14

Глава 10 Генетично-модифіковані організми: за і проти їх створення

Генномодифіковані продукти - це продукти, отримані за рахунок змін генетичного апарату живих організмів. Всі продукти,які отримані за рахунок

технологій, які змінять генетичний апарат. Це є традиційна селекція, а зараз це є методи генетичної інженерії, які ці процеси значно пришвидшують.

Генетично модифіковані організми (трансгени , ГМО) - це організми (бактерії, рослини, тварини), в які було штучно, неможливим у природі способом, впроваджено гени інших організмів.

ГМО об'єднують три групи організмів - генетично модифіковані мікроорганізми (ГММ), тварини (ГМЖ) та рослини (ГМР).

10.1 Коротка історія виникнення генетично модифікованих організмів.

Витоки розвитку генної інженерії рослин лежать в 1977 році, коли і сталося відкриття, що дозволило використовувати ґрунтовий мікроорганізм Agrobacterium tumefaciens як знаряддя введення чужих генів в інші рослини. У 1987 році були проведені перші польові випробування генетично модифікованих сільськогосподарських рослин. Як підсумок - помідор, стійкий до вірусних інфекцій.

У 1992 році в Китаї почали вирощувати тютюн, який «не боявся» шкідливих комах.

Але початок масового виробництва модифікованих продуктів відноситься до 1994 року, Коли в США з'явилися помідори сорту F1аvrSavr, які не псувалися під час перевезення. Це помідори з відкладеним дозріванням, що зберігаються до півроку при температурі 14-16 градусів. Дозрівання відбувається при утриманні його при кімнатній температурі.

1994-й рік вважається офіційним роком зародження ГМ-продуктів.

У 1995 році американська компанія-гігант Monsanto запустила на ринок

ГМ-сою RoundupReady. У ДНК рослини був впроваджений чужорідний ген для підвищення здатності культури протистояти бур'янам.

Зараз існує картопля, яка містить гени земляної бактерії, що вбиває колорадського жука; стійка до посух пшениця, в яку вживили ген скорпіона, помідори з генами морської камбали, соя та полуниця з генами бактерій.

Список рослин, які вирощують із застосуванням методів генної інженерії дуже великий. До нього входять: яблуня, слива, виноград, капуста, баклажани, огірок, пшениця, соя, рис, жито і безліч інших сільськогосподарських рослин.

10.2 Технології створення гмо

Генетично модифіковані організми - це істоти, у ґеномі яких, з тих чи інших причин, відбулися зміни завдяки вбудовуванню чужої ДНК. Якщо . брати вузько, то до ГМО, зазвичай, відносять організми, що створені штучно - методами ґенної інженерії. Такі організми ще називають трансгенними. Мається на увазі, що генетичний матеріал одного виду було передано іншому. Проте, у цьому немає нічого принципово нового і дивного, адже у природі - це одне із найбільш розповсюджених явищ, яке на порядки прискорює еволюцію органічного світу. Раніше вважалося, що рушієм еволюції є лише власні мутації, рекомбінації та ін., що пов'язано зі статевим розмноженням - вертикальний переніс ґенів, але найновіші дослідження в галузі Генетики і молекулярної біології відкрили перед біологами фантастичну картину горизонтальної передачі ґенів між різними живими істотами. Виявляється, що еволюційний процес при "класичному" вертикальному переносі ґенів відбуватиметься дуже повільно, адже необхідна велика кількість поколінь для накопичення певної мутації у популяціях, тому нові ознаки виникають лише після значного проміжку часу. Особливо це стосується тварин і рослин, які мають тривалий період життя. Але еволюція відбувається значно швидше, ніж це вважалось раніше, саме завдяки природним трансгенам.

Функцію перенесення ґенів від одного виду до іншого у природі виконують віруси. Ці мікроскопічні внутрішньоклітинні паразити, заражаючи господаря, непомірно розмножуються і при виході з нього захоплюють його ДНК. Заражаючи наступного хазяїна, а це може бути цілком інший вид, скажімо, тварини, вони йому передають чужу ДНК. Наприклад, звичайнісінький вірус грипу вражає не лише людей, але й мавп і свійських курей, індиків та качок; аналогічно, і вірус пташиного грипу передається людям. Усі живі організми на Землі є родичами: набір ґенів у ДНК людини на 96% ідентичний такому ж у шимпанзе, на 75% - у собаки, на 33% - у нарциса та ін..

З технологічної точки зору процес створення ГМО мало чим відрізняється від природного, що розглядався вище. Але якщо природний носить суто випадковий характер, то у лабораторії біотехнологи та ґенні інженери ціленаправлено пересаджують ділянки ДНК від одного організму іншому залежно від кінцевої мети. На першому етапі визначають необхідний ґен у донора і за допомогою спеціальних білків-ферментів рестриктаз "вирізають" його. На другому етапі цей фрагмент ДНК необхідно імплантувати іншому організму - акцептору. Тут існує кілька різних методик, причому для тварин і рослин вони значно різняться. «Пересадка" генетичного матеріалу рослинам є значно простішим, дешевшим і більш ефективнішим процесом,ніж для тварин. Останні, будучи організмами складними, мають і дуже складну систему захисту від вторгнення чужої ДНК, тому генетично модифіковані

тварини, зазвичай, гинуть ще до свого народження, а якщо й народжуються,то не здатні давати потомство. Отож, найбільш розповсюдженим є метод використання вектора - переносника ДНК. Це можуть бути віруси, але для рослин переважно використовують бактерії (Agrobacterium rhizogenes). Бактерії містять маленькі кільцеві ДНК -

плазміди, які можуть передаватися від однієї клітини до іншої. Таким

чином, вмонтувавши "вирізаний" ґен донора у плазміду, він буде переданий

клітині акцептора за посередництва бактерії. Цікаво, що метод переносу

ґенів з використанням Agrobacterium може бути застосований виключно

для дводольних рослин, оскільки вони,у природі, утворюють

симбіози.

Методи "пересадки" ґенів без використання векторів поділяють на

фізичні та хімічні. Ці методи розраховані на безпосереднє введення у

клітину чужої ДНК. Наприклад, метод електропортації належить до

фізичних - коли за допомогою серії електричних мікроімпульсів діють

на клітинну плазмалему, примушуючи відкритись клітинні шпарини. У ці шпарини проникає ДНК-імплантат з ґеном донора. До фізичних належить також метод мікропострілу. Кулею при здійсненні пострілу слугують мікроскопічні кульки із вольфраму або золота діаметром 0,5-5 мікрометрів, на яких "намотана" ДНК донора. Хімічні методи є більш різноманітними. Найчастіше застосовують поліетиленгліколь, який дезінтеґрує клітинну стінку і заставляє відкритись шпарини плазмалеми, а далі все відбувається, як і у випадку електропортації. Популярним є спосіб використання ліпосом - жирових крапельок, в середині яких міститься ДНК-імплантат. Оскільки клітинна мембрана складена із ліпідів, то ліпосома зливається з нею і ґен донора проникає у клітину акцептора. Існує ще ціла низка біотехнологічних методів переносу ДНК.

Генетична модифікація може надавати рослині і харчовому продукту, що виробляється з неї, цілий ряд певних ознак. Переважна кількість генно- модифікованих організмів, що культивуються, несуть стійкості до збудників хвороб (вірусів та грибів), комах-шкідників або до гербіцидів. Це значно полегшує культивування, а також зменшує витрати на обробку ядохімікатами.

Більшість гербіцидів діють вибірково проти небажаних видів рослин. Крім цього існують гербіциди широкого спектру дії, які впливають на обмін речовин майже всіх видів рослин, як наприклад гліфосат, глюфозінат амонію або імідазолін. Завдяки переносу гену 5-енолпірувілшікімат-3-фосфат синтази (ЕПШФС) з ґрунтової бактерії Agrobacterium tumefaciens в геном рослини вдалось надати ознаки стійскості до гліфосату (Раундап — комерційна назва виробника Монсанто).

Переніс гену фосфінотріцин-ацетил-трансферази (раt-gene) з бактерії Streptomyces viridochromogenes забезпечив трансгенним рослинам стійкість до гербіциду глюфозінат амонію (Ліберті — комерційна назва виробника Баєр).

У 2008 році вирощування трансгенних рослин зі стійкістю до гербіцидів займало перше місце в загальній кількості вирощуваних трансгенних рослин загалом і складало 63% або 79 млн з 1125 млн гектарів, засіяних трансгенними рослинами у світі. Підраховано, що тільки вирощування трансгенної сої зі стійкістю до гербіцидів з 1996 по 2007 роки призвело до кумулятивного зменшення використання загальної кількості гербіцидів на 73 тисячі тон (4.6%). У 2009 році стійкі до гербіцидів рослин потіснили сорти, стійкі до комах-шкідників та ті, які несуть одразу дві або три вбудовані ознаки.

10.3 ГМ-рослини. Мета створення ГМО

Мета створення ГМО може бути різною. Спершу це були дослідження властивостей ДНК і можливості її використання. Пізніше з'явились ідеї щодо покращення біокультур для виробництва йогуртів, пива, хліба тощо. Ще згодом - виробництво інсуліну, інтерферону та ін. білкових

препаратів. І нарешті - модифікація рослин і тварин для отримання кращих урожаїв та приростів продукції.

На сьогоднішній день, у світі розгорілась полеміка між прихильниками і противниками ГМО, активну участь у якій бере великий бізнес, спонсоруючи одну та іншу сторони. Питання безпечності чи небезпеки генетично модифікованих організмів для людини залишається відкритим - доказів ні "за", а ні "проти" немає, тому залишається поживний ґрунт для спекуляцій.

Мета отримання генетично змінених організмів - поліпшення корисних характеристик вихідного організму-донора і зниження собівартості продуктів.

Генетично модифіковані організми використовуються в прикладній медицині з 1982 р., коли був зареєстрований людський інсулін, що отримується за допомогою генетично модифікованих бактерій. В даний час генетично модифіковані організми широко використовуються у фундаментальних та прикладних наукових дослідженнях. За допомогою ГМО досліджуються закономірності розвитку деяких захворювань (хвороба Альцгеймера, рак), процеси старіння і регенерації, вивчається функціонування нервової системи, вирішується ряд інших актуальних проблем біології та медицини. Але найбільшого поширення набули генетично модифіковані рослини. Саме вони на сьогодні викликають найбільше суперечок, які пов'язані з ГМО.

Трансгенні рослини дають більш високу врожайність, можуть мати нові властивості, підвищену декоративну і харчову цінність. ГМ-сорти стійкі до гербіцидів, несприятливих кліматичних умов, псування при зберіганні, стресів, хвороб і шкідників. Крім того, звичайні продукти можна наділити якимись новими властивостями. Наприклад, створені кава без кофеїну, полуниця з меншим вмістом цукру, рис з підвищеним вмістом заліза.

Сьогодні у світі існує кілька десятків ліній ГМ-культур: сої, картоплі, кукурудзи, цукрового буряка, рису, томатів, рапсу, пшениці, дині, цикорію, папайї, кабачків, бавовни, льону і люцерни. У 2006 році ГМ-культури вирощували в 22 країнах світу, серед яких Аргентина, Австралія, Канада, Китай, Німеччина, Колумбія, Індія, Індонезія, Мексика, Південна Африка, Іспанія, США.

Основні світові виробники продукції, яка містить ГМО» - США (68%), Аргентина (11,8%), Канада (6%), Китай (3%).