Краткая история гмо. Генетическое модифицирование

Что такое ГМО? Генетически модифицированный организм (ГМО ) - живой организм, генетическая составляющая которого при помощи методов генной инженерии была искусственно изменена. Как правило, подобные изменения используются в научных или сельскохозяйственных целях. Генетическая модификация (ГМ ) отличается от природного, характерного для искусственного и естественного мутагенеза целенаправленным вмешательством в живого организма.

Основным видом получения в настоящее время является внедрение трансгенов.

Из истории.

Появление ГМО было обусловлено открытием и созданием первых рекомбинантных бактерий в 1973. Это привело к противоречиям в научном сообществе, к появлению потенциальных рисков исходящих от генной инженерии, которые в 1975 году на Конференции Asilomar были подробно обсуждены. Одна из главных рекомендаций от этой встречи была то, что должен быть установлен правительственный надзор над рекомбинантным исследованием ДНК , чтобы можно было считать эту технологию безопасной. Герберт Бойер тогда основал первую компанию по использованию рекомбинантной технологии ДНК (Genentech) и в 1978 году компания объявила о создании продукта, который вырабатывает человеческий инсулин.

В 1986 году полевые тесты над генетически спроектированными бактериями, которые бы смогли защитить растения от заморозков разработанные маленькой компании биотехнологий под названием “Продвинутые генетические науки Окленда” (штат Калифорния) неоднократно отсрочивались противниками биотехнологии.

В конце 1980-х и в начале 1990-х, руководство по оценке безопасности генетически спроектированных растений и продуктов появилось из организаций FAO и WHO.

В конце 1980-х в Канаде и США началось небольшое экспериментальное производство генетически модифицированных (ГМ ) растений. Первые одобрения для крупномасштабного, коммерческого культивирования были даны в середине 1990-х. С этого времени ежегодно увеличивается количество фермеров во всем мире использующих .

Проблемы, решаемые появлением ГМО.

Появление ГМО рассматривается учеными как один из видов по селекции растений и животных. Другие же ученые считают, что генная инженерия - тупиковая ветвь классической селекции, потому, что ГМО не является продуктом искусственного отбора, а именно планомерного и долговременного выращивания нового сорта (вида) живого организма путем природного размножения, и фактически представляет собой искусственно созданный в лабораторных условиях новый организм .

В большинстве случаев использование ГМО значительно повышает урожайность. Существует мнение, что при нынешних темпах роста населения земли только ГМО может справиться с угрозой голода, потому что таким способом можно существенно увеличить урожайность и качество продуктов. Другие ученые – противники ГМО, считают, что существующие развитые технологии по выведению новых сортов растений и животных, обработке земли способны прокормить стремительно увеличивающееся население планеты.

Способы получения ГМО.
Последовательность создания ГМ-образцов:
1. Выращивание необходимого гена.
2. Введение этого гена в ДНК организма-донора.
3. Перенос ДНК с геном в проектируемый организм .
4. Приживание клеток в организме.
5. Отсев модифицированных организмов, которые не прошли успешную модификацию.

Сейчас процесс производства генов хорошо налажен и в большинстве случаев автоматизирован. Разработаны специальные лаборатории, в которых при помощи аппаратов управляемых компьютерами контролируется процессы синтеза необходимых нуклеотидных последовательностей. Такие аппараты воспроизводят отрезки ДНК по длине до 100-120 азотистых оснований (олигонуклеотиды).

Чтобы вставить полученный ген в вектор (организм-донор), используется ферменты - лигазы и рестриктазы. При помощи рестриктаз вектор и ген можно разрезать на отдельные кусочки. При помощи лигаз подобные кусочки можно “сращивать”, объединять в совершенно другой комбинации, создавая тем самым совершенно новый ген или внедряя его в донорский организм .

Техника внедрения генов в бактерии была принята на вооружение генной инженерии после того, как некий Фредерик Гриффит открыл бактериальную трансформацию. В основе этого явления положен обычный половой процесс, который сопровождается у бактерий обменом небольшого количества фрагментов между плазмидами и нехромосомной ДНК . Плазмидная технология легла в основу внедрения искусственных генов в клетки бактерий.

Для внедрения полученного гена в геном клеток животных и растений пользуются процессом трансфекции. После модификации одноклеточных или клеток многоклеточных организмов, начинается этап клонирования, то есть процесс отбора организмов и их потомков, которые успешно прошли генетическую модификацию. Если требуется получить многоклеточные организмы, то измененные клетки в результате генетической модификации используют у растений в качестве вегетативного размножения, у животных их вводят в бластоцисты суррогатной матери. В итоге рождается потомство с измененным генофоном или же нет, снова отбирают те, которым присущи ожидаемые характеристики и снова скрещивают между собой до появления стойкого потомства.

Применение ГМО.

Применение ГМО в науке.

Сейчас генетически модифицированные организмы достаточно широко используются в прикладных и фундаментальных научных исследованиях. С их помощью исследуются закономерности возникновения и развития заболеваний, таких как рак, болезнь Альцгеймера, процессы регенерации и старения, исследуются процессы, проходящие в нервной системе, решаются другие проблемы актуальные в медицине и биологии.

Применение ГМО в медицине.

С 1982 года в прикладной медицине используются генетически модифицированные организмы. В этом году был зарегистрирован в качестве лекарства инсулин человека, полученный при помощи -бактерий.

В настоящее время ведутся исследования по получению с помощью ГМ- растенийлекарств и вакцин против таких болезней как чума и ВИЧ. Проходит испытания проинсулин, полученный из ГМ-сафлора. Прошло успешно испытания и получило одобрение к использованию лекарство от тромбозов, полученное из молока генетически модифицированных коз. Получило очень бурное развитие такое направление медицины как генотерапия. В основе этого направления медицины лежит модификация генома соматических клеток человека. Сейчас генотерапия выступает основным методом борьбы ряда заболеваний. Так, например, еще в 1999 году каждый 4-й ребенок, заболевший (severe combined immune deficiency) успешно лечился при помощи генной терапии. Так же генотерапию планируется использовать в качестве одного из способов борьбы с процессами старения.

Применение ГМО в сельском хозяйстве.

В сельском хозяйстве генная инженерия используется в качестве создания новых сортов растений, переносящих засуху, низкие температуры, устойчивых к вредителям, обладающих лучшими вкусовыми и ростовыми качествами. Полученные новые породы среди животных отличаются повышенной продуктивностью и ускоренным ростом. На данный момент уже созданы новые сорта растений отличающихся наибольшею калорийностью и содержанием необходимого количества микроэлементов для организма человека. Проходят испытания новых пород генетически модифицированных деревьев, у которых повышенное содержание целлюлозы и быстрый рост.

Другие направления применения ГМО.

Уже разрабатываются растения, которые можно было бы использовать в качестве биологически чистого топлива.

В начале 2003 года на рынке появился первый генетически модифицированный организм – GloFish, созданный в эстетических целях. Благодаря только генной инженерии аквариумная рыбка Данио рерио пользующаяся огромной популярностью приобрела несколько полос флуоресцентных ярких цветов на своем брюшке.

В 2009 году появляется в продаже новый сорт роз “Applause” с синими лепестками. С появлением этих роз сбылась мечта многих селекционеров безуспешно пытающихся вывести розы с синими лепестками.

Вместо предисловия. Откуда я смотрю на ГМО.

Для начала важно уяснить главное: какова моя система координат, в которой я, собственно, и оцениваю ГМО как практическое явление. Контекст моих выводов примерно таков: во-первых, я считаю, что еда это мощнейший инструмент изменения мира в лучшую или худшую сторону. Во-вторых, сиюминутная финансовая эффективность – лишь одно из мерил сельского хозяйства. Одно из, а не единственное. В-третьих, я уверен, что если мир устроен неправильно – это не значит, что его нельзя перестроить. То есть сам факт того, что ГМО уже является частью сельского хозяйства во многих странах мира – совсем не означает, что это теперь будет всегда.

Следующий важный момент для меня заключается в том, что современный спор о ГМО лежит в неверной плоскости. Это разговор слепого с глухим. Существует две основные позиции. Первая заключается в том, что все это ужасно опасно. И если съесть ГМО-кукурузу – то немедленно начнется мутация. Вторая позиция заключается в том, чтобы обозвать сторонников первой позиции мракобесами и противниками прогресса. На этом обычно спор и заканчивается. Точнее он продолжается очень долго, но глупо и бессвязно. Людям, далеким от медицины и науки, сложно продуктивно спорить о ГМО в такой плоскости. Но и тем, кто имеет отношение к миру науки – тоже сложно. Ведь существуют эти

target="_blank">диаметрально противоположные позиции, и вместе им не сойтись.

Поэтому я решил вообще оставить тему здоровья за скобками моего послания человечеству. Все мои доводы против ГМО не имеют никакого отношения к тому вреду, который может быть причинен едоку одной конкретной ГМО-кукурузы.

«Я решил вообще оставить тему здоровья за скобками моего послания человечеству. Все мои доводы против ГМО не имеют никакого отношения к тому вреду, который может быть причинен едоку одной конкретной ГМО-кукурузы».

Введение. Несколько фактов о ГМО

Разговоров о ГМО много. А ГМО-растений, которые в результате попадают в магазины, сильно меньше. В ближайшем доступе сейчас есть соя, кукуруза, картофель, сахарная свекла, рис. А есть и то, что чаще всего все присутствует в пище в виде ингредиентов. И это основной источник ГМО. Сахар из ГМО-свеклы, шоколад из ГМО-сои и т. д. Еще один очень важный канал попадания ГМО к нам – через корма сельскохозяйственных животных. ГМ-кукуруза и ГМ-соя – основа основ современного мирового агропромышленного комплекса. В некоторых странах до 96 процентов мяса приходит от животных, которых кормили ГМО-кормами.

Площади, занятые ГМ-культурами – 175 млн гектаров в 2013 году (более 11% от всех мировых посевных площадей). Такие растения выращиваются в 27 странах, особенно широко – в США, Бразилии, Аргентине, Канаде, Индии, Китае.

При этом, начиная с 2012 года производство ГМ-сортов растений развивающимися странами, превысило производство в промышленно развитых государствах. Из 18 миллионов фермерских хозяйств, выращивающих ГМ-культуры, более 90% приходится на малые хозяйства в развивающихся странах.

Посевы ГМ-пшеницы в США.

Протестующие против ГМО во Франции.

В России существуют запрет на выращивание ГМ-культур на территории страны. Но по данным Российского Зернового союза, неконтролируемые посевы ГМО в России составляют порядка 400 000 Га, почти 200 000 из них составляет кукуруза. По оценке генерального директора Института конъюнктуры аграрного рынка Дмитрия Рылько, около 5% выращенной в РФ кукурузы и сои – трансгенные.

Это типичная ситуация для России – строгость закона компенсируется необязательностью его исполнения. Еще одна замечательная иллюстрация – «Ветеринарно-санитарные требования при импорте в РФ мяса и мясопродуктов» Минсельхоза. По этим требованиям в страну должно импортироваться исключительно «мясо, полученное от убоя животных, не получавших корма, содержащие сырье, выработанное использованием методов генной инженерии». Но реальных механизмов проверки импортного мяса нет. Ввозят то, что хотят. И с маркировкой продуктов «без ГМО» – то же самое. Написать может это каждый желающий.

Ситуация в России – ещё одна иллюстрация того, что ГМО проникают даже туда, где вроде бы их не должно быть.

Теперь переходим к самому главному. Так почему я против? Я считаю всю историю с ГМО огромной аферой. Большой маркетинговой кампанией. И совсем небезобидной. В результате жизнь на планете станет заметно хуже.

Весь мир в твоих руках

ГМО – это прекрасный инструмент для того, чтобы мировой рынок продовольствия был перераспределен и оказался подконтролен корпорациям. И главным образом одной – Monsanto.

Три основных фактора, помогающие ГМО завоевать мир:

– ГМ-семена уже во втором поколении теряют свои характеристики. Сеять их не имеет смысла.
– Компании, производящие ГМ-семена, патентуют свои изобретения и запрещают использовать семена в иных условиях, нежели написано в договоре между фермером и компанией. Даже отложить семена на следующий год нельзя. Это нарушение договора и оно преследуется в судебном порядке.
– Опыление ГМ-растениями традиционных «соседей» приводит к мутации последних и потере их традиционных характеристик.

Биотехнологии Monsanto. Инновации, сотрудничество, скорость. Коллаж по рисунку joe-ks.tom.

Все это приводит к монополизации рынка. Фермеры начинают покупать семена только у одного производителя. Мир семян и сельского хозяйства сейчас устроен так, что чаще всего в качестве такого вот одного производителя выступает корпорация Monsanto. Когда-то самая крупная химическая компания в мире. И сейчас далеко не последняя. Прославилась, например, тем, что в 1960-е годы была лидирующим производителем «Агента Оранж», применявшегося для уничтожения сельскохозяйственных посевов и растительности в джунглях во время войны во Вьетнаме. За это компании в 1984 году пришлось выплатить компенсации ветеранам Вьетнамской войны. По данным «Вьетнамского общества пострадавших от диоксина», около миллиона человек стали наследственными инвалидами.

В 1990-е годы компания начала работать с ГМО. Сейчас более 50 процентов всех ГМ-культур в мире производят из семян Monsanto. При этом Roundup – самый продаваемый гербицид за последние 30 лет. Принадлежит Monsanto.

В марте 2005 года «Монсанто» приобрела крупнейшую семеноводческую компанию Seminis, специализирующуюся на производстве семян овощей и фруктов, в 2007–2008 годах поглотила 50 компаний-производителей семян по всему миру, после чего подверглась жесткой критике. Основное обвинение – монополизация рынка.

«Производство генетически модифицированных семян, устойчивых к вредителям и гербицидам, довело капитализацию до $44 млрд. В 2009 году Monsanto продала семян и генов на $7,3 млрд. Общая выручка компании в 2009-м составила $11,7 млрд., а чистая прибыль – $2,1 млрд. Продажи в последние 5 лет росли на 18% в год, а доходность капитала равнялась 12% ». Рост продаж шел все эти годы , в 2013 году – в том числе.

Продукция, произведенная на фермах, которые сотрудничают с Monsanto – это основа для крупнейших пищевых компаний мира. Вот на этой схеме видно, что влияние компании, скажем мягко, существенно.

Структура мировой индустрии производства семян. Автор схемы: Philip H. Howard, Associate Professor, Michigan State University

Каждый фермер, который приобретает семена у Monsanto , подписывает соглашение об «авторских правах» компании на семена. Договор накладывает массу ограничений на фермера. Например, фермер не может оставить семена на следующий сезон и использовать их на свое усмотрение.

В 2011 году вышел фильм «Мир согласно Monsanto ». В нем, в том числе, рассказывается история американских фермеров, оказавшихся на грани разорения в результате договора с компанией.

Фильм «Мир согласно Monsanto »

Самая показательная и поучительная история в этом смысле случилась в Индии, где сотни тысяч фермеров перешли на ГМ-семена хлопка при помощи правительственной агитационной кампании и кредитной политики.

Индию после перехода на ГМ-семена захлестнула волна фермерских самоубийств. Они не могли ни отложить семена на посев на следующий год, ни расплатиться с долгами. Согласно данным отчета, подготовленного индийским Национальным бюро учета преступлений, количество самоубийств, совершенных местными фермерами, достигло в 2009 году 17 000 человек. С конца 90-х и до 2008 года покончили жизнь самоубийством более 150 000 индийских аграриев .

Такое желание покончить с жизнью объяснялось тем, что по индийским законам долги не переходили на членов семьи фермера. Но сейчас и это изменилось.Теперь семья отвечает за долги фермера, покончившего жизнь самоубийством.

Есть ещё одна вещь, о которой тут важно упомянуть. Я совершенно не хочу сказать, что единственная причина этих самоубийств – появление ГМ-семян. Несомненно, есть и другие причины. Но то, что ГМ-семена – одна из главных, тоже вполне очевидно. Именно аграрная «наркотическая зависимость» – от кредитов или ГМ-технологий – изменяет коренным образом жизнь крестьян и лишает их возможности выбирать, сохранять урожаи на следующую посевную и делает полностью зависимыми.

В результате мы видим, что ГМО – как практическое явление нашей социальной, экономической и культурной реальности – приводит к полной потере суверенитета каждого конкретного фермера. Каждого конкретного региона, каждого конкретного государства.

Уничтожение биоразнообразия

Вот вам несколько совершенно сумасшедших цифр. За последнее столетие в США было утрачено около 93% сортов овощей и фруктов . В 1903 году в США было 408 сортов помидоров, а в 1980-х уже меньше 80. Капусты было 544 сортов, спустя 80 лет – только 28; салат-латук – 497 и 37 соответственно и так далее. Это случилось по причине глобализации рынка семян и появления гибридов вместо сортов. С появлением ГМО все эти процессы ускоряются. На смену сотням приходят в лучшем случае десятки совершенно одинаковых овощей и злаков по всему миру.

Инфографика: National Geographic

Меня, как тревожного гурмана, думающего желудком, а не головой, тут больше всего возмущает исчезновение возможности отравиться во Владимирскую область за Вязниковским огурцом или в Ярославскую за Даниловским луком. Я очень хочу, чтобы каждый регион, а лучше даже каждая деревня давала мне шанс попробовать себя на вкус. Я хочу много разных овощей. Много разных злаков. Много разных трав. Я не хочу, чтобы весь мир давал мне Bt-кукурузу «StarLink», хочу получать в Мексике кукурузу старинных сортов. Хочу, чтобы региональные сорта радовали едоков разнообразием, сохраняли местные сельскохозяйственные и гастрономические традиции. Ну и так далее. В общем, многого хочу.

Предположим, все эти мои «хотелки» можно списать на «своеобразие» моего внутреннего устройства. В конце концов – ешь, что дают! Но вот и тут проблема возникает. Даже если забыть о желудке, который диктует свои условия голове, с ГМО в смысле биоразнообразия все очень тревожно.

Вот, послушайте биолога и борца за биоразнообразие Кэри Фаулера: «Разнообразие сельскохозяйственных культур является биологической основой сельского хозяйства. А все попытки современной пищевой индустрии стандартизировать и универсализировать сорта ведут к вырождению культур и будущему голоду». С исчезновением многообразия сортов и видов увеличиваются риски эпидемиологических заболеваний среди растений. Эпидемия гораздо проще шагает по планете, если ей противостоит всего один сорт (два, три, пять) кукурузы, а не 120 – как это было совсем недавно. То есть ГМО – это путь к возрастающему риску голода. А совсем не наоборот – как пытаются сказать защитники ГМО («мы накормим Африку»).

В общем, лучше один раз увидеть. Посмотрите прекрасную и короткую лекцию Фаулера на Ted.com.

После прочитанного и увиденного найдутся и такие, которые спросят меня: «Причем тут ГМО? Ведь мы теряем биоразнообразие весь XX век». Отвечаю. ГМО в данном случае мощнейший катализатор этих процессов. А) Экономический – о чем было в первой части. Б) Биологический. Опыление или трансгенное загрязнение приводит к гибели сортов. «Случайное скрещивание» – как называет это явление компания Monsanto .

Вот вам и на это дело пример. В Мексике, на родине кукурузы, была обнаружена кукуруза, в ДНК которой есть ГМО. Хотя там ее никто не сажал. Мало того, посевы ГМ-кукурузы в Мексике законодательно запрещены. Но после создания зоны свободной торговли с США и Канадой кукуруза из США стала попадать на рынок. Она была в 2 раза дешевле и хоть запрет на посев ГМ-кукурузы в Мексике действовал – произошло смешение. Государственный экологический институт Мексики провел исследование и подтвердил заражение.

Есть версия, что такое заражение происходит не случайно – это часть спланированной акции. Так или иначе – результат один. Традиционные сорта кукурузы Мексики сейчас в опасности.

Еще один пример. В Парагвае легализация семян ГМО произошла уже после проникновения их в страну. Там действовали запреты на посевы ГМ-семян. Но по факту оказалось, что вся страна уже «заражена» или «случайно скрещена». Как бы это ни назвать – результат один. То есть просто разрешили то, что уже случилось. Оказалось, что спасать уже нечего. Местные сорта выродились.

Разрушение традиционного уклада жизни

За биоразнообразием стоит не просто еда. За каждым сортом скрывается своя история, свой уклад материальной и духовной жизни того или иного места на планете. Региональный сорт – это символ местной жизни. Когда потребитель отдает предпочтение региональному сорту и понимает его гастрономические преимущества, он в результате финансирует этот самый особый уклад жизни, который и является первопричиной сохранения сорта.

Большой бизнес разрушает местные традиционные сообщества, образ жизни, материальную и духовную культуру, свойственную региону.

К сожалению, в России ситуация с региональной сельскохозяйственной культурой и местными сельскими сообществами вокруг нее сильно пострадала в XX веке в результате всем известных событий. При этом, к счастью, ГМО к нам не проникло настолько сильно, как в других странах. Поэтому в качестве примера того, как ГМО разрушают традиционный уклад жизни, приведу тот же Парагвай.

Парагвайские фермеры против ГМО. Кадр из документального фильма Raising Resistance , 2011

После того, как мировые цены на сою выросли в несколько раз, земли тут стали массово скупаться. Более 70 процентов пахотных земель теперь принадлежит 2 процентам населения и иностранцам. Это был первый удар по местным сообществам. Но главным и самым эффективным стал переход на ГМ-сою. Массовое использование Roundup и ГМ-сои теми, кто не живет на земле, привело к тому, что делалось это без учета интересов местного населения. Были зафиксированы тысячи случаев отравлений пестицидами источников воды, сельскохозяйственных животных и т.д. Началось массовое бегство крестьян в города.

Что такое ГМО? Актуальность проблемы Виды ГМО Классификация ГМО История появления Получение ГМО Цели создания ГМО Использование Воздействие на человека В чем может быть опасность? В чем может быть опасность? Мнения 1) С социальной точки зрения С социальной точки зрения 2) С научной точки зрения С научной точки зрения Опыт Методы исследования Выводы Список литературы

В связи с тем, что число жителей Земли выросло за последнее столетие с 1.5 до 5.5 млрд. человек, а к 2020 году предполагается вырост до 8 млрд., возникла огромная проблема – недостаточное количество продуктов питания, а также многие лекарственные препараты столь дороги, что большая часть населения Земли полагается на традиционные методы лечения, используя всевозможные растения.

1. Генетически модификациированные растения (ГМР); 2. Генетически модификациированные животные (ГМЖ); 3. Генетически модификациированные микроорганызмы (ГММ) На данный момент уже созданы: модификациированные коровы, способные давать человеческое молоко; модификациированный лосось способный расти быстрее и быть крупнее, чем их природные сородичи; Это наиболее крупная группа по своему разнообразию и использованию. Это малочисленная группа, в основном представители этой группы создавались в интересах медицины.

Первые трансгенные органызмы появились ещё в конце 80-х годов. В 1983 г. ученые, изучая почвенную бактерию, которая образует на стволах деревьев и кустарников наросты, обнаружили, что она переносит фрагмент собственной ДНК (вектор) в ядро растительной клетки, где он встраивается в хромосому и распознается как свой. ГМО были разработаны американским химическим концерном Монсанто.

1. Получение изолированного гена. 2. Введение гена в вектор для переноса в органызм. 3. Перенос вектора с геном в модификациируемый органызм. 4. Преобразование клеток органызма. 5. Отбор генетически модификациированных органызмов и устранение тех, которые не были успешно модификациированы.

Одни ученые рассматривают ГМО, как естественное развитие по селекции животных и растений, другие считают генную инженерию полным отходом от классической селекции, так как ГМО это не продукт искусственного отбора, а фактически искусственно синтезированный в лаборатории новый вид. Во многих случаях использование трансгенных растений сильно повышает урожайность. При генной модификации можно улучшить и качество пищи. Противники считают, что современное с/х производство способно обеспечить и на имеющемся уровне селекции население высококачественным продовольствием.

С одной стороны, некоторые эксперты считают, что смоделированные гены способны вызывать генетические мутации в клетках органызма человека. Следовательно ГМО могут осуществлять негативное влияние на органызм человека. Миллионы людей во всем мире каждый день употребляют еду, которая содержит ГМО. При этом вопрос влияния ГМО на здоровье человека до сих пор остается без ответа. Дискуссии на эту тему длятся в мире больше 10-ти лет. Ученые-генетики никак не придут к определенному выводу. С другой стороны, группа ученых доказывает, что с помощью ГМО человечество сможет искусственно выращивать внутренние органы человека. Бесспорно, это будет великим достижением человечества в области трансплантации внутренних органов, однако, это все еще только предположения, у которых нет доказательств.

Медицинский риск Повышенная аллергеноопасность Возможная токсичность и опасность для здоровья Устойчивость к действиям антибиотиков Могут возникнуть новые и опасные вирусы Социальный риск Угроза для выживания мелких фермеров Лишение свободы выбора в приобретении продуктов Экологический риск Появление супер вредителей Нарушение природного баланса Выход трансгенов из-под контроля

Одно из мнений заключается в том, что только ГМО могут избавить мир от угрозы голода, так как при помощи генной модификации можно увеличивать урожайность и качество пищи. Без генной инженерии человечество может оказаться в тупике. Потенциальный вред ГМО явно недооценивается. В процессе внедрения в органызм гены способны как сами мутировать, так и оказывать негативное воздействие на геном органызма человека. В результате могут образовываться неизвестные токсичные белки, вызывающие токсикозы и аллергию. за против

В ходе проделанной работы было выяснено, что такое ГМО, как и для чего их получают, каковы положительные и отрицательные стороны их применения. На основании изученной информации я все же склоняюсь к мнению, что на современном этапе развития генной инженерии ГМО представляют опасность, ведь неизвестно, как поведет себя ген, встроенный в другую ДНК. Путем социологического опроса также было выяснено, что, хотя только 28% респондентов имеют представление о ГМО, тем не менее, 76% из всех опрошенных полагают, что ГМО небезопасны для использования. 22 html Ермишин А.П. «ГМО. Мифы и реальность» (И. Ермакова «Что мы едим? Воздействие на человека ГМО и способы защиты» (html) Чемерис А.В. и др. «Новая старая ДНК», – Уфа: Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН, c. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. «Биология: в 3 т., том 3», пер. с англ.– Изд. 4-е, – М.: БИНОМ Лаборатория знаний, – 451 с.

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Пожалуй, трудно придумать еще одну биологическую проблему, которую бы так активно обсуждали в СМИ, вагоне метро и очереди за батоном. ГМО . Эти три буквы, увы, пугают и вызывают недоверие. Хочется еще раз расставить все точки над «ё» и разобраться в том, зачем нужны ГМО, каковы плюсы современных генно-инженерных технологий и с какими трудностями и мерами предосторожности они связаны.

Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу , стал предприниматель Константин Синюшин , за что ему огромный человеческий респект!

Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас ».

Спонсор публикации этой статьи - Юрий Викторович Лошкарев.

Что такое ГМО?

Итак, сайт «Википедия» дает следующее определение ГМО : «ГМО (генетически модифицированный организм) - организм, генотип которого был искусственно изменен при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса» .

Стόит сказать пару слов о том, с чего началась история ГМО. 1973 год можно считать годом рождения генной инженерии. Тогда в лаборатории Стэнли Нормана Коэна научились «комбинировать и трансплантировать» гены: в клетки E. coli начали вводить рекомбинантные кольцевые ДНК (плазмиды ) . Эти эксперименты показали, что определенные гены, включенные в плазмиду, можно запросто доставить в другой организм, где они будут работать. Но использовать эту технологию в медицине и сельском хозяйстве стали далеко не сразу: первый рекомбинантный препарат появился в 1982 году, а первая сельскохозяйственная культура - в 1992. Почему же к этой технологии отнеслись с такой осторожностью?

Рецепты от матушки-природы

Как известно, лень - двигатель прогресса. Зачем выдумывать велосипед, когда есть готовая природная генная конструкция. Биотехнологи берут плазмиду A. tumefaciens , вырезают из нее онкогены и вставляют нужные им (целевые) последовательности. Обманутая бактерия добросовестно встраивает модифицированную T-ДНК в растительную клетку и ждет, что та начнет делиться и производить опины. Но вместо этого растение производит то, что нужно человеку. Например, с помощью такого «коварного» подхода удалось получить устойчивую к засухе кукурузу MON87460 . В эту кукурузу был введен ген cspB , отвечающий за производство белка, который стимулирует транскрипцию генов, необходимых для преодоления стрессов (засухи в частности), а главное - играет роль РНК-шаперона, облегчающего синтез белков путем «распутывания» мешающих вторичных структур РНК. Потребителю же должно быть приятно то, что по вкусу трансгенные кукурузные початки никак не отличаются от обычных . История жестокого обмана бактерии отражена на рисунке 1.

Главный недостаток так называемой агробактериальной трансформации - невозможность контролировать, в какое именно место растительной ДНК встроится новая конструкция. Но сейчас появилась новая технология, позволяющая контролировать этот процесс, - CRISPR/Cas9 , - и на ней обязательно нужно остановиться.

CRISPR/Cas9. По образу и подобию хромосомному

Это одна из самых модных технологий, позволяющих редактировать геном «в режиме онлайн». Интересно то, что эту систему мы тоже позаимствовали у бактерий. Скажем несколько слов об истории ее открытия.

В 1987 году японские ученые обнаружили в геномах бактерий участки с регулярной структурой - короткие одинаковые последовательности чередовались с уникальными фрагментами, которые у разных бактерий даже одного вида не имели ничего общего. Такие участки назвали CRISPR (c lustered r egularly i nterspaced s hort p alindromic r epeats ) . Оказалось, что система CRISPR, как это ни удивительно, играет у бактерий роль приобретенного иммунитета. Если в бактерию проникает вирус (фаг), она вырезает фрагмент вирусной ДНК и встраивает его в собственный геном, а именно - в CRISPR-локус. Так формируются спейсер , а заодно - и очередной повтор, отделяющий новый спейсер от предыдущего. По спейсеру бактерия затем строит РНК-зонд (по-научному - РНК-гид), соединяющийся с Cas-белком и плавающий в клетке в поисках комплементарных нуклеиновых кислот (протоспейсеров ). В том случае, если таковые найдены, то есть снова вторгся тот же фаг, начинает работать белок-ножницы Cas - эндонуклеаза, которая разрезает распознанные последовательности, а следовательно, блокирует размножение вируса . Иными словами - если бактерия повторно встретится с вирусом, фрагмент которого встроен в ее геном, она будет устойчива к этой инфекции.

Наиболее просто из систем CRISPR/Cas устроены системы II типа , где эффекторным (уничтожающим мишень) белком служит Cas9 (рис. 2). Такой механизм характерен, например, для бактерии Streptococcus pyogenes . В бактериальном иммунном контроле обычно помимо Cas-эффекторов задействованы «патрульные» белки Cas1 и Cas2, которые в комплексе распознают нарушителя клеточных границ и интегрируют его фрагмент в самое начало (ближе к промотору) CRISPR-локуса - «на память». В системах II типа Cas9, видимо, участвует и в процессе приобретения спейсеров, помогая Cas1/Cas2 выбрать наиболее подходящие фрагменты .

Из вышесказанного становится ясно, почему иммунитет CRISPR адаптивный : он совершенствуется и учится противостоять новым типам инфекции. Это подчеркивается еще и снижением эффективности спейсеров по мере их удаления от промотора CRISPR-локуса: если многие поколения бактерий давно не сталкивались с тем или иным агентом, снижается «напряженность иммунитета» к нему. CRISPR - это интересный пример эволюции по Ламарку: события жизни организма непосредственно влияют на его ДНК, изменяя ее так, что организм становится более приспособленным .

Рассмотрим на конкретном примере, как бактерии борются с вирусами. Вот, например, бактерия Streptococcus thermophilus используется для получения молочнокислых продуктов, но, к сожалению, она страдает от различных вирусных инфекций. Не случайно именно на этом модельном организме провели ключевые эксперименты по уточнению функции CRISPR-систем. Если живую культуру S. thermophilus заражали бактериофагами, то большинство бактерий погибало, но очень небольшая часть выживала. Чем же выжившие отличались от изначальной культуры? Оказалось, что их геном стал длиннее на 0,01% за счет того, что в CRISPR-последовательность добавились 1–4 новых фрагмента (спейсера). При повторном заражении этой культуры теми же вирусами все клоны выживали. Как будто, переболев вирусной инфекцией, бактерия стала немного опытнее и записала себе в «медицинскую карту» что-то важное об этом вирусе, и такая инфекция ей теперь не страшна. Если же ученые специально вырезали из вирусного генома небольшие фрагменты и вставляли их в виде новых спейсеров, то клетка оказывалась невосприимчивой к исходному вирусу, даже если никогда раньше с ним не встречалась.

Какую же практическую пользу из этой системы смог извлечь человек? Как вообще она работает в клетках эукариот? Если просто запустить CRISPR/Cas9 в клетку, эта система разрежет обе цепи ДНК в месте, которое укажет специально сконструированный РНК-гид, но разрез залатают обычные клеточные репарационные машины - путем негомологичного соединения концов (non-homologous end joining, NHEJ ) либо гомологичной рекомбинации - если есть матрица с флангами, комплементарными участкам ДНК с двух сторон от разрыва, произойдет «заштопывание по шаблону». Это означает, что в зависимости от целей человека можно устроить в нужном месте делецию - «выключить» проблемную область генома - или «подставить» матрицу с нужными свойствами, чтобы просто заместить, например, мутантный, патологический вариант гена нормальным.

MCR, «за» и «против»

Рисунок 3. История мораториев в биологии. В 1975 году был введен мораторий на исследования рекомбинантных ДНК, в 1997 - на клонирование человека, в 2012 - на эксперименты по изменению свойств (вирулентности) вируса «птичьего» гриппа.

И это еще не всё. Можно сделать так, чтобы клетка «починенную» хромосому воспринимала как образец для ремонта второй хромосомы. В 2015 году ученые из Калифорнийского университета для апробации метода в качестве «заплатки» использовали саму кассету CRISPR/Cas9, которая затем экспрессировалась X-хромосомой мух и модифицировала гомологичную хромосому. В итоге потомству передавались уже измененные хромосомы, и инсерция CRISPR/Cas9 из поколения в поколение «саморазмножалась», замещая нормальные аллели. Этот метод получил название «мутагенная цепная реакция» (mutagene chain reaction , MCR ) .

В том же году Лианг и соавторы провели работу на триплоидных (заведомо нежизнеспособных) эмбрионах с бета-талассемией . Из 86 CRISPR-отредактированных эмбрионов только 71 продолжил развиваться, и только у четырех из них ген был отредактирован правильно . Эта статья вызвала настоящий взрыв споров на тему того, насколько вообще этично проводить такие исследования.

В Nature Эдвард Ланфир, один из исследователей ZF-нуклеаз (белков-ножниц, содержащих ДНК-связывающий домен «цинковые пальцы»), и его коллеги призвали к мораторию на любые эксперименты, касающиеся редактирования генов эмбрионов человека или половых клеток: «Стоит ли испытывать судьбу, даже если будет заметен терапевтический эффект от модификации зародышевых клеток? Мы готовы вступить в открытую дискуссию на тему дальнейших исследований в этой области» . К слову, в биологии уже написана целая история мораториев на различные исследования (рис. 3). Но вернемся к CRISPR. Некоторое время спустя группа ученых выступила с предложением избегать попыток модификации клеток зародышевой линии человека, но поддержала идею работы с клетками человека в том случае, если они не участвуют в развитии и поддержании беременности (например, соматических клеток) .

Теперь стόит затронуть перспективы использования этой технологии. MCR может позволить, например, создать комаров, неспособных переносить малярию и лихорадку Денге. Появится возможность быстро выводить линии мышей со множественными мутациями для лабораторных исследований и не тратить время на тщательный скрининг . Помимо этого, есть работы по тестированию CRISPR/Cas9 на мышах с целью лечения миодистрофии Дюшенна . Тем не менее существуют опасения, что мы просто не знаем о возможных побочных эффектах таких изменений половых и эмбриональных клеток, в связи с чем и был предложен мораторий.

Почему ГМО полезны?

Ограничимся некоторыми яркими прикладными примерами, имеющими отношение к экологии, питанию и материалам.

«Эко-свинка»

На первый взгляд может показаться, что между свиньями, фосфором и экологическими катастрофами нет ничего общего. Но это не так. Существует серьезная сельскохозяйственная проблема: свиньи не могут усваивать большую часть фосфора в комбикормах, так как он представлен в форме фитатов, солей фитиновой кислоты. Неусвоенный фосфор в составе свиного навоза в конце концов попадает в водоемы, в которых начинается бурное размножение водорослей - они-то с радостью едят фитаты. Из-за токсичных продуктов обмена водорослей погибают рыбы и другие водные организмы. В общем, катастрофа. Но генные инженеры предложили проект «Эко-свинка». К сожалению, он пока так и остался проектом, не вышедшим на рынок. Но идея очень красивая. Речь идет о генетически модифицированных свиньях, способных усваивать фитаты. Идея заключалась в том, чтобы встроить в геном свиней ген, который кодирует фермент, необходимый для расщепления фитатов (а взять его можно у той же E. coli ) . Будем надеяться, что когда-нибудь ученые облегчат свиньям жизнь:-)

Стальная коза, трансгенный хлопок, суперсладость и кошерный сыр

А теперь рассмотрим примеры полезных ГМО, никак не связанные между собой: просто они красивые, и захотелось о них рассказать. В 2002 году в Science появилась статья о том, что генетически модифицированные клетки млекопитающих могут производить паутину. Канадская фирма Neхia вывела коз, в геном которых был встроен ген белка паутины. Оказалось, что молоко таких коз можно использовать для получения биостали, которая даже прочнее кевлара - материала, из которого делают современные бронежилеты .

Но генная инженерия помогает создавать не только новые материалы, но и успешно выращивать старые. Еще 1997 году в Китае приступили к выращиванию генно-модифицированного хлопчатника, снабженного гéном бактерии Bacillus thuringiensis . Белок Cry1Ac , кодируемый этим геном, токсичен только для гусениц некоторых бабочек и, по-видимому, безвреден для всех остальных животных, включая человека. Это привело к снижению численности популяции хлопковой совки - опасного вредителя многих сельскохозяйственных культур. В результате в выигрыше оказались не только производители хлопка, но и крестьяне, выращивающие сою, кукурузу, арахис и различные овощи .

Что касается сладкого, то существует такое растение, как Thaumatococcus daniellii , и у него есть ген, кодирующий белок тауматин , который в тысячи раз слаще сахара! Сейчас ведутся работы по созданию микроорганизмов и растений, производящих этот белок. Помимо сладости, тауматин увеличивает устойчивость растений к ряду инфекций .

Ну и напоследок - про кошерный сыр. Известно, что для приготовления обычного сыра ранее использовался фермент, выделяемый из сычуга - одного из отделов пищеварительного тракта жвачных животных. Но теперь биотехнологи встроили гены сычужных ферментов в геном бактерий, предоставив возможность получать кошерный сыр. Кажется, это редкий пример сотрудничества науки и религии .

Меры предосторожности

С одной стороны, приведенные выше примеры полезности ГМО - «песчинка как в морских волнах, как мала искра в вечном льде». Но с другой стороны, у любой технологии есть свои проблемы, связанные с вопросами этики и безопасности. Выше уже шла речь о моратории на использование CRISPR/Cas9 в отношении человеческих эмбрионов. В экспериментах на обезьянах показано, что из десяти отредактированных с помощью этой системы эмбрионов рождается, увы, не больше половины . Что касается использования ГМО, то здесь больше всего опасаются реакций на продукт, которые не всегда возможно предусмотреть. Например, в 1992 году селекционная компания Pioneer разработала ГМ-сою, добавив в нее ген бразильского ореха и тем самым устранив в сое природный дефицит аминокислоты метионина. Такие бобы были предназначены в первую очередь для тех людей, для кого соя - основной продукт питания. Но вскоре оказалось, что у небольшого процента людей бразильский орех вызывает аллергию. Соответственно, и такая ГМ-соя тоже может вызывать аллергию .

Вышеперечисленные факты не умаляют достоинства генных технологий, а говорят о том, что любой метод требует грамотного и аккуратного использования. Поэтому хотелось бы закончить статью словами молекулярного генетика Джорджа Чёрча из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, считающего, что de facto мораторий стόит налагать на все технологии, пока не доказана их безопасность: «Задача заключается в доказательстве того, что пользы в технологии больше, чем риска» .

Литература

1. Молекулярное клонирование, или как засунуть в клетку чужеродный генетический материал ;
2. Казанцева А. В интернете кто-то неправ! М.: CORPUS, 2016. - 376 с.;. Science . 347 , 1301–1301;
3. Вылечить миодистрофию Дюшенна: конкуренция групп, единство методик ;
4. Панчин А. Сумма биотехнологии . М.: CORPUS, 2016. - 432 с.;
5. Элементы: «Трансгенный хлопок помог китайским крестьянам победить опасного вредителя »;
6. Мэтт Р. Геном. Автобиография вида в 23 главах . М.: ЭКСМО, 2015. - 432 с.

Генетически модифицированные организмы (ГМО) – сейчас любимая тема журналистов. Распространение на территории России ГМО и продукции, произведенной из генетически модифицированных животных и растений, находится под постоянным прицелом депутатов Госдумы. То и дело какой-нибудь зоркий законотворец начинает бить тревогу по поводу того, что продукты из генетически модифицированных организмов причинят вред народному здоровью.

Все это было бы смешно, когда бы не было так грустно. Потому что те страхи и ужасы, которые рассказывают про генетически модифицированные организмы, являются манипуляцией с общественным сознанием, которую проделывают интересанты, пользуясь тем, что люди в большинстве своем имеют слабое представление о биологии и о генетике.

Как известно, основой клеток, из которых состоит любой живой организм на нашей планете, являются молекулы ДНК, дизоксирибонуклеиновой кислоты. Эти полимерные (то есть, очень длинные) молекулы представляют собой две белковые цепочки, каждая из которых свернута в спираль, расположенных одна относительно другой так, что спирали как бы вставлены одна в другую. Участки такой молекулы ДНК, содержат комбинации белков, определяющие все индивидуальные характеристики организма. Эти участки называются генами. Именно они определяют размеры, физические, физиологические и функциональные особенности организмов. Последовательность генов в ДНК любого организма называется геномом. В настоящее время ученые-биологи расшифровали геномы многих организмов, то есть они знают, какой ген за какие свойства организма отвечает. Такое знание само по себе – великое достижение.

Но генетики пошли дальше и начали применять это знание на практике. Была разработана техника, позволяющая, фигурально выражаясь, производить операции над генами. Генетики научились выделять те или иные гены и пересаживать их с одной молекулы ДНК на другую. При этом, поскольку молекулы ДНК всех организмов состоят из одних и тех же составляющих, нуклеотидов, можно брать ген одного организма и «прививать» его другому организму, целенаправленно изменяя свойства этого организма. Именно, от этой процедуры трансгенной пересадки «закипает разум возмущенный» широкой публики, которой почему-то представляется, что если в наследственный аппарат, скажем, пшеницы, пересадить ген, находившийся в ДНК овцы, то пшеница эта не только повысит урожайность, но еще и заблеет. Не заблеет!

Между тем, генная инженерия, занимающаяся целенаправленным изменением ДНК, ничем не отличается от обычной селекции. Селекцию, то есть целенаправленный искусственный отбор человечество применяло с древнейших времен, изменяя растительный и животный мир (а также геномы растений и животных) в сторону максимального развития полезных свойств. Именно так были выведены новые сорта растений и новые породы животных. При этом почему-то никто не возмущался тем, что человек со всем этим искусственным и целенаправленным отбором вмешивается в замысел Божий.

Генная инженерия позволяет ускорить процесс селекции и достигнуть за несколько лет результатов, на достижение которых раньше тратились десятки лет. Скрещивая гены разных видов (причем видов, очень далеко отстоящих друг от друга), биологи получают новые виды, отличающиеся улучшенными качествами.

Кто же виноват во всем этом? Имя «виновника» известно: американский биохимик Пол Наим Берг (Paul Naim Berg) .

Он родился в 1926 году в Бруклине, одном из районов Нью-Йорка. Пол с детства хотел стать ученым, но перед этим принял участие во Второй мировой войне. Он служил в Военно-морском флоте и на подводных лодках. Демобилизовавшись в 1946 году, он изучал биохимию в Пенсильванском университете. С 1959 года П.Берг работал на факультете биохимии Стэнфордского университета в Калифорнии. В 1970-х годах он разработал методику пересадки генов с ДНК одной бактерии в ДНК другой бактерии, тем самым изменяя ее генотип и фактически создавая новый организм с нужными свойствами.

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

В 1980 году Пол Берг вместе с Уолтером Гилбертом и Фредериком Сингером получил Нобелевскую премию по химии за фундаментальные исследования нуклеиновых кислот, которые стали основой генной инженерии.

А в 1996 году появились первые генно-модифицированные растения с новыми, невиданными раннее свойствами. Генно-модифицированные соя, рис, хлопок, кукуруза и рапс открыли эпоху новых сортов с повышенной урожайностью. Затем была «сделана» более крупная картошка, которую не ел колорадский жук. Во всех генетически модифицированных продуктах отсутствуют аллергенные или токсические вещества, они отличаются прекрасным вкусом и качеством.

Тех же, кто относится к генно-модифицированной продукцией с опаской и повторяет выдумки о «чужеродных генах», можно успокоить тем, что в процессе пищеварения наш организм не расщепляет еду до уровня генов, а потребляет только белки, жиры и углеводы, качество которых одинаково, как в генно-модифицированных, так и в «естественных» продуктах. Которые, как уже было сказано, тоже созданы не вполне естественно, а в результате целенаправленной селекции.

Более того, молекулы ДНК, содержащие гены, взятые из организмов разных типов (они называются рекомбинантными молекулами ДНК) образуются и в «естественных» условиях. Они встречаются в некоторых видах живых организмов.