про те, що частини їх ДНК можуть вбудовуватися в людські хромосоми і викликати неймовірні, небезпечні для життя мутації. Навряд чи зараз хтось може дати відповідь, де і коли з'явилася ця ідея, але роз'яснити її необхідно.

На уроках біології в школі всім, навіть тим, кому зовсім чужа ця наука, розповідали про те, як функціонує система травлення, як білки, жири і вуглеводи розпадаються кожен до маленьких «цеглинок», з яких вони складаються. Так само і ДНК всіх без винятку організмів на нашій планеті складається з маленьких складових - нуклеотидів. Їх всього чотири - аденін, гуанін, цитозин і тимін, - і у кожного організму вони однакові, починаючи від маленьких водоростей в океані і закінчуючи левом або людиною. Тому, коли вчені вбудовують ген в організм, вони використовують ці ж чотири цеглинки. І також як білки, жири і вуглеводи, гени, будь вони природні або внесені в рослини людиною, розпадуться в травній системі на складові - нуклеотиди [2]. Адже якщо припустити, що чужорідні ДНК, що потрапляють в нас кожен день навіть з традиційною їжею, убудовувалися в нас з кожним її прийомом, то кожен з нас давно б став схожим на морквину або корівку, в залежності від особистих уподобань. Але ж ми до цих пір люди, чи не так?

Малюнок 5. Будова ДНК - від хромосоми до нуклеотиду. Будова ДНК однаково у всіх організмів незалежно від їх виду, походження або модифікації. А травна система людини влаштована саме так, щоб розбити будь-яку потрапляє в неї ДНК на її складові - нуклеотиди.

Першою проблемою стурбоване багато вчених, адже, на перший погляд, все трансгенні рослини пристосувань своїх диких побратимів. Але на ділі це ті ж культурні сорти рослин, яким необхідний догляд і турбота з боку людини, інакше їх витіснять бур'яни [10]. Так, проблема є досі відкритою і викликає безліч суперечок; однак зауважимо, що за тридцятирічну історію культивування трансгенних рослин жодне з них ще не зустрічалося в дикій природі.

А друга проблема, над якою б'ються екологи, - це «міграція» трансгенів між популяціями: тобто перенесення генів між трансгенними сортами і дикими підвидами рослин [5]. Вчені давно обговоренню цю проблему і методи її уникнення, але однозначної політики на даний рахунок немає.

Роблячи огляд про проблеми генно-модифікованих рослин, завжди необхідно згадувати про екологічні проблеми, про ризики впливу на навколишнє середовище. Але навряд чи ризики генно-модифікованих рослин зрівняються з ризиками викидів хімічних сполук, що використовуються при традиційному культивуванні рослин, в атмосферу і воду.

Яке майбутнє нас чекає?

Населення нашої планети невпинно зростає, а кожна нова людина вимагає ресурсів для життя. Традиційне сільське господарство, зокрема рослинництво, не може задовольнити потреби всіх людей, і тому його доводиться вдосконалювати. Нове завжди лякає і викликає побоювання. На початку розвитку комп'ютерів людство боялося їх; так і тепер боїться нових, незрозумілих досягнень генної інженерії. Суспільство підозріло, люди хочуть знати, що вони їдять. І це правильно, але відмовлятися від нових способів прогодувати мільярди людей було б зовсім нерозумно, особливо якщо врахувати той факт, що на даний момент це єдине вирішення проблеми голоду і нестачі найважливіших поживних речовин для людей в усьому світі. Головне - не боятися бачити в новому позитивне, дізнаватися про нього все, що можна дізнатися, і робити висновки на достовірних фактах. Тоді ми зможемо врятуватися від безлічі помилок.

література