Еще раз про ГМО
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.
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2016.
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
Научный журналист Ася Казанцева пишет в своей книге «В интернете кто-то не прав»: «Слышали ли вы когда-нибудь, чтобы производители мобильных телефонов или газированных напитков проводили научные конференции, посвященные тому, что мобильные телефоны или газированные напитки могут быть опасны? А создатели ГМО с этого начали»
Рецепты от матушки-природы
На самом деле, мы не первые, кто придумал ГМО. Существуют и природные генные инженеры — например, Agrobacterium tumefaciens (ныне — Rhizobium radiobacter). Дело в том, что у этой бактерии есть своя кольцевая ДНК, Ti-плазмида (от tumor-inducing — онкогенная), особый участок которой — Т-ДНК (от transfer
Как известно, лень — двигатель прогресса. Зачем выдумывать велосипед, когда есть готовая природная генная конструкция. Биотехнологи берут плазмиду
Рисунок 1. Как ученые обманывают Agrobacterium tumefaciens. Описание дано в тексте статьи.
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 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats
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 [4].
Рисунок 2. Упрощенное представление функций компонентов системы CRISPR. Описание дано в тексте статьи.
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 [3].
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.
Эта серия простых и изящных экспериментов на S. thermophilus полностью подтвердила гипотезу об иммунной функции CRISPR-систем. Благодаря полярной манере включения новых спейсеров, CRISPR-кассеты можно буквально читать как историю взаимоотношений прокариот и их паразитов в определенном эволюционном промежутке. CRISPR — это не только иммунитет, но еще и память о недавних победах прокариотической клетки [5].
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) [6].
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 [7]. 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) [8].
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 [6]. Помимо этого, есть работы по тестированию CRISPR/Cas9 на мышах с целью лечения миодистрофии Дюшенна [9]. 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) [10]. 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 [10].
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 [11].
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 [10].
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 [10].
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 [8]. 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 [12].
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» [8].
- Молекулярное клонирование, или как засунуть в клетку чужеродный генетический материал;
- Казанцева А. В интернете кто-то неправ! М.: CORPUS, 2016. — 376 с.;
- Найдены системы CRISPR, использующие обратную транскрипцию;
- Heler R., Samai P., Modell J.W., Weiner C., Goldberg G.W., Bikard D., Marraffini L.A. (2015). Cas9 specifies functional viral targets during CRISPR-Cas adaptation. Nature. 519 (7542), 199–202;
- CRISPR-системы: иммунизация прокариот;
- Мутагенная цепная реакция: редактирование геномов на грани фантастики;
- Liang P., Xu Y., Zhang X., Ding C., Huang R., Zhang Z. et al. (2015). CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell. 6, 363–372;
- Vogel G. (2015). Embryo engineering alarm. Science. 347, 1301–1301;
- Вылечить миодистрофию Дюшенна: конкуренция групп, единство методик;
- Панчин А. Сумма биотехнологии. М.: CORPUS, 2016. — 432 с.;
- Элементы: «Трансгенный хлопок помог китайским крестьянам победить опасного вредителя»;
- Мэтт Р. Геном. Автобиография вида в 23 главах. М.: ЭКСМО, 2015. — 432 с.
Генетическая модификация Википедия
Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК[1]. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология.
Экономическое значение
Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.
Проводятся первые эксперименты по использованию бактерий с перестроенной ДНК для лечения больных[2].
Жители Кении наблюдают, как растёт новый трансгенный сорт кукурузы, устойчивый к насекомым-вредителямОсновой микробиологической, биосинтетической промышленности является бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых — способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение — аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту. Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве «пищи» нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно смертельных для других видов микроорганизмов.
Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку — от обработки сильнодействующими ядами, до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна — добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат — получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии.
Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля. Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототрофы, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как обнаружилось недавно, около 110 °C, и др.
И всё же ограниченность «природного материала» очевидна. Обойти ограничения пытались и пытаются с помощью культур клеток и тканей растений и животных. Это очень важный и перспективный путь, который также реализуется в биотехнологии. За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма, как клетки бактерий. Это было важное достижение — полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно.
Другое направление исследований — удаление из ДНК генов, ненужных для кодирования белков и функционирования организмов и создание на основе таких ДНК искусственных организмов с «усеченным набором» генов. Это позволяет резко повысить устойчивость модифицируемых организмов к вирусам[1].
История развития и методы
Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Фредериком Сенгером и американским учёным Уолтером Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 года). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.
Все методы генетической инженерии (англ. Genetic engineering techniques) применяются для осуществления одного из следующих этапов решения генно-инженерной задачи:
- Получение изолированного гена.
- Введение гена в вектор для переноса в организм.
- Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
- Преобразование клеток организма.
- Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты — олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.
Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).
Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.
Значительные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.
Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.
Применение в научных исследованиях
Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применён нокаут гена (англ. gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Основные методы реализации: цинковый палец, морфолино и TALEN[3]. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а изменённые клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.
Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
Схема строения зелёного флуоресцентного белкаВизуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка (GFP). Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, её побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.
Исследование механизма экспрессии. В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.
Генная инженерия человека
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.
Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.
С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для излечения взрослого самца обезьяны от дальтонизма.[4] В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — обыкновенная игрунка (Callithrix jacchus)[5].
Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия.[6] Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.
Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем[7][8][9][10][11][12][13]. В 2016 в США группа учёных получила одобрение на клинические испытания метода лечения рака с помощью собственных иммунных клеток пациента, подвергаемых генной модификации с применением технологии CRISPR/Cas9[14].
В конце 2018 года в Китае родились двое детей, геном которых был искусственно изменён (выключен ген CCR5) на стадии эмбриона методом CRISPR/Cas9, в рамках исследований, проводимых с 2016 года по борьбе с ВИЧ[15][16][17]. Один из родителей (отец) был ВИЧ-инфицированным, а дети, по заявлению, родились здоровыми[18]. Поскольку эксперимент был несанкционированным (до этого все подобные эксперименты на человеческом эмбрионе разрешались только на ранних стадиях развития с последующим уничтожением экспериментального материала, то есть без имплантации эмбриона в матку и рождением детей), ответственный за него учёный не предоставил доказательств своим заявлениям, которые были сделаны на международной конференции по редактированию генома. В конце января 2019 года властями Китая были официально подтверждены факты проведения данного эксперимента[19]. Тем временем учёному было запрещено заниматься научной деятельностью и он был арестован[20][21].
Клеточная инженерия
Клеточная инженерия основана на культивировании растительных и животных клеток и тканей, способных вне организма производить нужные для человека вещества. Этот метод используется для клонального (бесполого) размножения ценных форм растений; для получения гибридных клеток, совмещающих свойства, например, лимфоцитов крови и опухолевых клеток, что позволяет быстро получить антитела.
Генетическая инженерия в России
Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону, возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов. |
Отмечается, что после введения государственной регистрации ГМО[22] заметно возросла активность некоторых общественных организаций и отдельных депутатов Государственной думы, пытающихся воспрепятствовать внедрению инновационных биотехнологий в российское сельское хозяйство. Более 350 российских ученых подписали открытое письмо Общества научных работников в поддержку развития генной инженерии в Российской Федерации. В открытом письме отмечается, что запрет ГМО в России нанесёт не только ущерб здоровой конкуренции на рынке сельскохозяйственной продукции, но приведёт к значительному отставанию в сфере технологий производства пищевых продуктов, усилению зависимости от импорта продуктов питания, и подорвет престиж России, как государства, в котором официально заявлен курс на инновационное развитие[23][значимость факта?].
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 Александр Панчин Обыгрывая бога // Популярная механика. — 2017. — № 3. — С. 32-35. — URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
- ↑ Майкл Вальдхольц Трансформеры // В мире науки. — 2017. — № 5-6. — С. 126 — 135.
- ↑ In vivo genome editing using a high-efficiency TALEN system (англ.). Nature. Дата обращения 10 января 2017.
- ↑ Элементы — новости науки: Обезьян вылечили от дальтонизма при помощи генной терапии (неопр.) (18 сентября 2009). Дата обращения 10 января 2017.
- ↑ Трансгенные обезьяны дали первое потомство (неопр.). membrana (29 мая 2009). Дата обращения 10 января 2017.
- ↑ Genetically altered babies born (неопр.). Би-би-си. Дата обращения 26 апреля 2008. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, 2008. «Molecular biology of the cell», 5th ed., Garland Science, USA, pp. 1302—1303
- ↑ Kimmelman J. (2009) «Ethics of cancer gene transfer clinical research», Methods in Molecular Biology 542, 423—445
- ↑ Wagner AM, Schoeberlein A, Surbek D. (2009) «Fetal gene therapy: opportunities and risks», Advanced Drug Delivery Reviews 61, 813—821
- ↑ Gatzidou E, Gatzidou G, Theocharis SE. (2009) «Genetically transformed world records: a reality or in the sphere of fantasy?», Medical Science Monitor 15, RA41-47
- ↑ Lowenstein PR. (2008) «Clinical trials in gene therapy: ethics of informed consent and the future of experimental medicine», Current Opinion in Molecular Therapy 10, 428—430
- ↑ Jin X, Yang YD, Li YM. (2008) «Gene therapy: regulations, ethics and its practicalities in liver disease», World Journal of Gastroenterology 14, 2303—2307
- ↑ Harridge SD, Velloso CP. (2008) «Gene doping», Essays in Biochemistry 44, 125—138
- ↑ First proposed human test of CRISPR passes initial safety review (англ.) (21 June 2016). Дата обращения 2 ноября 2016.
- ↑ «Этически неоправданно»: в Китае родились «дизайнерские» дети / 26.11.2018 г. «Газета.Ru». А. Салькова, П. Котляр.
- ↑ Управляемая мутация: как сегодня лечат ВИЧ / 03.12.2018 г. «Известия». И. Шестаков.
- ↑ First gene-edited babies claimed in China / 26.11.2018 г. «Medical Xpress» («Science X Network»/«The Associated Press»). Marilynn Marchione.
- ↑ Amid uproar, Chinese scientist defends creating gene-edited babies (англ.) (неопр.) ?. STAT (28 ноября 2018). Дата обращения 1 февраля 2019.
- ↑ Власти Китая подтвердили рождение генно-модифицированных детей / 21.01.2019 г. «Популярная механика». С. Сысоев.
- ↑ Гениальный ученый или опасный авантюрист? Что мы знаем о профессоре Хэ Цзянькуе / 24.01.2019 г. «Русская служба BBC». Н. Воронин.
- ↑ В Китае родились первые генетически-модифицированные дети. У них иммунитет к ВИЧ / 27.11.2018 г. «СПИД.Центр».
- ↑ Постановление Правительства РФ от 23 сентября 2013 г. № 839 «О государственной регистрации генноинженерно-модифицированных организмов»
- ↑ Кол. авт. Открытое письмо Общества научных работников в поддержку развития генной инженерии в Российской Федерации // Комиссия РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований В защиту науки. — 2015. — № 15. — ISBN 978-5-02-039148-2.
Литература
- Сингер М., Берг П. Гены и геномы. — Москва, 1998.
- Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. — Москва, 1981.
- Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning. — 1989.
- Панчин А. Ю. Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей. — М.:АСТ. — 2015. — 432 с. ISBN 978-5-17-093602-1
- Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004. — ISBN 5-02-032893-6
- Рифкин Дж., Говард Т.[en]. Who Should Play God? The Artificial Creation of Life and What It Means for the Future of the Human Race. — N. Y.: Dell Publishing, 1977. — 272 p. — (Dell non-fiction). — ISBN 0-440-19504-7.
- Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010. — ISBN 5-379-00335-4, ISBN 978-5-379-00335-7
- Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия [Текст]: учеб.-справ. пособие / С. Н. Щелкунов. — 4-е изд., стер. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010
- Gene Correction. Methods and Protocols. Series: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.), 2014. — ISBN 978-1-62703-760-0
- Thomas Gaj,Charles A. Gersbach,Carlos F. Barbas (2013) ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology, 31(7), 397—405, DOI:10.1016/j.tibtech.2013.04.004
Ссылки
ГМО и другие генетические тайны селекции растений
Анастасия Волчок, Валерия Ню
«Наука из первых рук» №1(77), 2018
Уже давно растениеводство во всем мире радуется многочисленным подаркам генной инженерии — устойчивым к вредителям и холоду, быстрорастущим и продуктивным растениям, однако для среднестатистического потребителя метка «ГМО» сегодня сродни печати Каина. Почему так? Один ответ лежит на поверхности: генные инженеры делают сегодня то, чего природа не смогла бы сделать никогда или, по крайней мере, очень нескоро, что не только впечатляет, но и пугает. Людей настораживает и то, что сами создатели ГМО не торопятся полностью исключать риск возможных негативных последствий их распространения. С другой стороны, согласно свежим опросам «Левада-центр», всего лишь 30% россиян точно знают, что гены содержатся во всех растениях, а не только в генетически модифицированных, поэтому тотальная ГМО-боязнь во многом вызвана тотальной «генетической» безграмотностью. Между тем спектр современных методов селекции новых сортов растений очень широк, а среди разрешенных есть не менее рискованные и/или практически неизвестные широкой общественности подходы.
Анастасия Александровна Волчок — кандидат химических наук, младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии ферментов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва). Победитель весеннего финала «У.М.Н.И.К» Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (2013). Автор и соавтор 11 научных публикаций и 1 патента. |
Валерия Анатольевна Ню — специалист по качеству FMCG-товаров и безрецептурных лекарственных средств в центральном офисе компании «Джонсон & Джонсон» (Москва). |
ГМО расшифровывается как генетически модифицированный организм, что подразумевает то или иное воздействие на геном растений — хранилище наследственной информации, «святую святых» живых клеток. Сегодня большинство новейших методов селекции растений тяготеют к внесению изменений непосредственно в структуру ДНК. В результате, по определению ВОЗ, мы и получаем ГМ-растения — новые сорта, которые не могли образоваться в природе в результате размножения или естественной рекомбинации («перемешивания генов»).
Все это так, но в изменении генома растений на самом деле нет ничего нового и революционного! Человек всегда так или иначе оказывал влияние на генетику растений, которые выращивал, хотя и понятия не имел о генах.
Путь к современным культурным растениям, которые мы употребляем в пищу, начался примерно 10 тыс. лет назад, когда появилось сельское хозяйство. Человек выбирал самые здоровые и пригодные для еды растения и планомерно их выращивал. В сельском хозяйстве нет места закону естественного отбора: согласно закону человека (искусственному отбору), выживает только то растение, которое отвечает его запросам.
Ярким примером расхождения целей естественного отбора и селекции служит кукуруза. У предка этого злака зерна при созревании легко отделялись от початка и падали на землю. Такая кукуруза прекрасно размножалась, но человек неизбежно терял большую часть урожая. Что же мы видим теперь? Ядра современной кукурузы на момент зрелости прочно прикреплены к початку. Так же обстоит дело и с другими зерновыми культурами — рисом, ячменем, пшеницей.
Все эти новые виды культурных растений, по сути, являются результатом модификации генома разными способами, например, путем скрещивания разных сортов, что приводит к появлению совершенно новых культурных форм. Огромный материал для искусственного (так же как и для естественного) отбора предоставляет природный мутационный процесс. Ведь спонтанные мутации (изменения) в ДНК растений происходят постоянно, например, в результате действия солнечного излучения. И если такая мутация приводит к появлению особей с заметными положительными отличиями, их остается только тиражировать — вот и вся селекция. Примером служит большое разнообразие современных овощей семейства крестоцветных: брокколи, цветная и белокочанная капуста происходят от одного общего предка (Kempin et al., 1995).
Дальше — больше. За последние 80 лет люди получили более 3 тыс. новых сортов растений, воздействуя на исходные формы излучением или химическими реагентами, чтобы вызвать непредсказуемые мутации в ДНК. Растения, полученные в результате такого искусственно вызванного ненаправленного мутагенеза, успешно возделывают и поныне. Более того, как это ни парадоксально, они никогда не считались ГМО. Впоследствии в обществе распространилось крайне ошибочное мнение, что первые генетически модифицированные растения появились лишь в результате использования методов генной инженерии, целенаправленно воздействующих на ДНК.
В любом случае оценивать новый сорт следует исходя из его характеристик, а не того или иного пути селекции. А чтобы составить собственное мнение об опасности ГМО, нужно как минимум понимать, откуда они берутся.
Рецепт ГМО: режь, исправляй, сшивай
Так как же сделать ГМО из обычного растения? Рецепт довольно прост. Возьмите геном растительной клетки и добавьте в него «генетическую конструкцию» — последовательность ДНК, кодирующую производство нужного белка. Доставить ген можно с помощью вектора — молекулы ДНК или РНК, способной «размножаться» и переносить чужеродный наследственный материал из клетки в клетку. Таким образом можно добавить сразу несколько генов, например, с помощью вектора на основе кольцевой бактериальной плазмиды.
На первый взгляд, все просто, если не задумываться о том, как вставить новый генный фрагмент именно в тот участок ДНК растительной клетки, который нам нужен. А ведь в этом и заключается самая сложная задача редактирования генома, результатом которого являются современные ГМО.
Для того, чтобы расщеплять молекулы ДНК в точно заданных участках, сначала стали использовать рестриктазы — ферменты-«ножницы», способные узнавать определенные последовательности нуклеотидов (строительных блоков ДНК). Функцию сшивки ДНК-цепи исполняли другие ферменты — ДНК-лигазы, призванные исправлять (репарировать) повреждения в структуре ДНК.
Сегодня, как и 30–40 лет назад, эти методы активно используют для получения новых вариантов бактериальных и вирусных геномов. А вот для успешной работы с геномами высших организмов (таких как растения, животные и мы с вами) этих инструментов оказалось недостаточно. Дело в том, что рестриктазы способны узнавать лишь короткие последовательности ДНК, что вполне достаточно для эффективного расщепления коротких ДНК-цепей бактерий, где такие участки встречаются нечасто. Но геномы высших организмов содержат огромное множество коротких последовательностей нуклеотидов, узнаваемых рестриктазами, поэтому «прицельность» метода оказывается очень плохой.
Для редактирования таких геномов пришлось создавать свои инструменты точечного воздействия на ДНК: сначала олигонуклеотид-направленный мутагенез растений, затем сайт-направленный мутагенез с использованием ферментов-нуклеаз с «цинковыми пальцами», TALENs-нуклеаз и даже мегануклеаз (Закиян, 2014; Daboussi, 2015). Но лишь с открытием в 2012–2013 гг. знаменитой технологии CRISPR/Cas9 ученые вплотную подошли к точному исправлению или редактированию генов и геномов (Cong, 2013). Возможность вносить контролируемые изменения в наследственную информацию живых клеток стала настоящим прорывом и повлекла за собой глобальные изменения в селекции.
Насколько остры генетические ножницы?
Основой системы CRISPR/Cas9 стал своеобразный молекулярный механизм, с помощью которого бактерии защищаются от бактериофагов (бактериальных вирусов). При проникновении патогенного вируса в бактерию запускается «иммунная» реакция, приводящая к расщеплению чужеродной генной последовательности. Это делает белок-«ножницы» Cas после того, как захватчик распознан по генному «портрету» — фрагментам вирусной ДНК, хранящимся в участке CRISPR бактериального генома.
На основе бактериальных CRISPR/Cas-систем ученые создали упрощенные искусственные молекулярные конструкции, включающие белок Cas9 и обеспечивающие невероятную точность при разрезании цепей ДНК (Закиян, 2014). С их помощью стало возможным проводить все виды модификаций генома: вносить точечные мутации, встраивать, исправлять, заменять или удалять крупные ДНК-последовательности и фрагменты выбранных генов.
С помощью системы CRISPR/Cas9 уже внесены точные модификации в геном множества растений, в частности, получены новые сорта риса, устойчивые к поражению гнилью, вызываемой фитопатогенными бактериями Xanthomonas, а также знаменитый «золотой рис», содержащий ген бета-каротина (Chen, Gao, 2013). Была решена и нетривиальная задача — создание растений-«биофабрик», способных синтезировать белки человека: инсулин, необходимый для больных сахарным диабетом, и альбумин, применяемый при лечении ожогов и цирроза.
Но несмотря на подтвержденную эффективность системы CRISPR/Cas9 все еще остается риск неспецифичного воздействия на ДНК и нарушения последовательности кодирующих генов. Неудивительно, что настоящий взрыв в мировом сообществе вызвала публикация китайских ученых из Университета Сунь Ятсена (КНР), несколько лет назад впервые применивших CRISPR/Cas9 для исправления генома эмбрионов человека с целью лечения генетического заболевания талассемии. При этом лишь для 4-х из 86 подопытных оплодотворенных яйцеклеток удалось достичь положительного результата (Liang et al., 2015).
Сегодня ряд специалистов призывают к мораторию на любые эксперименты, связанные с редактированием генов человеческих эмбрионов или половых клеток. Их опасения можно понять: когда речь идет о геноме человека, успех должен быть гарантирован. И все же прогресс не остановить: недавно Великобритания стала второй страной, где исследователям было позволено проводить подобные эксперименты (Ершов, 2016).
Тем не менее страх человека перед вмешательством в геном живых организмов не только не убывает, но и в некоторых случаях даже продолжает расти. Вследствие этого оборот и потребление продуктов геномного редактирования растений строго контролируются на законодательном уровне, что препятствует переходу мирового сельского хозяйства на использование продвинутых методов селекции. Однако ученые не сдаются и предлагают сократить до минимума и даже исключить возможные риски негативных последствий введения новых генов в организм растений.
Снижаем риски: от ТРАНС к ЦИС и ниже
Сейчас прохождение всех тестов на биобезопасность и вывод на рынок генетически модифицированных организмов, в том числе растений, жестко регулируется на международном уровне. В этом вопросе правовая база ЕС опирается на директиву Европейского парламента и Совета Европейского союза от 12 марта 2001 г. «О преднамеренном выпуске в окружающую среду генетически модифицированных организмов». Примечательно, что данный нормативный документ исключает из перечня ГМО организмы, полученные путем скрещивания, экстракорпорального оплодотворения, полиплоидной индукции, возникновения мутаций и слияния протопластов скрещиваемых видов (соматическая гибридизация).
Законодательство РФ в области ГМО растительного происхождения регулируют 4 федеральных закона и 6 постановлений Правительства РФ, в том числе федеральный закон № 86-ФЗ «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» от 5 июля 1996 г. Ожидается вступление в силу постановления, позволяющего узаконить возделывание ГМ-культур на территории России, которые пока можно выращивать только на опытных участках. Для ввоза в нашу страну сегодня разрешены 22 линии пищевых и кормовых ГМ-растений, среди которых кукуруза, картофель, соя, сахарная свекла и рис, а любые ГМО и ГМ-продукты должны проходить обязательную регистрацию.
В свою очередь, мировое ученое сообщество считает, что нужно различать ГМО по способу получения и делать послабления для продуктов, полученных умеренным вмешательством. Так появилась система деления ГМО на три вида: ТРАНС, ЦИС и ИНТРА.
Трансгенными сегодня называют организмы с искусственно введенными генами, которые в принципе не могут быть приобретены путем естественного скрещивания. Это могут быть гены растений других видов или животных, например рис, в геном которого встроен ген кукурузы. Потенциальная опасность трансгенных культур в том, что приобретенные таким образом новые качества могут повлиять на пригодность к использованию в пищевых или кормовых целях, а затем передаться диким родственникам, что может иметь непредсказуемые последствия для природных экосистем. По этой причине законодательные и регулирующие органы развитых стран уделяют большое внимание биобезопасности таких культур, чтобы снизить риск экологических сдвигов.
В геном цисгенных растений могут быть введены гены организмов того же или близких видов, с которыми возможно скрещивание в естественных условиях. При этом сам целевой ген не должен быть видоизменен или оторван от своих регуляторных последовательностей. Пример цисгенного растения — картофель, не подверженный картофельной гнили благодаря встраиванию генов диких видов картофеля из Анд, устойчивых к этому заболеванию. Такой картофель сейчас создается в Бельгии (VIB’s fact series, 2015). Важно, что цисгенезис не привносит в организм растения принципиально новых для него признаков и, по сути, аналогичен традиционному скрещиванию с родственными дикими формами.
Интрагенезис можно считать продолжением концепции цисгенезиса, но в этом случае в ДНК растения встраивают его собственный ген, совмещенный с регуляторными участками других его генов. В ходе такой модификации искусственно создаются новые комбинации из уже имеющихся в растении участков ДНК (Holme, 2013). Подобное изменение регуляции активности генов позволяет усиливать полезные признаки (например, способность накапливать витамины в листьях) или, напротив, устранять или сводить к минимуму нежелательные.
Между тем при современном регулировании оборота ГМО-различия между трансгенными и цисгенными растениями не учитываются, хотя эти типы кардинально различаются. Из-за жестких рамок, установленных законодательством, получение и использование цисгенных растений серьезно затруднено, что может заблокировать или значительно отсрочить проведение дальнейших исследований по улучшению сортов сельскохозяйственных культур. Пока лишь в Канаде контроль за цисгенными растениями менее строг по сравнению с трансгенными (Schouten, 2006).
Соматический Франкенштейн
Интересно то, что в мощной законодательной «обороне» против ГМО оказались бреши, появившиеся благодаря ряду парадоксов и допущений, которые на руку смелым селекционерам. Один из примеров — соматическая гибридизация. Другими словами, формирование новых форм растений путем комбинирования ядерных и других (митохондриальных и пластидных) генов при культивировании и слиянии обычных соматических клеток, составляющих ткань растения и не принимающих участия в половом размножении. Этот тип гибридизации растений достаточно широко распространен, при этом на территории ЕС такие соматические гибриды не считаются ГМО. Соответственно их оборот не подвергается строгому контролю.
Что же это за волшебный способ селекции? На первом этапе клетки растений двух разных видов (как правило, культурного и дикорастущего) обрабатывают специальными агентами, разрушающими клеточную оболочку, чтобы получить протопласты. Далее химическим или механическим способом провоцируют слипание и слияние протопластов, которые в дальнейшем восстанавливают общую клеточную оболочку. В результате из двух и более «родительских» клеток образуется новый живой организм — регенерант, или соматический гибрид.
Судьба родительских геномов при этом может быть различной. Два ядра могут синхронно делиться без слияния, образуя двуядерные дочерние клетки. Если же они сольются во время митотического деления, то в итоге получатся устойчивые одноядерные дочерние клетки, несущие смешанный генетический материал. Что касается внеядерного генома, то он тоже может быть получен как от одного родителя, так и быть смешанным. С помощью соматической гибридизации можно получать самые разные гибриды, включая такие, создание которых в принципе невозможно половым путем: например, гибриды, несущие цитоплазматические гены не от материнского растения, а от обоих родителей; «цибриды», содержащие ядро от одного из родителей, а цитоплазму от другого, и др.
Использование соматических клеток при гибридизации позволяет успешно работать с отдаленными, обычно нескрещиваемыми видами и полностью стерильными растениями. Иными словами, этот метод используют, если возникает необходимость преодолеть несовместимость культурных и дикорастущих видов. Таким способом можно получать межклассовые гибридные клеточные колонии: рис + соя, ячмень + табак и даже табак + мышь (Makonkawkeyoon, 1995)! Правда, большинство таких регенерантов сами размножаться уже не способны, а иногда и вовсе представляют собой скорее скопление клеток, чем полноценный организм.
Интересно, что, хотя метод соматической гибридизации влечет за собой значительную «перетасовку» генов, а его результаты очень непредсказуемы, он, тем не менее, разрешен для использования в сельском хозяйстве, в отличие от методов направленного мутагенеза. Как говорила Алиса в Стране чудес, «чем дальше, тем страньше».
Что скрывается под прививкой
А теперь пришло время обратиться к методам, которые должны удовлетворить стандарты даже самых ярых приверженцев натуральных продуктов. Ведь методы эти используются уже очень давно, и они не встречают общественного или законодательного сопротивления. Но оказывается, что с точки зрения генетики эти методы вовсе не «безгрешны», а их комбинация с новейшими подходами открывает перспективы, о которых вы, возможно, и не подозревали.
Например, давно известным способом размножения растений, с которым повсеместно сталкиваются садоводы-любители, является прививка. Суть ее в том, что стебель одного растения (привой) пересаживают на корень другого (подвой). В конце XIX в. этот метод помог спасти европейские сорта винограда Vitis vinifera от нашествия насекомого филлоксеры, повреждающего корни. Прививку осуществляли на североамериканский виноград Vitis labrusca, устойчивый к этому вредителю (Трошин, 1999). А в 2003 г. фермер из Орегона Р. Баур с помощью прививки получил настоящий «томак» (томат + табак), совсем как у Гомера из популярного американского мультсериала «Симпсоны». Пробы показали наличие в томаке никотина, правда, только в листьях, а не в плодах (Philipkoski, 2003).
Что же происходит с растением в результате прививки, если геномы подвоя и привоя не меняются? Во-первых, у подвоя могут увеличиваться или уменьшаться сила роста, размер плодов, сроки созревания. При этом новые признаки не передаются потомству в случае размножения семенами, так как не являются наследственными. Во-вторых, в результате использования прививки возможны «химерные» изменения, и в итоге привитое растение будет состоять из генетически разнородных клеток. Этот эффект также не наследуется. Его часто используют в декоративном цветоводстве и садоводстве для получения растений с мозаичной окраской листьев или соцветий.
В ходе прививки возможно и появление настоящих мутаций, спровоцированных специфическими веществами (этилметансульфонатом, этилимином и др.), которые поступают к привою от подвоя. Однако частота появления мутаций после прививок крайне низка. Неоспоримым преимуществом прививок является возможность размножать мутации, не передающиеся по наследству, а основным недостатком — большой объем исходного материала.
Прививка растений — это, безусловно, метод проверенный и безопасный. Но что произойдет, если в качестве подвоя использовать растение, перенесшее генетическую модификацию? Будет ли полученное растение ГМО? Оказывается, нет: согласно законам, плоды таких гибридов не входят в перечень ГМО, так как ДНК привоя остается неизмененной. Однако мы не можем быть уверены в том, что никакого обмена наследственной информацией между привоем и подвоем не происходит. К примеру, от корневища к привою могут перейти молекулы РНК, регулирующие работу генома, а это означает, что нельзя предсказать и уровень производства тех или иных белков в привитом растении.
Берем генетический разбег!
Но прививка — это далеко не единственный окольный путь для создания новых сортов с измененной активностью ДНК. Ускоренное скрещивание деревьев и кустарников (fast-track breeding) — это даже не метод, а целый комплекс методик, направленных на сокращение сроков получения новых сортов, что особенно важно для многолетних культур. Ведь цикл размножения деревьев с крупными плодами (например, ореха или сливы) может доходить до 10 лет и более (van Nocker, 2014). Это означает, что после посадки первого гибрида селекционер вынужден ждать 5–10 лет, пока тот вырастет и повзрослеет, чтобы продолжить работу. Если же необходимо провести несколько последовательных скрещиваний, выведение нового сорта дерева может занять и 30 лет. В современных условиях никто не готов столько ждать.
Чтобы максимально ускорить процесс, ученые давно поливают своих подопытных гормонами роста, выращивают их при высоких температурах и прибегают к другим уловкам, таким как ДНК-технологии. Среди безобидных можно отметить маркер-вспомогательный отбор, который заключается в анализе генома новых ростков или даже семян и отборе лучших гибридов задолго до того, как они превратятся во взрослые растения. Теперь растение уже не нужно обрабатывать патогеном, чтобы понять, насколько оно к нему устойчиво, достаточно найти нужный ген в семечке. Основной недостаток такой селекции — ее высокая стоимость, поскольку скрининг ДНК — вещь недешевая.
Чтобы растение быстрее повзрослело, селекционеры иногда хитрят. Например, искусственно активируют гены, отвечающие за запуск механизма размножения, после чего начинает цвести и приносить плоды совсем молодое растение. Иногда в геном дерева вводят дополнительные гены, которые ускоряют процессы цветения и плодоношения, и время ожидания первого цветения саженцев сокращается до 1 года. При сочетании методик ускоренного и возвратного (когда гибрид скрещивают с одним из родителей) скрещиваний ген быстрого цветения можно сначала ввести в исходный сорт, а на последнем этапе селекции удалить его путем скрещивания генетически измененного гибрида с родительским растением.
Ускоренное скрещивание осуществляют также путем прививания на ГМ-подвой. Секрет в этом случае кроется в генетически измененном корневище, в котором активно работают гены, отвечающие за цветение. В результате из корневища к листьям поступают специфические белки, запускающие механизм взросления, и привой начинает цвести.
Таким образом, современные методы прививки и ускоренного скрещивания растений за внешней традиционностью таят в себе много настоящих генетических секретов. В то же время ученые, сталкиваясь с общественным мнением и жестким регулированием распространения ГМО, все чаще пытаются избежать внесения изменений непосредственно в растительную ДНК. И здесь мы вплотную подходим к самой загадочной группе современных методов селекции.
Эпигенетика: чуть-чуть не считается
Одними из самых молодых и суперсовременных альтернатив для селекционеров стали подходы эпигенетики — науки о наследуемых механизмах управления экспрессией генов (Marjori, 2015). Как работает наш генетический код, общеизвестно, но вот тонкости его надстройки (эпи- означает ‘над’), своего рода «дирижера», управляющего работой генома, во многом остаются загадкой.
Начало производства белков в клетке регулируется множеством факторов. У клетки также имеются приемы, заставляющие «замолчать» тот или иной ген, чтобы предотвратить производство уже ненужного белка: это и разрушение еще незрелых молекул РНК, считанных с генетической «матрицы», и создание «механических» препятствий для самого считывания ДНК (Marjori, 2014). В общем, эпигенетических сигналов в клетке очень много, они не до конца изучены, однако некоторые из них уже используются для селекции растений, которые попадают к нам на стол каждый день.
Подавить работу генов в клетке можно с помощью природного механизма — РНК-зависимого ДНК-метилирования, суть которого состоит в присоединении метильной группы (СН3) к нуклеотиду цитозину, стоящему в определенном положении. В результате блокируется процесс считывания информации с ДНК на молекулу РНК (Zhang, 2013).
Метилирование ДНК у растений и животных осуществляется ферментами ДНК-метилтрансферазами. Сами по себе эти ферменты метилировать ДНК не могут: им нужны специальные некодирующие РНК, которые направляют метилтрансферазы к конкретным участкам ДНК. Более того, считается, что в метилировании ДНК участвуют еще два вида РНК: малые интерферирующие РНК и микроРНК. Все вместе эти молекулы и определяют, какой именно участок ДНК цепи нужно метилировать. Сегодня такие РНК можно ввести в растение с помощью разных методик, например, посредством вирусов растений или с помощью техник генной инженерии (Deng, 2014).
Интересно, что если ученый изменяет признак растения с помощью ДНК-метилирования и при этом не вносит в геном никаких мутаций, то такое растение не считается ГМО. Если же некодирующие РНК не вводятся извне, а производятся самим растением благодаря геномному редактированию, то оно уже относится к генно-модифицированному.
Но и тут можно схитрить. Дело в том, что у растений метилирование определенных областей ДНК может наследоваться, т. е. передаваться от родителей к следующим поколениям (Jones, 2001). Благодаря ряду скрещиваний ГМ-растения с его природной формой можно получить гибрид, у которого нет измененной ДНК, но метилирование сохраняется. Такой гибрид уже не будет считаться генетически модифицированным.
Насколько метилирование безопасно? Достаточно, ведь метильные группы присоединяются к ДНК совсем не в случайных местах. Поэтому, в отличие от традиционных методов селекции, результаты такого воздействия предсказуемы: мы можем заранее выбрать ген, кодирующий определенный белок, и просто заставить его замолчать. Но делать это нужно аккуратно, так как механизмы метилирования ДНК довольно сложны. Иначе в результате мы можем получить растение, подверженное болезням или преждевременному старению.
Иногда ДНК-метилирование, наоборот, является обязательным условием для начала работы гена. Ученые и это научились использовать: с помощью изменения метилирования ДНК можно увеличить активность генов, отвечающих за производство растением запасных белков. Например, регулируя метилирование, можно повысить содержание белков в зерне пшеницы, а путем обработки риса ингибитором метилирования (5-азацитидином) — получить растения с наследуемым признаком карликовости (Ванюшин, 2013).
Молчание РНК как заслон от аллергии
Успешное считывание гена на матричную РНК вовсе не означает, что кодируемый им белок будет построен: эта мРНК может быть разрушена в цитоплазме клетки. Такое явление, названное посттранскрипционным молчанием, часто наблюдается при внесении дополнительных генов в ДНК растений. Впервые оно было описано еще в 1990 г., когда при введении в геном петунии дополнительных копий гена, отвечающего за красную окраску цветков, количество красного пигмента не только не возросло, но и значительно снизилось (Napoli et al., 1990).
Механизм «замолкания РНК» снижает эффективность работы генных инженеров. С другой стороны, его можно использовать для создания растений, устойчивых к растительным вирусам, так как он может способствовать разрушению не только их собственных матричных РНК, но и соответствующих РНК вирусов, которым удалось проникнуть в клетки растений.
Судя по всему, механизмов посттранскрипционного молчания существует несколько, и ученые пока не вполне понимают, как они работают и как связаны между собой, белые пятна в этой области только начинают заполняться (Плотников, 2007). Есть предположение, что отдельные молекулы мРНК активно деградируют при достижении определенного порога своей численности (Abler, 1996). Другая теория основана на изменениях в регуляции работы генома, связанных с метилированием ДНК, в результате чего среди нормальных РНК синтезируется некоторое количество «ненормальных», которые и запускают распад мРНК в цитоплазме (Hoofvan, 1997).
Одним из хорошо описанных механизмов посттранскрипционного молчания является РНК-интерференция. Этот метод базируется на способности молекул двухцепочечных РНК эффективно подавлять активность сходных с ними по строению генов. В последние годы РНК-интерференцию используют в прикладных исследованиях, направленных на получение нокаутных (содержащих «молчащие» гены) клеток, тканей и организмов. Ведь если грамотно использовать этот механизм, то теоретически можно «выключить» в клетке производство любого белка.
Среди успешных примеров применения этого метода — получение двух сортов кофейного дерева, содержащих в плодах пониженный на 30–50% алкалоид кофеина. Схожий эксперимент был проведен и с табаком с целью понизить в растении содержание никотина (Рябушкина, 2009).
Другая возможность использования этого подхода — подавление синтеза аллергенов. И это уже не сказка: генетикам из испанского Института сельского хозяйства в Кордове почти полностью удалось освободить зерна пшеницы от глиадина — одного из составляющих глютена. Именно из-за глиадина группа запасающих белков пшеницы вызывает у многих людей иммунную реакцию. Правда, и без использования системы редактирования генома CRISPR/Cas9 тут не обошлось (Sanchez-Leon et al., 2017).
Конечно, в этом направлении ученым еще работать и работать, но уже есть надежда, что совсем скоро можно будет смело есть арахисовое масло без боязни умереть от анафилактического шока! Важно отметить, что подобное вмешательство генной инженерии в метаболизм растений отличается от традиционного: в геном не встраивается чужеродный ген, а значит, не происходит и синтеза чужеродного белка. Из-за этого РНК-интерференцию можно назвать генным вмешательством со сниженным экологическим риском. Более того, даже формально такое вмешательство не несет на себе печати «ГМО».
Каков же итог нашей экскурсии по современным методам селекции? Шанс сделать выбор в пользу «натуральных» злаков, овощей и фруктов мы давно упустили. Прогресс, в том числе и в создании новых видов растений, остановить невозможно, но осознавать и правильно оценивать риски распространения и употребления генетически модифицированных продуктов необходимо.
Сегодня, когда общество проявляет большую озабоченность безопасностью пищевых продуктов, селекционеры находятся в ситуации, вынуждающей их использовать альтернативные пути получения новых сортов растений. В силу тех или иных причин эти методы не относятся к запрещенным, но в ряде случаев являются не менее рискованными, чем традиционные методики получения ГМО.
Также не стоит забывать, что грамотный подход к селекции растений с использованием техник редактирования генома позволяет минимизировать использование пестицидов и удобрений — что это означает для экологии, нет нужды объяснять. В любом случае, какие продукты мы будем есть завтра, в огромной степени зависит уже не от природы, а от нас самих.
Публикация подготовлена на основе статьи, которая участвовала в научно-популярном конкурсе «Био/мол/текст»-2017 портала «Биомолекула».
Литература
1. Закиян С. М., Власов В. В., Медведев С. П. «Редакторы геномов»: от «цинковых пальцев» до CRISPR // Наука из первых рук. 2014. Т. 56. № 2. С. 44–53.
2. Шумный В. К. Природа была первым генным инженером // Наука из первых рук. 2004. Т. 2. № 3. С. 32–39.
3. Cong L., Ran F. A., Cox D. et al. Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems // Science. 2013. V. 339. P. 819–823.
4. From plant to crop: the past, present and future of plant breeding. 2016. VIB’s fact series, 44 p.
5. Philp J. C., Ritchie R. J., Allan J. E. Synthetic biology, the bioeconomy, and a societal quandary // Trends in Biotechnology. 2013. V. 31. P. 269–272.
6. Moghaddassi S., Eyestone W., Bishop C. E. TALEN-Mediated Modification of the Bovine Genome for Large-Scale Production of Human Serum Albumin // PLoS One. 2014, 9, e89631.
7. Matzke M. A., Kanno T., Matzke A. J. M. RNA-Directed DNA Methylation: The Evolution of a Complex Epigenetic Pathway in Flowering Plants // Annu. Rev. Plant Biol. 2015. V. 66. P. 243–267.
Расшифровка ГМО — что это такое. Вред или польза, список генетически модифицированных продуктов
Закрыть- Болезни
- Инфекционные и паразитарные болезни
- Новообразования
- Болезни крови и кроветворных органов
- Болезни эндокринной системы
- Психические расстройства
- Болезни нервной системы
- Болезни глаза
- Болезни уха
- Болезни системы кровообращения
- Болезни органов дыхания
- Болезни органов пищеварения
- Болезни кожи
- Болезни костно-мышечной системы
- Болезни мочеполовой системы
- Беременность и роды
- Болезни плода и новорожденного
- Врожденные аномалии (пороки развития)
- Травмы и отравления
- Симптомы
- Системы кровообращения и дыхания
- Система пищеварения и брюшная полость
- Кожа и подкожная клетчатка
- Нервная и костно-мышечная системы
- Мочевая система
- Восприятие и поведение
- Речь и голос
- Общие симптомы и признаки
- Отклонения от нормы
- Диеты
- Снижение веса
- Лечебные
- Быстрые
- Для красоты и здоровья
- Разгрузочные дни
- От профессионалов
- Монодиеты
- Звездные
- На кашах
- Овощные
- Детокс-диеты
- Фруктовые
- Модные
- Для мужчин
- Набор веса
- Вегетарианство
- Национальные
- Лекарства
- Антибиотики
- Антисептики
- Биологически активные добавки
- Витамины
- Гинекологические
- Гормональные
- Дерматологические
- Диабетические
- Для глаз
- Для крови
- Для нервной системы
- Для печени
- Для повышения потенции
- Для полости рта
- Для похудения
- Для суставов
- Для ушей
- Желудочно-кишечные
- Кардиологические
- Контрацептивы
- Мочегонные
- Обезболивающие
- От аллергии
- От кашля
- От насморка
- Повышение иммунитета
- Противовирусные
- Противогрибковые
- Противомикробные
- Противоопухолевые
- Противопаразитарные
- Противопростудные
- Сердечно-сосудистые
- Урологические
- Другие лекарства
- Врачи
- Клиники
- Справочник
- Аллергология
- Анализы и диагностика
- Беременность
- Витамины
- Вредные привычки
- Геронтология (Старение)
- Дерматология
- Дети
- Женское здоровье
- Инфекция
- Контрацепция
- Косметология
- Народная медицина
- Обзоры заболеваний
- Обзоры лекарств
- Ортопедия и травматология
- Питание
- Пластическая хирургия
- Процедуры и операции
- Психология
- Роды и послеродовый период
- Сексология
- Стоматология
- Травы и продукты
- Трихология
- Другие статьи
- Словарь терминов
- [А] Абазия .. Ацидоз
- [Б] Базофилы .. Булимия
- [В] Вазектомия .. Выкидыш
- [Г] Галлюциногены .. Грязи лечебные
- [Д] Дарсонвализация .. Дофамин
- [Е] Еюноскопия
- [Ж] Железы .. Жиры
- [З] Заместительная гормональная терапия
- [И] Игольный тест .. Искусственная кома
- [К] Каверна .. Кумарин
- [Л] Лапароскоп .. Лучевая терапия
- [М] Магнитотерапия .. Мутация
- [Н] Наркоз .. Нистагм
- [О] Общий анализ крови .. Отек
- [П] Паллиативная помощь .. Пульс
- [Р] Реабилитация .. Родинка (невус)
- [С] Секретин .. Сыворотка крови
- [Т]
Исследования безопасности генетически модифицированных организмов — Википедия
Исследование безопасности ГМО является важной частью программы исследовательских и технологических разработок в прикладной молекулярной биологии.
В настоящее время специалистами установлено, что доступные на рынке генетически модифицированные организмы безопасны[1]. Как отмечается в докладе Генерального Директората Европейской комиссии по науке и информации[2]:
Главный вывод, вытекающий из усилий более чем 130 научно-исследовательских проектов, охватывающих 25 лет исследований и проведённых с участием более чем 500 независимых исследовательских групп, состоит в том, что биотехнологии и, в частности, ГМО как таковые не более опасны, чем, например, традиционные технологии селекции растений.
Исследования безопасности ГМО[править | править код]
Оппоненты ускоренного внедрения ГМО утверждают, что отрицательные эффекты на здоровье человека могут проявиться не сразу и иметь необратимый характер[3]. Однако, как отмечают учёные, миллионы людей во всем мире употребляют ГМ-продукты уже более 15 лет и никаких побочных эффектов этого до сих пор не известно[4].
Влияние продуктов питания, содержащих ГМО, на другие организмы неоднократно становилось объектом исследования как в лабораториях компаний, производящих ГМО (Монсанто и др.), так и независимых исследователей[5].
Подавляющее большинство исследований подтвердило безопасность ГМО[6][2].
Абсолютно все трансгенные сорта растений перед выходом на рынок проходят тщательную проверку на безопасность для человека и окружающей среды. Это приводит к тому, что стоимость разработки и вывода на рынок нового трансгенного растения-продукта чрезвычайно высока (от 50 до 200 млн долларов). Ряд исследователей отмечают парадоксальность сложившейся ситуации, когда генетически модифицированные сорта проходят многоступенчатую всестороннюю проверку безопасности, а сорта, полученные с помощью селекции, не проверяются никак[7]. Тем не менее, основной аргумент противников ГМ-организмов заключается в том, что прошло ещё недостаточно времени для того, чтобы можно было сделать окончательные выводы об их безопасности, и не исключено, что негативные последствия скажутся на будущих поколениях. Между тем, на модельных организмах с быстрой сменой поколений (мыши, крысы) отдалённых негативных генетических последствий не выявлено[8][9].
Продолжительный опыт использования организмов, полученных с помощью биотехнологии[править | править код]
Все сорта растений и породы животных, используемые в сельском хозяйстве — продукт вмешательства человека в геном. Многие межвидовые гибриды используются человечеством столетиями (например, мулы). До XX века селекционерам приходилось ждать того момента, когда случайное изменение того или иного гена, либо случайное сочетание генов даст полезное в сельском хозяйстве свойство. В начале XX века появились методы, благодаря которым этот процесс стало возможно ускорить (искусственное получение большого количества случайных мутаций, например, с помощью облучения радиацией или действием химических мутагенов). Современные методы получения генетически модифицированных организмов отличаются лишь тем, что изменения генома целенаправлены. Соответственно, использование генетически модифицированных организмов не опаснее, чем использование немодифицированных сортов растений и пород животных[7].
Спорные исследования[править | править код]
В незначительной части исследований, в том числе и из России, утверждается, что употребление в пищу ГМО имеет негативные последствия. Эти исследования получили широкий общественный резонанс и были подвергнуты серьёзной критике независимыми учёными в связи с наличием в них методологических, статистических и других ошибок.
Так, общественный резонанс и дискуссии вызвали опыты д.б.н. Ирины Ермаковой, сотрудника Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, которая ещё до начала самостоятельных опытов с ГМО выступала с публичными призывами к «остановке трансгенизации страны». В ходе опытов, по утверждению автора, у подопытных животных, употреблявших ГМ-корм, наблюдался ряд патологических изменений[10][11]. Научное сообщество подвергло критике работы Ермаковой за нарушения в организации эксперимента и некорректную обработку полученных данных.[12] Результаты Ермаковой не подтвердились в независимых экспериментах[13].
В августе 1998 года британский специалист по белкам Арпад Пустай, проводивший исследование токсичности картофеля с геном лектина подснежника, встроенного для устойчивости к вредителям, выступил на телевидении с заявлением о том, что у крыс, питавшихся картофелем, наблюдались отклонения в росте, нарушения функции органов и подавление иммунной системы, и сделал вывод об опасности трансгенной пищи. Заявление вызвало большой резонанс и подверглось сильной критике за неподобающую подготовку и выполнение опытов, статистическую недостоверность и недостаток необходимого наблюдения. Институт Роуэтта, в котором работал Арпад, отказался продлевать его ежегодный контракт и запретил публичные выступления [14]. В октябре 1999 года на публикацию статьи Арпада решился британский журнал The Lancet. В ней уже не содержалось громких заявлений, что длительное кормление крыс трансгенным картофелем вызывает изменения в слизистой пищеварительного тракта[15]. В ноябре того же года журнал опубликовал критические рецензии на статью, в которых указывалось, что результаты опытов недостоверны, поскольку рацион обеих групп крыс, кормившихся трансгенным и обычным картофелем, не был одинаков по количеству белка в нём, а изменения в слизистой могли быть вызваны переходом на нетипичный для крыс рацион, так как замеров подобных изменений у контрольной группы не проводилось[16][17][18].
В 2007, 2009 и 2011 годах Жак-Эрик Сералини опубликовал статьи, в которых описывались систематические патологические изменения функций печени и почек у мышей, питавшихся тремя исследовавшимися сортами генетически модифицированной кукурузы в течение девяноста дней[19][20][21]. Данные, полученные Сералини, были проверены Европейским агентством по безопасности продуктов питания (EFSA), специалисты которого пришли к выводу, что в действительности небольшие различия между экспериментальными и контрольными группами находились в пределах нормы[22], а также что статистические методы, применявшиеся в работах Сералини, использовались некорректно[23][24]. Выводы сделанные специалистами EFSA были поддержаны Организацией пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии[25] и французским Высшим советом по биотехнологиям[26]. Развернутая критика работ Сералини была опубликована также компанией Monsanto.[27]
В 2012 году Сералини опубликовал в журнале «Food and Chemical Toxicology» статью, в которой приводились результаты исследований долгосрочного влияния питания ГМ-кукурузой, устойчивой к раундапу, на крыс. В статье утверждалось, что крысы, которые питались ГМ-кукурузой, чаще были подвержены заболеванию раком[28]. Публикация вызвала очень серьёзную критику. Перед публикацией Сералини созвал пресс-конференцию, при этом журналисты получали доступ только при условии подписания соглашения о конфиденциальности и не могли включить отзывы других учёных в свои статьи[29]. Это вызвало резкую критику как со стороны учёных, так и со стороны журналистов, поскольку исключало возможность критических комментариев в журналистских публикациях, сообщавших об этом исследовании[30][31][32][33]. Критиковались также и методы исследований. Специалисты отмечали, что крысы линии Спраг Доули не подходят для подобных длительных исследований, поскольку даже в норме имеют почти 80-процентную заболеваемость раком[34][35]. серьёзные вопросы также вызвали методы статистической обработки результатов[36][37] и отсутствие данных о количестве пищи, которой кормили крыс, и их темпов роста[38][39]. Также специалистами было отмечено отсутствие зависимости доза-эффект[40] и не определенные механизмы развития опухолей[41]. Шесть французских национальных академий наук выпустили совместное заявление, критикующее исследование и журнал, опубликовавший его[42]. Журнал «Food and Chemical Toxicology» опубликовал 17 писем от учёных, которые критиковали работу Сералини. Результатом критики стало то, что в ноябре 2013 года журнал отозвал публикацию статьи Сералини[43].
14 января 2016 года в журнале Critical Reviews in Biotechnology опубликован обзор[44]Александра Панчина и Александра Тужикова из ИППИ РАН, посвящённый шести известным публикациям, в которых были получены выводы о том, что генетически модифицированные (ГМ) растения могут оказывать негативный эффект на организм, который их «ест». Во всех этих статьях биологи нашли существенные ошибки в статистической обработке результатов. В самой нашумевшей работе «о вреде ГМ растений» статистический анализ не делался вовсе. В остальных работах ошибка заключалась в отсутствии или некорректном применении так называемой «поправки на множественные сравнения». Некоторые из этих публикаций повлияли на важные политические решения, например, приводили к временным запретам на импорт некоторых ГМ-растений[45].
Технологические меры для защиты от гибридизации[править | править код]
Распространённость горизонтального переноса генов в природе[править | править код]
Ti плазмида A. tumefaciens — природное средство модификации геномаВ природе широко распространён горизонтальный перенос генов, в ходе которого виды естественным образом обмениваются генетическим материалом (иногда значительными фрагментами геномов)[46].
Кроме этого, существуют паразитические организмы (например, Agrobacterium tumefaciens), целенаправленно модифицирующие геном своих хозяев.
Таким образом, генная модификация организмов не является чем-нибудь «противоестественным», масштабы деятельности человека в этом направлении ничтожны по сравнению с аналогичными процессами, происходящими в природе[47]. Сторонники данной точки зрения отмечают, что «никто не беспокоится о том, что пшеница, которую для повышения продуктивности мы отбирали столетия, вдруг смешается с дикими формами, или что породы молочных коров, дающие в 20 раз больше молока, размножатся и „испортят“ диких коров»[48].
Некоторые исследователи (Э. Уилсон) говорят о том, что использование генетически модифицированных организмов существенно улучшит экологическую ситуацию и поможет решить проблему уменьшения биологического разнообразия[49] (через повышение эффективности использования уже освоенных территорий, отказ от пестицидов и т. п.).
Вытеснение естественных видов и распространение гибридов с ГМО[править | править код]
Поскольку генетическая модификация организмов зачастую направлена на повышение жизнеспособности растений в определённых условиях, существует мнение, что одичавшие генетически модифицированные организмы могут вытеснить дикие популяции соответствующих видов в их естественных экологических нишах, то есть выступать в роли инвазивных видов. В то время как большинство признаков ГМО дают преимущество только в условиях искусственных экосистем, в которых они культивируются (например, устойчивость к гербицидам у растений), другие признаки (например, устойчивость к насекомым-вредителям) могут давать генетически модифицированным растениям преимущество в диких условиях.
Также, помимо распространения самих ГМО, они могут образовывать гибриды с дикими организмами и представителями близкородственных видов, распространяя введённые гены в дикой популяции. Кроме того, перенос генов между различными видами может происходить в результате переноса бактериями или вирусами.
В настоящее время ряд исследовательских проектов, например «TransContainer»[50], направлены на разработку способов ограничения распространения трансгенов в диких популяциях.
Оценка безопасности и требования к ГМО в различных странах[править | править код]
Страны, в которых разрешено использование ГМ-продуктовМеждународные организации[править | править код]
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН признала потенциальные преимущества сельского хозяйства, основанного на использовании ГМ-продуктов, для беднейших регионов планеты.[51] В соответствии с заключением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), «ГМ продукты питания, имеющиеся в настоящее время (2005 год) на международном рынке, прошли процедуру оценки риска и вероятность того, что они ассоциированы с большим риском для здоровья человека, чем традиционные аналоги, незначительна»[52][53][54]. По мнению ВТО, запрещение ГМ-продуктов в ряде стран не имеет под собой научной основы и обусловлено протекционистскими целями[55].
США[править | править код]
По данным от 2000 года, 50-60 % всего кормового зерна в США генномодифицированы[47]. В США (а также в Канаде) маркировка на продуктах об использовании ГМО не является обязательной.[56]
Американская федеральная администрация по контролю за лекарственными средствами и продуктами питания (FDA) разрешила использовать трансгенных животных, в том числе и для медицинских нужд[57].
Евросоюз[править | править код]
В соответствии с заключением Европейского управления по безопасности продуктов питания, употребление в пищу мяса и молока генетически модифицированных животных безвредно[58].
Однако, часть европейских стран пошла по пути отказа от генетически модифицированных организмов. Так, например, Австрия является страной, полностью свободной от ГМО; помимо введённых национальных запретов на выращивание трансгенных культур, все 9 федеральных земель этой страны объявили себя свободными от ГМО[59]. Аналогичный закон принят в Греции[60], а также в Польше и Швейцарии[61]. В некоторых провинциях Испании и других европейских стран также существуют районы, провозглашенные «зонами, свободными от ГМО»[61][62].
Иногда законы о запрете ГМО принимались вопреки мнению специалистов об их безопасности[63].
Директивами N 1830/2003 и N 1829/2003 установлено, что маркировка не требуется при содержании ГМО не выше 0.9%.[64][65][66]
Австралия и Новая Зеландия[править | править код]
В Австралии и Новой Зеландии имеется несколько «зон, свободных от ГМО», но на федеральном уровне производство ГМ-культур разрешено и полученные из них продукты не маркируются[67].
Китай[править | править код]
Индия[править | править код]
В Индии официально разрешено выращивать ГМ-культуры[68].
Российская Федерация[править | править код]
В России прошли проверку и одобрены Роспотребнадзором несколько сортов растений, полученных с использованием генной инженерии, в частности продукция компаний «Monsanto Company» и «Bayer CropScience AG». По данным Роспотребнадзора 2008 года, доля ГМ-продуктов на российском рынке составляет менее одного процента[56].
В обязательном порядке должна быть представлена информация о наличии в продуктах питания компонентов, полученных с применением ГМО, если содержание указанных организмов в таком компоненте составляет более 0,9 %[69], так как при содержании компонентов ГМО на уровне 0,9 % или ниже они расцениваются как «случайная или технически неустранимая примесь» (СанПиН 2.3.2.2227-07 «Дополнения и изменения № 5 к СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»)[70][71].
До 2014 года в России ГМО можно было выращивать только на опытных участках, был разрешён ввоз некоторых сортов (не семян) кукурузы, картофеля, сои, риса и сахарной свёклы (всего 22 линии растений). С 1 июля 2014 г. вступает в силу Постановление Правительства Российской Федерации от 23 сентября 2013 г. № 839 «О государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов, предназначенных для выпуска в окружающую среду, а также продукции, полученной с применением таких организмов или содержащей такие организмы», которым разрешено сеять генно-модифицированные зерновые[72][73]. В июне 2014 года Правительство РФ приняло постановление № 548, которое предусматривает перенос срока вступления в силу постановления № 839 на три года, то есть на 1 июля 2017 года[74][75].
24 июня 2016 года Государственная Дума РФ приняла в третьем чтении федеральный закон «О внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ в части совершенствования государственного регулирования в области генно-инженерной деятельности». Закон запрещает ввоз на территорию РФ и использование семян растений, генетическая программа которых изменена с использованием методов генной инженерии и которые содержат генно-инженерный материал, внесение которого не может являться результатом природных процессов. При этом закон не касается семян при проведении экспертиз и научно-исследовательских работ[76]. Этот закон вступил в силу 4 июля 2016 года[77].
- ↑ «Современная биотехнология производства продуктов питания, здоровье и развитие человека: исследование на основе фактов», ВОЗ
- ↑ 1 2 European Commission Directorate-General for Research and Innovation; Directorate E — Biotechnologies, Agriculture, Food; Unit E2 — Biotechnologies (2010)
- ↑ Кузнецов В. В., Куликов А. М. Генетически модифицированные организмы и полученные из них продукты: реальные и потенциальные риски // Российский химический журнал. — 2005. — Т. XLIX, № 4. — С. 70—83. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Key S, Ma JK, Drake PM. Genetically modified plants and human health // J R Soc Med. — 2008. — Т. 101, № 6. — С. 290—298.
- ↑ Toxicologists Label GM Foods Safe (англ.). extoxnet.orst.edu (15 April 2002). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ GMO Pundit a.k.a. David Tribe: 300 published safety assessments on GM foods and feeds
- ↑ 1 2 Conventional crop breeding may be more harmful than GM (англ.). newscientist.com. Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Denise G. Brake, Donald P. Evenson. «A generational study of glyphosate-tolerant soybeans on mouse fetal, postnatal, pubertal and adult testicular development» Brake, Evenson, South Dakota State University, 2004. (англ.) (.pdf). Food and Chemical Toxicology (4 August 2003). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ «Хроническое употребление трансгенной сои, устойчивой к глифосату, не влияет на здоровье крыс.» (рус.). Gmo.Ru (16 февраля 2008). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Ermakova I. Influence of genetically modified soya on the birth-weight and survival of rat pups // Proceedings «Epigenetics, Transgenic Plants and Risk Assessment». — 2006. — С. 41—48. Архивировано 24 марта 2013 года. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Результат научного эксперимента: новорождённые крысята умирают от ГМ-сои (рус.). Biosafety.ru — Альянс СНГ «За Биобезопасность». Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Генно-модифицированная соя и безопасность для здоровья (англ.) // Nature Biotechnology. — Nature Publishing Group, 2007. — No. 25(9). Архивировано 8 июня 2010 года. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Известия. Ру: Франкенштейн отменяется
- ↑ Randerson J. (2008). Arpad Pusztai: Biological divide. The Guardian.
- ↑ Ewen S.M., Pusztai A. Effects of diets containing genetically modified potatoes expressing lectin on rat small intestine (англ.) // The Lancet. — Elsevier, 1999. — Vol. 353. — P. 1353—1354. (Проверено 30 мая 2010)
- ↑ Allan Mowat. GM food debate (англ.). — The Lancet, 13 November 1999. — Vol. 354, iss. 9191. — P. 1725. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Carl B Feldbaum. GM food debate (англ.). — The Lancet, 13 November 1999. — Vol. 354, iss. 9191. — P. 1729. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Anthony J FitzGerald, Robert A Goodlad, Nicholas A Wright. GM food debate (англ.). — The Lancet, 13 November 1999. — Vol. 354, iss. 9191. — P. 1725 — 1726. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Séralini G. E., Cellier D., de Vendomois J. S. New analysis of a rat feeding study with a genetically modified maize reveals signs of hepatorenal toxicity (англ.) // Arch. Environ. Contam. Toxicol. (англ.)русск. : journal. — 2007. — May (vol. 52, no. 4). — P. 596—602. — DOI:10.1007/s00244-006-0149-5. — PMID 17356802.
- ↑ de Vendômois JS, Roullier F, Cellier D, Séralini GE. (2009) A comparison of the effects of three GM corn varieties on mammalian health. Int J Biol Sci. 10;5(7):706-26.
- ↑ Seralini GE et al (2011) Genetically modified crops safety assessments: present limits and possible improvements Environmental Sciences Europe 23:10
- ↑ Statement of the Scientific Panel on Genetically Modified Organisms on the analysis of data from a 90-day rat feeding study with MON 863 maize アーカイブされたコピー (неопр.). Дата обращения 22 июля 2013. Архивировано 25 октября 2014 года.
- ↑ EFSA review of statistical analyses conducted for the assessment of the MON 863 90-day rat feeding study (англ.) // EFSA Journal : journal. — Vol. 5, no. 6. — DOI:10.2903/j.efsa.2007.19r.
- ↑ EFSA Minutes of the 55th Plenary Meeting of the Scientific Panel on Genetically Modified Organisms Held on 27–28 January 2010 IN Parma, Italy, Annex 1, Vendemois et al 2009 (неопр.). European Food Safety Authority report. Дата обращения 11 ноября 2010. Архивировано 21 марта 2013 года.
- ↑ FSANZ response to de Vendomois et al. (2009), A comparison of the Effects of Three GM Corn Varieties on Mammalian Health, Int. J. Biol. Sci. 5 (7): 706—726 Архивная копия от 29 марта 2011 на Wayback Machine
- ↑ Opinion relating to the deposition of 15 December 2009 by the Member of Parliament, François Grosdidier, as to the conclusions of the study entitled «A comparison of the effects of three GM corn varieties on mammalian health» (неопр.). English translation of French High Council of Biotechnologies Scientific Committee document. Дата обращения 11 ноября 2010. Архивировано 21 марта 2013 года.
- ↑ Monsanto Response: de Vendomois (Seralini) et al. 2009 Архивная копия от 10 апреля 2010 на Wayback Machine
- ↑ Séralini G. E., Clair E., Mesnage R., Gress S., Defarge N., Malatesta M., Hennequin D., de Vendômois J. S. Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-tolerant genetically modified maize (англ.) // Food Chem. Toxicol. (англ.)русск. : journal. — 2012. — September (vol. 50, no. 11). — P. 4221—4231. — DOI:10.1016/j.fct.2012.08.005. — PMID 22999595.
- ↑ Руслана Радчук. Мнимые угрозы ГМО // ТрВ № 116, c. 6
- ↑ Poison postures (англ.) // Nature. — 2012. — September (vol. 489, no. 7417). — P. 474. — DOI:10.1038/489474a. — PMID 23025010.
- ↑ Séralini, Gilles-Eric. Tous Cobayes !: OGM, pesticides et produits chimiques. — Editions Flammarion, 2012. — ISBN 9782081262362.
- ↑ Tous cobayes? (2012) — IMDb (неопр.). IMDB. IMDB.com. Архивировано 4 апреля 2013 года.
- ↑ Carl Zimmer on Discovery Magazine blog, The Loom. 21 September 2012 From Darwinius to GMOs: Journalists Should Not Let Themselves Be Played
- ↑ Mortality and In-Life Patterns in Sprague-Dawley (неопр.). Huntingdon Life Sciences. Дата обращения 26 октября 2012. Архивировано 4 апреля 2013 года.
- ↑ Sprague Dawley (неопр.). Harlan. Дата обращения 26 октября 2012. Архивировано 4 апреля 2013 года.
- ↑ UPDATE 3-Study on Monsanto GM corn concerns draws scepticism, Reuters (19 сентября 2012).
- ↑ Panchin AY Toxicity of Roundup-tolerant genetically modified maize is not supported by statistical tests//Food Chem Toxicol. 2013 Mar;53:475
- ↑ By Ben Hirschler and Kate Kelland. Reuters «Study on Monsanto GM corn concerns draws skepticism» 20 September 2012 [1]
- ↑ MacKenzie, Deborah (19 September 2012) Study linking GM crops and cancer questioned New Scientist. Retrieved 26 September 2012
- ↑ Elizabeth Finkel. GM corn and cancer: the Séralini affai (неопр.) (9 октября 2012). Архивировано 4 апреля 2013 года.
- ↑ Tim Carman for the Washington Post. Posted at 07:30 PM ET, 19 September 2012. French scientists question safety of GM corn [2]
- ↑ Avis des Académies nationales d’Agriculture, de Médecine, de Pharmacie, des Sciences, des Technologies, et Vétérinaire sur la publication récente de G.E. Séralini et al. sur la toxicité d’un OGM Communiqué de presse 19 octobre 2012 Архивировано 19 ноября 2012 года.
- ↑ Study linking GM maize to rat tumours is retracted
- ↑ Panchin A. Y., Tuzhikov A. I. Published GMO studies find no evidence of harm when corrected for multiple comparisons. (англ.) // Critical reviews in biotechnology. — 2016. — P. 1—5. — DOI:10.3109/07388551.2015.1130684. — PMID 26767435.
- ↑ Александр Панчин: «В работах „о вреде ГМО“ обнаружены множественные ошибки» (рус.) (пресс-релиз). Институт проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН (20 января 2016). Дата обращения 2 февраля 2016.
- ↑ Марков А. В. Горизонтальный перенос генов и эволюция (рус.) (13 ноября 2008). — Доклад в Институте Общей Генетики. Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ 1 2 M.Ridley. Genom. HarperCollins. New York, 1999
- ↑ Генетически модифицированные пищевые продукты: решение проблемы мирового голода (рус.). www.transhumanism-russia.ru — Российское трансгуманистическое движение. Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Томпсон М. Философия науки. Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР-ПРЕСС, 2003. — С. 281. — 304 с. (рус.) (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ TransContainer
- ↑ Truth About Trade & Technology. Modified Food’s Moment? (англ.) (недоступная ссылка — история ). truthabouttrade.org (25 February 2009). Дата обращения 5 сентября 2009. (недоступная ссылка)
- ↑ Всемирная организация здравоохранения. Современная биотехнология производства продуктов питания, здоровье и развитие человека: исследование на основе фактов. — 2005. — С. 37. (Проверено 5 сентября 2009)
- ↑ Биоэтика и законы : ВОЗ призывает не опасаться ГМО (рус.). Сbio.ru — Коммерческая биотехнология (24 июня 2005). Дата обращения 5 сентября 2009.
- ↑ Ольга Горелик. Оправдательный приговор — Экологи протестуют против оценок ВОЗ, признавшей трансгены безвредными для здоровья (рус.). www.newizv.ru — Новые известия (28 июня 2005). Дата обращения 5 сентября 2009.
- ↑ Fintan. WTO Rules Europe Must Accept GM Foods (англ.) (8 February 2006). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ 1 2 Александр Панчин. Война против ГМО будет проиграна (рус.). Новая газета (21 марта 2008). Дата обращения 5 сентября 2009. (недоступная ссылка)
- ↑ Ирина Власова. Американским пациентам сделают козу (рус.) (недоступная ссылка) (11 февраля 2009). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 7 августа 2012 года.
- ↑ Эксперты ЕС оправдали «генные» мясо и молоко (рус.) (12 января 2008). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Виктория Копейкина. Страны ЕС борются за право запрещать ГМО (рус.) (31 октября 2007). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Виктория Копейкина. Греция останется свободной от ГМО (рус.) (2 февраля 2006). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ 1 2 Виктория Копейкина. Зоны, свободные от ГМО в мире, основные принципы создания, современная ситуация (рус.) (6 января 2007). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Виктория Копейкина. В Испании может появиться новая зона, свободная от ГМО (рус.) (1 сентября 2008). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ French agency says Monsanto GMO maize safe: report (англ.) (11 February 2009). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ REGULATION (EC) No 1829/2003 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 22 September 2003 on genetically modified food and feed Архивировано 20 января 2014 года.: Section 2. Lablling. Article 12 Scope:»2. This Section shall not apply to foods containing material which contains, consists of or is produced from GMOs in a proportion no higher than 0,9 percent of the food ingredients considered individually or food consisting of a single ingredient, provided that this presence is adventitious or technically unavoidable.»
- ↑ REGULATION (EC) No 1830/2003 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL concerning the traceability and labelling of genetically modified organisms and the traceability of food and feed products produced from genetically modified organisms and amending Directive 2001/18/EC of 22 September 2003: Article 7 «Amendment of Directive 2001/18/EC»: «3. For products intended for direct processing, paragraph 1 shall not apply to traces of authorised GMOs in a proportion no higher than 0,9 % or lower thresholds establishedunder the provisions of Article 30(2), provided that thesetraces are adventitious or technically unavoidable.»
- ↑ Traceability and labelling of GMOs // Summaries of EU legislation: «GMO adventitious presence threshold: All food or feed products, including those intended directly for processing are subject to the labelling obligation when they consist, contain or are made from GMOs. Only traces of GMOs may be exempt from this obligation if they do not exceed the threshold of 0.9 % and if their presence is adventitious and technically unavoidable.»
- ↑ Виктория Копейкина. Позиция католиков разных стран по вопросам ГМО не совпадает (рус.) (1 марта 2007). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Генетически Модифицированные организмы > Дисквалификация, глобализация и ГМ хлопок (рус.) (28 декабря 2007). Дата обращения 5 сентября 2009. Архивировано 12 марта 2012 года.
- ↑ Закон РФ «О защите прав потребителей» [уточнить]
- ↑ Об итогах надзора за пищевыми продуктами, содержащими ГМО за 4 квартал 2012 года // РПН
- ↑ Россия ввела обязательную маркировку ГМ-продуктов // РБК, 2007
- ↑ Российское правительство разрешило регистрировать семена генно-модифицированных растений. Ведомости. 9 декабря 2013
- ↑ Постановление Правительства Российской Федерации от 23 сентября 2013 г. № 839 «О государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов, предназначенных для выпуска в окружающую среду, а также продукции, полученной с применением таких организмов или содержащей такие организмы»
- ↑ О переносе срока введения в действие государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов (неопр.). government.ru. Дата обращения 14 июня 2016.
Генетическая модификация -основное определение | ГМО обзор
Опубликовал: Alex | Дата: 13 октября, 2011Генетическая модификация (ГМ) – изменение генома живого организма с использованием технологии генной инженерии, путем внедрения одного или нескольких генов взятых у одного организма-донора другому. После такого внедрения (переноса) полученное растение уже будет называться генетически модифицированным, или же трансгенным. В отличие от традиционной селекции исходный геном растения при этом почти не затрагивается и растение получает новые признаки, которыми само оно до этого не обладало. К таким признакам (характеристикам, свойствам) можно отнести: устойчивость к различным факторам окружающей среды (к морозу, засухе, влаге и т.д.) к болезням, к насекомым-вредителям, улучшенные ростовые свойства, устойчивость к гербицидам, пестицидам. Наконец, ученые могут изменять пищевые свойства растений: вкус, аромат, калорийность, времени хранения. Используя генную инженерию можно повысить урожайность, что очень немаловажно, учитывая, что мировое население с каждым годом растет и увеличивается количество голодающих в развивающихся странах.
При традиционной селекции новый сорт можно получить только в пределах одного вида. Например, вывести совершенно новую разновидность риса, можно путем скрещивания разных сортов риса между собой. При этом получается гибридная комбинация, из которой затем селекционер отбирает только интересующие его формы.
Фото. Лабораторные исследования
Так как гибридизация осуществляется между отдельными растениями, практически невозможно вывести сорт, который бы обладал интересующими нас характеристиками, которые будут наследоваться следующими поколениями. Для решения подобной задачи требуется достаточно много времени. Если необходимо вывести новый сорт пшеницы и чтобы этот сорт приобрел некоторые признаки риса, то традиционная селекция тут бессильна. На помощь пришла генная инженерия, при ее использовании можно подопытному растению перенести определенные характеристики (свойства) и все это будет осуществляться на уровне ДНК, отдельных генов. Подобным способом, например, можно пшенице перенести ген морозоустойчивости.
Фото. Результат ГМО, ГМ
Метод генетической модификации позволяет, по-крайней мере теоретически, изолировать отдельные гены, которые ответственны за определенные свойства живых организмом и прививать их совершенно другим организмам, существенно укорачивая при этом срок создания нового вида. Именно поэтому многие селекционеры и ученые во всем мире используют эту технологию при выведении новых сортов. В настоящее время уже выведены устойчивые к пестицидам (гербицидам), насекомым-вредителям и болезням некоторые коммерческие сорта сельскохозяйственных культур. А также, получены сорта с улучшенными вкусовыми качествами, устойчивые к засухе и морозу.
Рекомендуемые статьи:
Инженерия против селекции: научная правда о ГМО — Технологии
Споры о вреде и пользе генной модификации организмов (ГМО) ведутся давно. Но уже сейчас генетики выводят коз, которые производят целебное молоко, и получают светящихся мышей для науки, опровергая мифы об ужасах ГМО. Почему ученые выступают за отмену запрета генной инженерии в России?
В 2013 году группа активистов «Россия без ГМО» создала петицию, под которой подписалось более 100 тысяч человек. Люди требовали запретить использование продуктов с ГМО на территории страны.
ГМО — организмы, чей генетический материал (ДНК) был изменен. Генетические изменения производятся в основном в научных целях. Генетическая модификация — целенаправленное изменение генотипа, в отличие от естественного и искусственного мутационного процесса.В июле 2016 года президент РФ подписал закон, запрещающий выращивать в стране растения и животных, генетическая программа которых изменена с использованием методов генной инженерии. Под исключения попали случаи, когда это делается при проведении экспертиз и научно-исследовательских работ.
При этом ввозить импортные продукты с ГМО из-за рубежа можно, если они не представляют вред для человека и окружающей среды. Перечень этих товаров регулируется Роспотребнадзором и Россельхознадзором.
Сейчас ученые работают над той областью, где использование генной модификации разрешено. Наука уже достигла впечатляющих результатов. Например, ученые вывели козу, заменяющую 90 тысяч доноров крови, и научились делать светящихся мышей для науки.
Гены меняли тысячелетиями
По мнению некоторых экспертов, контролируемая генная модификация не только безвредна, но и необходима для дальнейшего развития отечественной науки и сельского хозяйства.
Вице-президент Российского зернового союза Александр Корбут в 2017 году высказал мнение, что запрет на производство ГМО повторяет историю с травлей генетики в СССР. По его мнению, ГМО — не что иное, как ускоренная селекция. Это направление развивают во всем мире, за исключением разве что беднейших стран Африки, процитировала слова Корбута «Лента.ру».
Улучшением генетического набора животных и растений люди занимались на протяжении всей истории человечества, отметил заведующий лабораторией генетики развития Института генетики и цитологии (ИЦиГ) СО РАН Нариман Баттулин.Культура выбрасывать: как еда погубит человечество
«На протяжении тысяч лет человек, занимаясь земледелием, выращивая животных, вел неосознанный отбор. Среди всех видов отбирал те, которые ему необходимы. Например, если требуются животные, которые дают много молока, то в размножение пускали особей, обладающих именно этим признаком», — прокомментировал Sibnet.ru ученый.
Еще один наглядный пример — собаки, добавил Баттулин. Человек, приручая дикое животное, отбирал наименее агрессивных, неосознанно опираясь на признак дружелюбия у особи.
«У всех есть мутации, которые отличают потомство от родителей. Например, есть ген, который отвечает за нервную деятельность. Мутация, изменение в генах, приводит к тому, что рождается щенок менее агрессивный, чем его родители. Вот таких и отбирал человек для дальнейшего разведения потомства. Все это продолжалось на протяжении тысяч лет, и было неосознанным и ненаправленным», — пояснил ведущий научный сотрудник.
Отличие селекции от генной модификации
После появления генетики как науки люди не только разобрались, что такое ДНК, но и узнали про роль отдельных генов в развитии конкретных признаков организма. Ученые поняли, что им не нужно ждать случайной мутации гена в процессе селекции. Если конкретный ген отвечает за определенные свойства живого организма или растения, то можно изменить его и получить желаемое свойство организма.
ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:Особые клетки: когда появится лекарство от ВИЧ«По большому счету, генная модификация мало отличается от того, что люди делали раньше. Просто это стало эффективнее, быстрее и дешевле», — пояснил Баттулин.
Но ставить знак равенства между селекцией и генной модификацией нельзя. Именно из-за того, что при селекции изменения в геномах случайны, а изменения при генной модификации точно направлены, добавил ученый.
Например, если человек захочет получить определенный окрас шерсти у кошки, то теоретически он может не ждать, когда в процессе селекции и многократного скрещивания видов появится набор генов, меняющих окрас, а сразу изменить их и получить желаемый цвет шерсти.
Селекция или ГМО?
По словам ученого, генная модификация организмов не может подменить селекцию — последняя до сих пор очень эффективный инструмент для выведения новых сортов растений и видов животных. «При генной модификации мы можем изменить один участок, селекция позволяет вести улучшение по многим участкам», — объяснил Баттулин.Дозы радиации: где облучается городской житель
Так, если исследователи захотят получить «лёжкий» сорт помидоров, который способен без гниения преодолеть долгий путь от Аргентины до Сибири, то они будут использовать метод селекции.
Ученым нужно будет выбрать растения, которые приносят более стойкие к гниению плоды. А за этот признак отвечают сразу сотни генов. Далее растения скрестят, соберут «мозаику из генов», и получится требуемый сорт.
Генная модификация необходима в тех случаях, когда при помощи селекции нельзя получить нужный сорт растений или вид животных, потому что у организма изначально нет необходимых генов.
«Ген медузы может светиться в ультрафиолете. Это удобно для исследователей, материал очень хорошо видно в микроскоп. Сделать мышей для исследований, которые светятся в ультрафиолете, с помощью селекции нельзя, просто потому что у них нет «светящегося» гена. А с помощью генной модификации можно перенести ген от медузы к мышке, и мы решаем задачу со светящимися мышами», — сказал сотрудник ИЦиГ.
Как получить светящуюся мышь?
На практике кошек, конечно, никто не модифицирует с помощью генной инженерии. Более 99% генно-модифицированных животных в мире используются в исследовательских целях. «Если ученым нужно выяснить, как определенный ген связан с заболеванием, мы можем изменить его и посмотреть, что будет», — пояснил Баттулин.
Например, ген, отвечающий за появление сахарного диабета, у людей и мышей схож. Ученые «ломают» этот ген у мышек и испытывают препараты для лечения диабета на грызунах.
ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:Стать донором костного мозга: достаточно немного крови«С точки зрения этики тут все очень сложно, потому что любителей животных тоже много. Но использовать препараты с неизвестным эффектом и побочными действиями сразу (на людях) нельзя», — отметил специалист.
Ещё одно медицинское направление — трансгенные животные, которые производят… лекарства. Существует несколько примеров, когда в геном козы вносятся изменения, после которых животное начинает производить лечебное для человека молоко.
«Есть в мире несколько коз, которые производят белок антитромбин в молоке, необходимый для лечения анемии. Но это не значит, что люди пьют молоко и выздоравливают. Эти животные по сути — биореакторы, производящие молоко. Из него добывается белок, очищается и используется в изготовлении лекарственных препаратов», — уточнил Баттулин.
Антитромбин можно добывать из плазмы крови человека, но для этого необходимо огромное количество доноров. По некоторым оценкам, одна трансгенная коза заменяет 90 тысяч доноров.
«Никаких кошмаров»
Генетически модифицированных животных, мясо которых люди употребляют в пищу, в мире практически нет. К пище, которую ест человек, генный инженер не прикасался. Это касается и растений, подчеркнул Баттулин.Тувинские сенсации, или Исчезающая история скифов и хунну
И все же существуют некоторые исключения. Так, в США на аквафермах несколько лет назад приступили к выращиванию генетически модифицированного лосося. В генетический набор лосося добавили ген от другой рыбы для ускоренного роста. Это позволило ему достичь размера взрослой особи не за 36 месяцев, как задумала природа, а за 12.
А в Китае, по данным собеседника, разводят трансгенных прудовых рыб, и любую из них можно спокойно употреблять в пищу. Никаких кошмаров они для человеческого организма не несут.
«Даже если мы переносим ген от одного животного к другому, это никак не меняет суть для нашего организма. Это все равно, что съесть мясо двух животных одновременно, в желудке все переварится в «кирпичики ДНК» и будет использоваться как питательные вещества для организма», — пояснил Баттулин.
Есть ли перспективы у ГМО?
ГМО тщательно изучается на протяжении многих лет. На сегодняшний день, по словам ученого, существует больше 1 тысячи работ, в которых разные исследователи говорят о безопасности генной модификации. И все эти научные выводы основаны на многочисленных экспериментах.
«Например, две группы крыс кормили генно-модифицированной соей и обычной. На многих поколениях животных смотрели, отличаются ли они. Ни в одном надежно проведенном эксперименте не зафиксировали отличий у животных», — рассказал Батулин.
Он добавил, что ужасы о ГМО основаны также на научных экспериментах, но если внимательно смотреть, как их проводили, можно увидеть, что либо в самом эксперименте есть ошибки, либо в расчете данных.
«Страх у людей есть, и это правильно. Человек боится того, чего не понимает, К сожалению, не многие знают, как работают гены и как работает биология на уровне генетики», — отметил собеседник. А пока сильны страхи и неведение, резюмировал ученый, перспектив массового использования генной модификации в мире очень мало.