IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

Население нашей планеты на 1 января 2016 года составляет 7,3 миллиардов человек и стремительно продолжает расти. В наше время есть люди и более того этих людей очень много, их миллионы, которым не хватает воды и пищи. Это связано с проблемой влияния человечества на окружающую среду. Сюда относится загрязнения, выбросы отходов в окружающую среду, использование природных ресурсов, снижение плодородия почвы, её истощение и поэтому все важнее и важнее становится вопрос производства продуктов питания.

Мальтус (1766 – 1834) впервые высказал мысль о том, что при росте народонаселения будет увеличиваться дефицит сельскохозяйственных земель для производства продовольствия и сырья для товаров потребления. Это высказывание подтверждается в полной мере даже спустя 200 лет.

В ХХ веке потеряно по разным оценкам около 20 % плодородных земель от общего их количества. Площадь земной поверхности, которая необходима для обеспечения жизни одного человека в конце ХХ века составляла 17500 м². В настоящее время из-за деградации их площадь заметно сокращается – происходит биологическая деградация, опустынивание, смыв плодородного слоя, изъятие под хозяйственные нужды. С переходом на выращивание технических культур для производства метанола произойдет уменьшение посевных площадей на треть, где не будут выращиваться продовольственные культуры, что ещё больше усугубит положение с питанием населения.

Так же проводились широкие эпидемиологические исследования и мониторинг организованный Минздравом России, которые показали, что структура питания населения характеризуется снижением потребления наиболее ценных в биологическом отношении пищевых продуктов. Вследствие сложившейся структуры питания происходят нарушения пищевого статуса (дефицит белков, нехватка витаминов, макро- и микроэлементов). В международном научном сообществе существует понимание того, что в связи с ростом население Земли, которое к 2050 году должно достичь 9-11 млрд человек, необходимо удвоение и даже утроение мирового производства сельскохозяйственной продукции, что не возможно без применения трансгенных растений, создание которых многократно ускоряет процесс селекции культурных растений, увеличивает урожайность, удешевляет продукты питания, а также позволяет получить растения с такими свойствами, которые не могут быть получены традиционными методами.

1. ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ

Известно, что любые признаки, которыми обладает живое существо, определяются его генами. Набор признаков представляет собой длинную цепочку из отдельных генов, и каждое «звено» определяет только одно свойство (например, цвет плодов или устойчивость к заболеванию). Всю эту цепочку называют генотипом, или геномом.

Прежде селекция новых гибридов велась путем скрещивания различных «родительских» растений. При этом они обменивались генами друг друга, а их поколение получало новые свойства. Но этот процесс требовал больших затрат времени, поскольку обмен генами происходил в большей степени хаотично, и нельзя было заранее предсказать, будет ли полезен полученный результат.

С развитием высоких технологий в науке появилась возможность быстро изменять генотип растений путём искусственного введения нужных генов. Таким образом, у растения заранее программировались полезные свойства.

Новое направление в науке получило название «генная инженерия». А термины «трансгенные» или «геномодифицированные» относятся к растениям с изменёнными генами.

Генноинженерные методы позволяют создавать новые генотипы и, следовательно, новые формы растений гораздо быстрее, чем классические методы селекции. Кроме того, появляется возможность целенаправленного изменения генотипа.

Генная инженерия позволяет вводить в растения гены устойчивости к различным стрессовым факторам, фитопатогенам, гербицидам и пестицидам, гены скороспелости, фиксации азота. Возможно также и улучшение аминокислотного состава белков растений.

Расширение сельскохозяйственного производства и выращивание одной культуры на больших площадях привело к сильному распространению болезней и насекомых вредителей. Чтобы бороться с ними, учёные создали множество химических препаратов. Результатом этой борьбы стало то, что возбудители болезней и вредители приспособились к ядовитым веществам и стали более устойчивыми. Экология при этом сильно пострадала: погибли полезные насекомые и микроорганизмы, почва загрязнялась остатками химических соединений. Стало ясно, что борьба за урожай с помощью химических средств – это разрушительная война, в которой нет победителя.

Как уже было описано выше, можно ввести в генотип ген, который определяет выработку токсинов против вредителей. Можно убрать «лишний» ген у томатов и получить плоды, которые не гниют. И если добавить в огурец ген, который отвечает за выработку сахаров, то на нём вырастут сладкие зеленцы. Теоретически, это позволяет создать идеальные растения, которые не болеют, не повреждаются вредителями и дают прекрасный урожай.

Звучит фантастично. Но фактически такие растения давно существуют. Первое генетически модифицированное растение было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания. Трансгенные свежие томаты завоевали место на американском рынке в 1994 году, а томатная паста из них впервые появилась в британских магазинах в 1996 году. За истекший период генные модифицикации применены ко всем основным сельскохозяйственным культурам планеты, и посевы этих культур расширяются.

Выращивание трансгенных растений экономически выгодно. Из-за колорадского жука мы теряем миллиарды долларов ежегодно. Между тем, есть трансгенный картофель, защищенный от него. Альтернатива - ядохимикаты, но их часто применяют неграмотно.

2. СОЗДАНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Процесс получения трансгенных растений начинается с введения требуемых генов в недифференцированные клетки таким образом, чтобы они интегрировались в хромосомы. Введение чужеродных генов в клетки растений облегчается, если их клеточные стенки удаляют с помощью гидролитических ферментов - пектиназы и (или) целлюлазы, что приводит к образованию протопластов. Чужеродные гены, находящиеся в составе векторных плазмид, вводят в протопласты одним из стандартных способов с использованием эндоцитоза, или бомбардировки микрочастицами, нагруженными векторной ДНК. После этого протопласты в течение нескольких дней культивируют на питательной среде для восстановления клеточных стенок и образующиеся клетки-трансфектанты используют для регенерации целых растений.

Основным направлением применения трансгеноза для генетической модификации культурных растений является повышение их устойчивости к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, в частности вирусам и гербицидам. Метод получения трансгенных растений, устойчивых к вирусам, основан на введении в них трансгенов, экспрессирующих в клетках моноклональные антитела, направленные против вирусных белков. С использованием такого метода создали эффективную систему защиты растений от вируса морщинистой мозаики артишока (AMCV) .

Ранее было практически невозможно с помощью селекции создать растения с повышенным содержанием витаминов. Однако с развитием биохимии растений стало более ясным, какие метаболические пути являются критическими для биосинтеза витаминов. Например, для синтеза β-каротина (провитамина А) в растениях необходима фитоен-синтетаза. Ген фитоен-синтетазы из нарцисса ввели в эндосперм риса и таким образом был получен «золотой рис», который может помочь 2 млрд. человек, страдающих от дефицита витамина А, для которых рис – основная пища. Так же недавно были получены трансгенные растения земляники с повышенным синтезом L-аскорбиновой кислоты. Созданы растения сои с повышенным в пять раз содержанием витамина Е в семенах.

Конструирование трансгенных растений – продуцентов целевых белков.

Растения являются удобной, безопасной и экономически выгодной альтернативой для продукции различных белков, вакцин и антител по сравнению с системами экспрессии на основе микроорганизмов, культур животных клеток или трансгенных животных. За последние 20 лет множество ценных белков эффективно экпрессировано в растениях. Это белки человеческой сыворотки, регуляторы роста, антитела, вакцины, промышленные ферменты, биополимеры и реагенты для молекулярной биологии. Растительные системы имеют перспективы успешного использования для производства рекомбинантных белков в промышленном масштабе.

Рекомбинантные белки, экспрессируемые в растениях.

Первым фармацевтически значимым белком, экспрессированным в растениях табака и подсолнечника в 1986 г., явился человеческий гормон роста. С тех пор множество других ценных белков были синтезированы в самых различных растениях.

Среди разнообразия рекомбинантных белков, продуцируемых растениями есть белки, используемые в молекулярно-биологических исследованиях (авидин), молочные белки, используемые в качестве пищевых добавок (казеин) и белки-полимеры для медицинских и промышленных целей (коллаген и эластин). Ценные биологически активные пептиды можно получать, встраивая их в состав запасных белков семян. Так, последовательность ДНК, кодирующая пентапептидный нейрогормон животных лейэнкефалин была встроена в ген 2S альбумина запасного белка семян Arabidopsis thaliana. Экспрессия этого гена в трансформированных растениях рапса и арабидопсиса позволила получить их семена с высоким содержанием рекомбинантного белка. Целевой пептид легко выделялся из рекомбинантного белка с помощью специфического протеолитического расщепления.

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1. Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью

2. Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)

3. Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)

4. Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)

5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека)

Таким образом, создание трансгенных растений позволяет решить целый комплекс проблем, как агротехнических и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т.д. Кроме того, уходят в небытие пестициды и другие виды ядохимикатов, которые нарушали естественный баланс в локальных экосистемах и наносили невосполнимый ущерб окружающей среде.

3. ОТЛИЧИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ ОТ НАТУРАЛЬНЫХ

Выяснить, содержит ли продукт измененный ген, можно только с помощью сложных лабораторных исследований. В 2002 году минздрав России ввел обязательную маркировку продуктов, содержащих более пяти процентов генетически модифицированного источника. Реально ее нет практически никогда. Результаты проверок показали, что только в Москве в 37,8 процента случаев пищевые продукты, содержащие генетически модифицированное сырье, не имеют соответствующей маркировки, и это очень высокий показатель. Чтобы получить право на ввоз, производство и реализацию продукции, содержащей генетически модифицированные источники, нужно пройти государственную гигиеническую экспертизу и регистрацию. Процедура платная для предприятия. Не многие готовы тратить на это дополнительные средства. Или считают, что подобное указание на этикетке отпугнет покупателей. На самом деле обязательная маркировка не означает, что данный продукт вреден для здоровья, считает генеральный директор национального фонда защиты потребителей А. Калинин: "Ее нужно рассматривать только как дополнительную информацию для покупателя, а не как предупреждение об опасности. К настоящему времени у нас в стране прошли все проверки и зарегистрированы десять видов генетически модифицированной растениеводческой продукции. Это два вида сои, пять видов кукурузы, два сорта картофеля, сорт сахарной свеклы и сахар, полученный из нее". Для идентификации продуктов, полученных из ГМИ лабораторным путем, необходимо приобретение оборудования для ПЦР-диагностики. Контроль за ГМИ осуществляется на организационном уровне: проводятся рейдовые проверки, проверяются сертификаты безопасности, регистрационные удостоверения о безопасности продукции и т.д. Так что даже специалист, не имея под рукой профессиональных инструментов или даже целой лаборатории, не скажет вам с уверенностью - есть на вашем столе трансгенные продукты или нет. На Западе на прилавках уже давно и открыто лежат генетически измененные продукты. На этикетках появились даже специальные наклейки, чтобы человек знал, что покупает. У нас наклеек нет, но продукты, как уверяют экологи, тоже заполняют магазины. В Интернет есть длинный список трансгенных товаров, от которых ломятся наши прилавки. Однако все эти продукты из-за границы. В России генетически измененные культуры можно встретить только на экспериментальных полях. Особая гордость наших специалистов - картофель, от которого гибнут колорадские жуки. Для экологов он же главный раздражитель. Специалисты говорят, что при поедании трансгенного картофеля, у крыс наступает изменение состава крови, изменение размеров внутренних органов, а также появляются патологии в значительно большем количестве, чем при поедании обычного картофеля. Однако ученые заявляют, что случающиеся проколы не повод запрещать направление в целом. Трансгенные исследования в десятки раз быстрее мичуринского метода селекции и даже безопаснее. Ученые не настаивают на немедленном внедрении своих открытий в производство. Коровы с молоком невиданной жирности, рыба, живущая, как в соленой, так и в пресной воде, свиньи без сала - все нужно, прежде всего, для развития науки. Основное преимущество трансгенных продуктов в их цене. Они значительно дешевле обычных, поэтому сейчас они покоряют, прежде всего, рынки слабо развитых стран, куда направляются в качестве гуманитарной помощи. Но в будущем, несмотря на протесты экологов, чистые мясо и овощи, вероятно, станут ассортиментом небольших, но очень дорогих магазинов.

4. «ЗА» И «ПРОТИВ» ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ

Как и любое открытие, трансгенная технология вызывает различные мнения о целесообразности её применения. Одни учёные считают, что изменение генотипа открывает широкие возможности для сельского хозяйства и совершенно безопасно для человека. Другие высказывают опасения, что «побочные явления» данной технологии могут проявиться спустя десятки лет.

В отношении трансгенных растений мир тоже разделился на две части. «За»: мировой лидер в этой технологии - США и крупнейшие экспортеры сельскохозяйственной продукции (Канада, Аргентина, Австралия и другие); «против»: отсталые страны с экстенсивным земледелием и, как ни странно, Европа.

Главный аргумент противников состоит в том, что генномодифицированные растения, устойчивые к гербицидам и насекомым, могут оказаться “суперсорняками” или начнут случайно скрещиваться с дикими растениями и другими сельскохозяйственными культурами. Это приведет к генетическому загрязнению окружающей среды. Вероятность такого развития событий существует. Но если анализировать ситуацию более внимательно, то позиция Европы в значительной степени определяется экономическими и политическими причинами.

Сегодня генномодифицированные продукты редко встречаются на европейском рынке. Приняты строгие законы по обязательной маркировке и введены специальные стандарты по качеству пищи (нормы ограничений по ДНК).

Россия, как всегда, идет своим путем. Закон, позволяющий выращивать трансгенные растения, до сих пор не принят. А вот разрабатывать новые трансгенные сорта и закупать генетически модифицированную продукцию разрешено. Например, в Россию ввозят трансгенную сою и кукурузу для использования в пищу или на корм животным, но выращивать эти растения нельзя.

Общественное мнение по этой теме формируют средства массовой информации. Наша пресса и телевидение любят различные скандалы, поэтому часто поддерживают сторону противников трансгенной технологии и «скромно» освещают научные доказательства в её поддержку.

В настоящее время все трансгенные растения, предназначенные для массового применения, обязательно проходят предварительную оценку на безопасность. Государственные разрешения на крупномасштабные посевы трансгенных растений выдаются специальными правительственными ведомствами после оценки токсикологических и экологических рисков, связанных с их выращиванием и применением полученной из них продукции. На сегодняшний день никаких серьёзных последствий, которые являются прямым результатом употребления генетически модифицированных продуктов не выявлено.

Казалось бы, генная инженерия рисует радужные перспективы: трансгенные растения не болеют, а их вкуснейшие плоды практически не гниют. Но вспомним ещё одну мудрость: «Природа не терпит пустоты». А как же вредители и болезни? Неужели они останутся без пищи и погибнут? В этом случае, земля превратится в рай, либо экологическое равновесие снова будет нарушено, и мы получим новые проблемы.

Инженеров-генетиков обвиняют в насилии над природой, так как, в отличие от обычных селекционеров, они пересаживают гены откуда угодно и куда угодно, что может привести к непредсказуемым последствиям. В древние времена врачей-хирургов казнили за то, что они брали на себя смелость вмешиваться в природу человеческого тела, созданную Богом. А сейчас медицина творит чудеса!

В любом случае, остановить прогресс нереально, и, возможно, трансгенные растения – это светлое будущее сельского хозяйства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Генетически модифицированные продукты стали одним из достижений биологии ХХ в. Но основной вопрос - безопасны ли такие продукты для человека, пока остается без ответа. Проблема ГМП актуальна, поскольку в ней экономические интересы многих стран приходят в противоречие с основными правами человека. Трансгенные продукты произведены на базе растений, в которых искусственным путем были заменены в молекуле ДНК один или несколько генов. ДНК - носитель генной информации - точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.

Генетически модифицированные продукты - большой и перспективный бизнес. В мире уже сейчас 60 миллионов гектаров занято под трансгенные культуры. Их выращивают в США, Канаде, Франции, Китае, Южной Африке, Аргентине (в России пока их нет, только на экспериментальных участках). Однако продукты из вышеперечисленных стран к нам ввозятся - та же соя, соевая мука, кукуруза, картофель и другие.

По объективным причинам. Население земли растет год от года. Некоторые ученые считают, что через 20 лет нам придется кормить на два миллиарда человек больше, чем сейчас. А уже сегодня хронически голодают 750 миллионов.

Сторонники употребления генетически модифицированных продуктов считают, что они безвредны для человека и даже имеют преимущества. Главный аргумент, который приводят в защиту ученые эксперты всего мира, гласит: “ДНК из генетически модифицированных организмов так же безопасна, как и любая ДНК, присутствующая в пище. Ежедневно вместе с едой мы употребляем чужеродные ДНК, и пока механизмы защиты нашего генетического материала не позволяют в существенной степени влиять на нас”.

У нас нет полной информации о них и всех последствиях их употребления. Раньше люди боялись стихийных бедствий, войн, теперь они боятся есть мясо и овощи. Чем выше технология, тем выше риск. Людям следует постоянно помнить о простой закономерности: всякая технология имеет очевидные плюсы и неизвестные минусы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зеленин А.В., Генная терапия: этические аспекты и проблемы генетической безопасности. Генетика, 2001, т.35, N 12, с.1605-1612.

2. Е. Клещенко ГМ-продукты: битва мифа и реальности // Химия и жизнь. – 2008. - №1.- с.10-15.

3. Красовский О.А. Генетически модифицированная пища: возможности и риски // Человек, 2002, № 5, с. 158-164.

4. Свердлов Е. Что может генная инженерия. // Здоровье, 2002, № 1, с. 51-54.

5. Биофайл. Трансгенные растения. - http://biofile.ru/bio/4951.html

6. Ipkins - http://ipkins.ru/post192822329/

Код для цитирования: Скопировать