Генная инженерия: за и против

Ввести чужеродную ДНК в растения можно различными способами.

Для двудольных растений существует естественный вектор для горизонтального переноса генов: плазмиды агробактерий. Что касается однодольных, то, хотя в последние  годы достигнуты определенные успехи в их трансформации агробактериальными векторами, все же подобный путь трансформации  встречает существенные затруднения.

Для трансформации  устойчивых к агробактериям растений разработаны приемы прямого физического  переноса ДНК в клетку они включают: бомбардировку микрочастицами или  баллистический метод; электропорацию; обработку полиэтиленгликолем; перенос  ДНК в составе липосом и  др.

После проведения тем или иным способом трансформации  растительной ткани ее помещают in vitro на специальную среду с фитогормонами, способствующую размножению клеток. Среда обычно содержит селективный агент, в отношении которого трансгенные, но не контрольные клетки приобретают устойчивость. Регенерация чаще всего проходит через стадию каллуса, после чего при правильном подборе сред начинается органогенез (побегообразование). Сформированные побеги переносят на среду укоренения, часто также содержащую селективный агент для более строгого отбора трансгенных особей.

Первые трансгенные  растения (растения табака со встроенными  генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания  трансгенных растений (устойчивые к  вирусной инфекции растения табака) были проведены в США уже в 1986 г.

После прохождения  всех необходимых тестов на токсичность, аллергенность, мутагенность и т.д. первые трансгенные продукты появились  в продаже в США в 1994 г. Это  были томаты Flavr Savr с замедленным  созреванием, созданные фирмой «Calgen», а также гербицид-устойчивая соя  компании «Monsanto». Уже через 1-2 года биотехнологические фирмы поставили на рынок целый  ряд генетически измененных растений: томатов, кукурузы, картофеля, табака, сои, рапса, кабачков, редиса, хлопчатника.

В РФ возможность  получения трансгенного картофеля  методом бактериальной трансформации  с использованием Agrobacterium tumefaciens была показана в 1990 г.

В настоящее  время получением и испытанием генетически  модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более 100 миллиардов долларов. Генно-инженерная биотехнология растений уже стала  важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и  финансовые потоки.

В России под  руководством академика К.Г. Скрябина (Центр «Биоинженерия» РАН) получены и охарактеризованы ГМ сорта картофеля  Елизавета плюс и Луговской плюс, устойчивые к колорадскому жуку. По результатам проверки Федеральной  службой по надзору в сфере  защиты прав потребителей и благополучия человека на основании экспертного  заключения ГУ НИИ питания РАМН данные сорта прошли государственную регистрацию, внесены в государственный реестр и разрешены для ввоза, изготовления и оборота на территории РФ.

Данные ГМ сорта  картофеля принципиально отличается от обычных наличием в его геноме встроенного гена, определяющего 100%-ю  защиту урожая от колорадского жука без использования каких-либо химических средств.

Первая волна  трансгенных растений, допущенных для  практического применения, содержала  дополнительные гены устойчивости (к  болезням, гербицидам, вредителям, порче  при хранении, стрессам).

Нынешний этап развития генетической инженерии растений получил название «метаболическая  инженерия». При этом ставится задача не столько улучшить те или иные имеющиеся качества растения, как  при традиционной селекции, сколько  научить растение производить совершенно новые соединения, используемые в  медицине, химическом производстве и  других областях. Этими соединениями могут быть, например, особые жирные кислоты, полезные белки с высоким  содержанием незаменимых аминокислот, модифицированные полисахариды, съедобные  вакцины, антитела, интерфероны и  другие «лекарственные» белки, новые  полимеры, не засоряющие окружающую среду  и многое, многое другое. Использование  трансгенных растений позволяет  наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым  сделать их более доступными для  широкого потребления.

Генетически модифицированные животные:

Клетки животных существенно отличаются от бактериальных  по своей способности поглощать  чужеродную ДНК, поэтому методы и  способы способы введения генов  в эмбриональные клетки млекопитающих, мух и рыб остаются в центре внимания генных инженеров.

Наиболее изученное  в генетическом отношении млекопитающее  – мыши. Первый успех относится  к 1980 году, когда Д. Гордон с сотрудниками продемонстрировал возможность  введения и интеграции чужеродной ДНК  в геном мышей. Интеграция была стабильной и сохранялась у потомства. Трансформацию  производят микроинъекцией клонированных  генов в один или оба пронуклеуса (ядра) только что эмбриона на стадии одной клетки (зиготы). Чаще выбирают мужской пронуклеус, привнесенный сперматозоидом, так как его размеры больше. После инъекции яйцеклетку немедленно имплантируют в яйцевод приемной матери, или дают возможность развиваться  в культуре до стадии бластоцисты, после  чего имплантируют в матку.

Таким образом  были инъецированы гены интерферона  и инсулина человека, ген β-глобина  кролика, ген тимидинкиназы вируса простого герпеса и кДНК вируса лейкемии мышей. Число молекул, вводимое за одну инъекцию, колеблется от 100 до 300 000, а их размер – от 5 до 50 кб. Выживает обычно 10 – 30% яйцеклеток, а доля мышей, родившихся из трансформированных яйцеклеток варьирует от нескольких до 40%. Таким образом, реальная эффективность составляет около 10%.

Таким методом  получены генно-инженерные крысы, кролики, овцы, свиньи, козы, телята и другие млекопитающие. В нашей стране получены свиньи, несущие ген соматотропина. Они не отличались по темпам роста  от нормальных животных, но изменение  обмена веществ сказалось на содержании жира. У таких животных ингибировались процессы липогенеза и активировался  синтез белка. К изменению обмена веществ приводило и встраивание  генов инсулиноподобного фактора. ГМ свиньи были созданы для изучения цепочки биохимических превращений  гормона, а побочным эффектом явилось  укрепление иммунной системы.

Самая мощная белоксинтезирующая система находится в клетках  молочной железы. Если поставить гены чужих белков под контроль казеинового  промотора, то экспрессия этих генов  будет мощной и стабильной, а белок  будет накапливаться в молоке. С помощью животных-биореакторов (трансгенные коровы) уже получено молоко, в котором содержится человеческий белок лактоферрин. Этот белок планируется  применять для профилактики гастроэнтерологических заболеваний у людей с низкой иммунорезистентностью: больные СПИДом, недоношенные младенцы, больные раком, прошедшие радиотерапию.

Важное направление  трансгеноза – получение устойчивых к болезням животных. Ген интерферона, относящийся к защитным белкам, встраивали различным животным. Трансгенные  мыши получили устойчивость – они  не болели или болели мало, а вот  у свиней такого эффекта не обнаружено. 

4. Польза и вред генномодифицированных продуктов.

Прежде чем  рьяно отвергать или фанатично  принимать любое нововведение, нужно  вспомнить, что у любой медали все же две стороны. Для этого  нужно изучить все положительные  и все отрицательные стороны  новшества.

Генетически модифицированные организмы способны не только расти, как их предшественники, но и выживать там, где старые сорта погибали из-за различных погодных условий. Многим из них не страшны неожиданные  заморозки, наводнения или засуха. Некоторые  растения стали обладать такой развитой корневой системой, которая позволяет им удерживать максимальное количество влаги. А те сорта, которые ранее были чувствительны к пониженным температурам, стали устойчивее к ним, а это, в свою очередь, повлияло на то, что растения теперь раньше вступают в весенний период активного роста. Также были созданы новые быстрорастущие сорта зерновых культур.

Генные изменения  проводят для того, чтобы придать  растению полезные свойства:

* устойчивость  к вредителям, морозостойкость, урожайность  и т.д.;

* население Земли  увеличивается с каждым годом,  генетически модифицированные продукты  призваны спасти растущее население  планеты от голода;

* генетически  модифицированные продукты, способные  защитить себя от насекомых  и сорняков, обладающие высокой  урожайностью, снижают и себестоимость  продукции;

* устойчивость  к действию различных вредителей  позволяет использовать меньше  пестицидов, чем это принято в  традиционных технологиях;

* появились такие  овощи и фрукты, которые способны  противостоять вирусам, бактериям,  грибкам;

* ученые работают  над выведением сортов помидор  и картофеля, содержащих вакцины  и лекарства для стран третьего  мира, где они будут выращиваться  и не будут нуждаться в специальных  методах хранения;

* некоторые виды  деревьев выведены специально  для уничтожения загрязнений.

Ну и другая сторона медали... Почему многие выступают  против ГМ-продуктов?

* Большинство  стран не имеет законов, регулирующих  производство и потребление ГМ-продуктов.

* Потребители  не знают, что покупают, не знают,  как это отражается на их  здоровье. Например, ген из подснежника,  внедренный в картофель для  устойчивости к колорадскому  жуку, вызывает повышенное содержание  растительных лектинов, что неблагоприятно  для млекопитающих. От такого  продукта страдают иммунная система,  кишечник, возникают болезни почек,  печени и головного мозга.

* На товарах  отсутствуют сведения о содержащихся  в продуктах веществах, их количестве.

* Опасения экологов  заключаются в том, что может  наступить экологическая катастрофа, если генетически измененные  формы проникнут в дикую природу.  Например, при перекрестном опылении  сорняки получат ген устойчивости  к пестицидам и вредителям, и  их размножение станет неконтролируемым.

* Кроме экологического  риска существует и пищевой.  Некоторые продукты могут вызывать  аллергическую реакцию. Обычный  продукт, тот же помидор, содержащий  невидимый глазу ген рыбы, может  спровоцировать аллергическую реакцию  у человека, которому рыба противопоказана.

Пока ученые разных стран спорят о влиянии  ГМО на здоровье, руководители государств считают необходимым информировать  покупателей о наличии трансгенов в продуктах и давать им таким  образом право выбора. В странах  Евросоюза правила таковы: если в  килограмме колбасы, содержащем, к примеру, 100 граммов сои, будет хотя бы один грамм генно-модифицированного ее сорта (более 0,9 процента), маркировка должна быть обязательно.

В Омске существует лаборатория, в которой проверяются  продукты на наличие ГМО. Предел допустимых значений составляет 0,9% (величина погрешности  прибора), что говорит об отсутствии ГМО в продукции .

 Достижения и перспективы развития

Генная инженерия  в медицине:

Потребности здравоохранения, необходимость решения проблем  старения населения формируют устойчивый спрос на генно-инженерные фармпрепараты (с годовым объемом продаж в 26 млрд. долл. США) и лечебно-косметические  средства из растительного и животного  сырья (с годовым объемом продаж около 40 млрд. долл. США).

Среди многих достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, наиболее значительное – получение человеческого инсулина в промышленных масштабах.

В настоящее  время по данным ВОЗ в мире насчитывается  около 110 млн. людей, страдающих диабетом. Инсулин, инъекции которого показаны больным  этим заболеванием, уже давно получают из органов животных и используют в медицинской практике. Однако многолетнее  применение животного инсулина ведет  к необратимому поражению многих органов пациента из-за иммунологических реакций, вызываемых инъекцией чужеродного  человеческому организму животного  инсулина. Но даже потребности в животном инсулине до недавнего времени удовлетворялись всего на 60 – 70%. Генные инженеры в качестве первой практической задачи клонировали ген инсулина. Клонированные гены человеческого инсулина были введены с плазмидой в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Начиная с 1982 года фирмы США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. В России получение генно-инженерного человеческого инсулина – Инсурана ведется в Институте биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Сегодня отечественный инсулин производится в объеме, достаточном для обеспечения больных диабетом г. Москвы. Вместе с тем, потребность всего российского рынка в генно-инженерном инсулине удовлетворяется, в основном, импортными поставками. Мировой рынок инсулина составляет в настоящее время более 400 млн. долларов, ежегодное потребление около 2500 кг.