Курсовая работа: Генно-инженерная технология

Курсовая работа: Генно-инженерная технология

Оглавление

Введение

1.  Технология ГМО

1.1 Получение ГМО

1.2 Методы идентификации трансгенов

2.  Экономика ГМО

2.1 Состояние и перспективны развития рынка генетически модифицированных товаров в мире

2.2 Развитие ГМО в России

2.3 Возникновение и смысл термина «зоны свободные от ГМО»

2.4 Преимущества и недостатки получения трансгенных организмов

2.5Альтернатива использования ГМО

Выводы

Список литературы

Введение

Продовольственная проблема является одной из важнейших проблем человечества. Особенно остро она стоит в развивающихся странах, где происходит стремительный рост населения до 100 млн. человек в год, и очень слабо развито сельское хозяйство. Постоянные поставки гуманитарной помощи со стороны развитых стран и международных организаций являются явно недостаточными для борьбы с голодом.

По прогнозам ЮНЕСКО, к 2050 г. Численность населения в мире приблизится к 10 млрд. человек, что потребует резкого увеличения объемов производства продуктов питания и других товаров широкого потребления. Несмотря на то, что за последние 40 лет производство сельскохозяйственной продукции выросло более, чем в 2 раза, дальнейший его рост представляется маловероятным. В течение последних 20 лет человечество потеряло свыше 15% плодородного почвенного слоя. Большая часть пригодных к возделыванию земель уже вовлечена в сельскохозяйственное производство.

Каждую неделю население нашей планеты увеличивается на 1.2 млн. человек, при этом темпы производства продукции все больше отстают от темпов роста населения. Уже сейчас дефицит пищевых продуктов в мире превышает 60 млн. тонн, а число людей страдающих от недостаточного питания, выросло на 25 млн. лишь за период с 2002 по 2003 гг., а общая цифра голодающих приближается к 1 млрд. человек. Таким образом, современная стратегия производства пищевых продуктов должна быть направлена на поиск выхода из продовольственного кризиса в кратчайшие сроки. Возникла необходимость в применении принципиально новых подходов к созданию высокопродуктивных агросистем обеспечивающих значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности скота.

Одним из способов решения поставленной задачи, как утверждают некоторые ученые, является применение новейших способов селекции. Этому способствуют огромные возможности, появившиеся в результате революционных достижений в области генетики и биотехнологии.

Новейшая биотехнология - это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

Основная цель современной биотехнологии – получений трансгенных организмов методами клеточной и генетической инженерии. Отличие генетической инженерии от традиционной селекции состоит в том, что при селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная же инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма.

Генетическая инженерия известна довольно давно, ее рождение условно относят к 1972 г., когда в лаборатории Бэрга впервые была синтезированная рекомбинантная молекула ДНК. Существует несколько определений раскрывающих понятие генной инженерии. В федеральном законе « О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности » закреплено, что «генная инженерия - совокупность методов и технологий, в том числе технологий получений рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы».

Всего выделяют 4 группы метода генной инженерии:

- методы получения рекомбинантных ДНК и РНК;

- методы выделения генов из организмов;

- методы создания искусственных генетических программ

- методы введения трансгенов в микроорганизмы;

Каждая группа методов в настоящее время активно развивается и совершенствуется. Использования методов генной инженерии приводит к созданию генетически модифицированных организмов. В директиве 2001/18/ЕС Европейского Парламента и Совета определенно что « генетически модифицированный микроорганизм означает организм, за исключением людей, генетический материал которого изменен способом, который не может быть достигнут естественным путем скрещивания или рекомбинации»

Можно выделить следующие основные характеристики генетически модифицированного организма:

- это любой биологический организм способный к воспроизводству или передаче генетического материала;

- содержит искусственную генетическую программу;

- получен, с применением методов генной инженерии;

В работе используется понятие «генетически модифицированные продукты (организмы)», под которыми понимаются продукты питания содержащие результаты генно-инженерной деятельности.

1.  Технология ГМО

1.1 Технология получение ГМО

Процедура получения ГМО включает в себя несколько основных этапов:

• Выделение и идентификация отдельных генов (соответствующих фрагментов ДНК или РНК), которые собираются перенести другим организмам. Для этого из организмов, обладающих такими генами, с помощью специальных химических методов выделяют нуклеиновые кислоты. Их разрезают на отдельные фрагменты, используя наборы ферментов-рестриктаз. Наибольшее значение имеют рестриктазы, способные разрезать нуклеиновые кислоты с образованием, так называемых липких (комплементарных) концов. Образующиеся фрагменты имеют короткие однонитчатые концы, состоящие из нескольких нуклеотидов. Если объединить в одной пробирке фрагменты ДНК любого происхождения (н-р, фрагменты плазмид бактерий и фрагменты животной или растительной ДНК), полученные с помощью одной и той же рестриктазы, дающей липкие концы, и добавить фермент – лигазу, то эти фрагменты соединятся между собой. В результате получится химерная (рекомбинантная) ДНК, которая может содержать фрагменты ДНК, выделенные из различных организмов или синтезированную искусственно. Описанная технология позволяет создавать на основе плазмид (или других типов векторов) сложные генетические конструкции, предназначенные для переноса в клетки других организмов.

• Клонирование (размножение) переносимого гена. Чтобы размножить созданные в пробирке немногочисленные химерные молекулы ДНК, векторы со встроенными в них фрагментами необходимо перенести в реципиентные клетки. Плазмидные векторы обычно вводятся в реципиентные клетки методом генетической трансформации. Особенно широкое распространение для клонирования векторных ДНК получила трансформация клеток кишечной палочки (E. сoli), основанная на совместной инкубации «компетентных» клеток бактерий (клетки способные к трансформации) и ДНК. В результате трансформации ДНК «поглощается» бактериальными клетками и автономно размножается в их цитоплазме (внутренняя среда клетки).

На селективной среде ведут отбор трансформированных бактериальных клеток, несущих какой-либо селективный маркер, который уже был на векторе или должен был появиться в процессе образования рекомбинантной молекулы.

Если, например, вектор содержал ген устойчивости к антибиотику ампицилину, то в селективную среду, добавляют этот антибиотик, и все выжившие клетки будут содержать данный вектор. Для того, чтобы выяснить, несут ли трансформированные клетки рекомбинантную ДНК, из клеток выделяют векторную плазмиду и подвергают её электрофорезу. Метод электрофореза основан, на принципе перемещения веществ в электрическом поле от одного полюса к другому со скоростью, зависящей от их размеров. С помощью этой простой техники можно в агарозном геле разделить, идентифицировать и очистить фрагменты векторной ДНК различной молекулярной массы.

• Перенос гена (или трансгенной конструкции) внутрь клетки и встраивание его в ДНК реципиентного организма. Основной способ переноса генов (генных конструкций) из клеток организма–донора в клетки организма–реципиента - это процесс трансформации. Трансформация включает в себя несколько основных этапов и требует соблюдения ряда условий: наличия трансформирующей ДНК; «компетентных» клеток; интеграции донорской (трансформирующей) ДНК в ДНК реципиента и экспрессии (работы) перенесённых генов. Существуют различные методы трансформации: путем гибридизации соматических клеток; инкубации реципиентных клеток с чужеродным генетическим материалом; микроинъекцией генетического материала в ядра клеток животных и др. Их применение, прежде всего, зависит от биологических особенностей организма – реципиента. Например, для трансформации клеток растений используют два основных метода (рис. 1).

1) Метод биологической баллистики. В этом случае, на мельчайшие частицы вольфрама или золота напыляется ДНК, содержащая «целевой» ген. Затем эти частички с ДНК помещают в так называемую генную «пушку». В результате «выстрела» они с огромной скоростью «бомбардируют» клетки растений, проникая в их цитоплазму и ядра. Некоторые из этих клеток встраивают «целевой» ген в свою ДНК. Из каждой такой клетки может быть регенерировано новое трансгенное растение.

2)Трансформация растения с помощью, так называемой, Ti – плазмиды, несущей «целевой» ген, который доставляется в клетки с помощью почвенной бактерии (Agrobacterium tumifaciens). Ti–плазмида - это кольцевая молекула ДНК содержащаяся в клетках Agrobacterium tumifaciens, вызывающей образование опухолей у растений при их заражении этой бактерией. При заражении бактериями растений, небольшой фрагмент Ti–плазмиды встраивается в геном растительных клеток, вызывает нарушение гормонального баланса и переход к неконтролируемому делению и росту, что и приводит к образованию опухоли.

Рис.1 Методы получения ГМО

«Целевой» ген, способный изменять то или иное свойство растения, встраивается генно-инженерными методами в Ti–плазмиду, которая, затем переносится в агробактерию. В процессе совместного культивирования агробактерии и культуры клеток растения – хозяина Ti–плазмида попадает в клетки растений, а «целевой» ген с дополнительными фрагментами ДНК встраивается в растительный геном. Каждая такая клетка может быть, затем регенерирована в целое трансгенное растение, которое будет содержать генетическую информацию из двух или нескольких различных организмов. Это метод применяется для трансформации двудольных растений.

Однако этот метод "работает" не на всех растениях: агробактерия, например, не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под контролем микроскопах [5].

• Выявление трансгенных клеток (организмов). Процесс переноса и включения в генетический материал клеток растений чужеродной ДНК происходит с достаточно небольшой частотой, в лучшем случае трансформированной оказывается 1 клетка на 1000. Поэтому необходимо каким-то образом отделить такие клетки от остальных создать для их деления и развития наиболее благоприятные условия. В этом случае вместе с «целевым» геном (н-р, устойчивости к гербицидам, вирусам и насекомым – вредителям) вводят и второй, так называемый селективный ген. Чаще всего для этого используют гены устойчивости к антибиотикам. Если после введения чужеродной ДНК поместить клетки на питательную среду с антибиотиком, то на ней способны будут расти только трансформированные клетки [6].

1.2 Методы идентификации трансгенов

Увеличение использования ГМО и их компонентов в производстве продуктов питания, сельскохозяйственных кормов и фармацевтических препаратов делает всё более актуальным вопрос разработки эффективных методов идентификации трансгенной ДНК. В настоящее время наиболее разработаны и широко применяются методы обнаружения фрагментов чужеродной ДНК, основанные на использовании различных видов ПЦР (полимеразная цепная реакция).

ПЦР – это метод, который позволяет проверить генетический материал, выделенный из исследуемого образца, на наличие в его составе участка чужеродной или измененной ДНК и используется для получения множества копий непротяженных участков ДНК, специфичных для каждого конкретного белка, а также исследуемого генетически обусловленного признака.

В основе метода ПЦР лежит способность хорошо известных в молекулярной биологии ферментов, ДНК-полимераз, осуществлять направленный синтез второй, т.е. комплементарной (спаренной) цепи ДНК, по имеющейся матрице одноцепочечной ДНК, наращивая небольшую олигонуклеотидную затравку (праймер), комплементарную участку этой матрицы, до размеров в несколько тысяч или даже десятков тысяч звеньев. Повышая температуру, можно добиться остановки реакции и последующей денатурации полученной ДНК, т.е. разделения цепей полученной в ходе реакции двуцепочечной ДНК. Если в реакционной смеси присутствует избыток праймера, то, значительно снизив температуру, чтобы праймер мог вновь связаться с тем же самым комплементарным участком ДНК, и добавив новую порцию фермента, можно вновь установить температуру, необходимую для реакции полимеризации, и, таким образом, проведя реакцию еще раз, увеличить количество ранее полученного продукта. Многократное, или как говорят, циклическое повторение этой процедуры позволяет наработать значительное количество копий участка ДНК, начинающегося с данного праймера. Один цикл ПЦР осуществляется за 1–2 мин, так что в течение нескольких часов можно получить 100 млрд. копий (рис. 2).

Рисунок 2. Метод ПЦР

Кроме описанного метода ПЦР, для выявления трансгенных фрагментов ДНК используется целый ряд других методов:

• Методы обнаружения ГМО, основанные на исследовании трансгенных белков. Процесс создания ГМ растений основан на введении в клетки организма-реципиента чужеродных генных конструкций, обеспечивающих синтез новых белков. Появляющиеся в растении в результате генетической модификации белки могут служить маркерами генетической модификации. К этой группе методов относят различные иммунологические методики, основанные на использовании антител (особые белки, вырабатываемые иммунной системой организма в ответ на проникновение чужеродных организмов или их фрагментов), специфичных к маркерным белкам, используемым при создании ГМО

• Хроматографические методы. Используются в том случае, когда генетическая модификация приводит к появлению и/или увеличению содержания специфических жирных кислот или триглицеридов. Использование подобного метода диагностики показана для растительного масла, полученного из ГМ-рапса.

• Методы спектроскопии. В ряде случаев генетические модификации могут приводить к изменению структуры растительных волокон при отсутствии видимых изменений

в белковом или жирно кислотном составе. Подобный тип изменений наблюдается, например, у трансгенной сои линии 40-3-2 (Roundup Ready Soy).

• Технология ДНК-чипов. ДНК- чипы – это наборы из большого числа олигонуклеотидов на миниатюрных твердых подложках, предназначенные для анализа последовательности ДНК. Метод основан на том, что с помощью фотолитографии на небольшой поверхности размещают огромное число олигонуклеотидов (одноцепочечные фрагменты ДНК). Их число, а следовательно, и количество различных нуклеотидных последовательностей может превышать 1 млн. на 1 см2, их длина варьирует от 9-10 до 1000нуклеотидов. После проведения ПЦР, полученные продукты реакции могут быть автоматически проанализированы методом гибридизации с меченными олигонуклеотидами на ДНК-чипах, что значительно ускоряет процесс идентификации трансгенной ДНК.

2.  Экономика ГМО

2.1 Состояние и перспективны развития рынка генетически модифицированных товаров в мире

Генетическая инженерия имеет яркую историю благодаря тому общественному резонансу, который она вызвала с самых первых шагов. Начало этим событиям положило послание участников Гордоновской конференции (1973 г.) президиуму академии наук США, в котором говорилось о возможной опасности технологий рекомбинантных ДНК для здоровья человека. Возможные блага генетической инженерии признавались с самого начала, но разногласия по данной проблеме не затихли и сейчас.

Несмотря на отчаянную оппозицию по отношению к трансгенным организмам, новые сорта продуктов быстро завоевывают популярность в среде производителей. В период с 1996 по 2007 гг. площади, засеянные трансгенными сортами продовольственных культур увеличились в 70 раз (до 114.3 млн. га).

В первые устойчивый перенос чужеродного гена был продемонстрирован на растениях табака в 1983 г. Это было первое генетически модифицированное растение. Первые полевые опыты были проведены в США и Франции в 1987 г. В 1994 году в США было получено первое разрешение на коммерческое производство трансгенного сорта томатов.

В дальнейшем наблюдается интенсивное внедрение генетически модифицированных растений в практику сельскохозяйственного производства (табл.1).

Следует отметить, что если с 1996 по 1999 гг. прирост посевных площадей под трансгенным культурам составлял ежегодно более 40%, то после 2000 г. он не превышал 20%.

В 2000 году рынок генетически модифицированных продуктов составлял 3.0 млрд. долл. США, в 2001 г. – 3.8 млрд. долларов. В 2002 он увеличился до 4.25 млрд. долларов, а в 2005г. – 5.25 млрд. долларов.

В 2007 г., число стран, выращивающих генетически модифицированные культуры, увеличилось до 23. Более 90 % всех посевных площадей под трансгенные культуры приходится на пяти странах: США, Аргентина, Канада, Бразилия, Китай (табл. 2)

Площади возделывания трансгенных культур в странах лидерах производство ГМО (млн. га).

Основными видами трансгенных культур, возделываемых в промышленных объемах, являются соя, кукуруза, хлопчатник, рапс, а также папайя и тыквенные культуры (таблица 3).

С 1996 г. по 2006г. в ЕС для употребления в пищу человеку одобрены 20 линий ГМ – культур: 1 линия сои «Монсанто»; 7 линий рапса «Байер кропсайнес», «Монсанто», 10 линий кукурузы «Байер Кропсайнес», «Монсанто», «Сингента», «Дюпон»; 2 линии хлопчатника «Монсанто», и 1 микроорганизм от компании F. Hoffman La Roche. На корм скоту в ЕС разрешено использовать 11 линий ГМ – культур: 1 линию сои «Монсанто»; 3 линии рапса «Байер Кропсайнес», «Монсанто»; 7 линий кукурузы «Байер Кропсайнес», «Монсанто», «Сингента», «Дюпон», «Доу Агросайенсис».

С 1994 г. по 2006г. в США для употребления в пищу человеку одобрены 114 линий ГМ – культур [4].

Площади возделывания трансгенных культур в мире (млн. га)

В Китае доминантной трансгенной культурой является хлопчатник; в Канаде – рапс. Сегодня доминирующими производителями трансгенного фуражного и продовольственного зерна являются только США и Аргентина.

По данным на 2007 год все возделыванные трансгенные культуры можно разделить по видам генетических модификаций:

- Устойчивость к гербицидам(69%);

- Устойчивость к насекомым(19%);

-Устойчивость к гербицидам и насекомым(12%);

-Устойчивость к вирусам и др.(<1%);

Самым важным аспектом рынка продуктов трансгенного растениеводства является негативное отношение общественности к генетически модифицированным продуктам. В настоящее время произошло разделение рынка продовольственного сырья на генетически модифицированные культуры и «обычные» генетически не модифицированные. Инициатором разделения явились японские импортеры.

Другим серьезным вызовом трансгенным продуктам является рынок натуральных экологически безопасных продуктов питания или, как их принято называть в англоязычных странах, органическая пища (Organic food). В США рынок генетически модифицированных продуктов за последние 10 лет демонстрировал ежегодный прирост 20 – 25% [2].

2.2 Развитие ГМО в России

На Российском рынке ГМ-продукция появилась в 90-е годы. На 01.01.08 г. в Российской Федерации прошли полный цикл всех необходимых исследований и разрешены для использования в пищевой промышленности и реализации населению 16 видов продовольственного сырья (7 линий кукурузы, 3 линии сои, 4 линии картофеля, линия риса и сахарной свеклы) из генетически модифицированных источников, 5 видов генетически модифицированных микроорганизмов. [16]

Вроде бы разрешенных сортов немного, но добавляются они во многие продукты. ГМ-компоненты встречаются и в хлебобулочных изделиях, и в мясных, и в молочных продуктах. Много их и в детском питании, особенно для самых маленьких. Наиболее распространенной добавкой является ГМ-соя, устойчивая к гербициду раундапу (линия 40.3.2).

Комиссия Государственной экологической экспертизы по оценке безопасности ГМ-культур, работающая в рамках закона РФ «Об экологической экспертизе», не признала ни одну из представленных для утверждения линий безопасной. Членами этой комиссии являются представители трех основных российских академий: РАН, РАМН и РАСХН. Благодаря этому в России выращивание ГМ-культур официально запрещено, а вот импорт ГМ-продуктов почему-то разрешен. Сейчас в стране много продуктов, которые содержат ГМ-компоненты, но все они без соответствующих маркировок, несмотря на подписанное В.В.Путиным в конце 2005г. «Дополнение …» к закону о защите прав потребителей об обязательной маркировке ГМ-компонентов. Проводимая проверка Институтом питания РАМН не соответствовала Методическим Указаниям по проверке ГМО, подписанным Г.Г.Онищенко, а в некоторых случаях полученные данные полностью расходились с выводам. Так, при экспериментальной проверке на крысах сортов американского ГМ-картофеля Институтом питания у животных наблюдались серьезные морфологические изменения в печени, почках, толстой кишке; понижение гемоглобина; усиление диуреза; изменение массы сердца и предстательной железы. В научной литературе появились статьи о взаимосвязи ГМО с онкологий. Возможно, что увеличение в последнее время в России числа онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта, особенно прямой кишки (Медицинское информационное агентство, 2003), связано с использованием ГМ-продуктов.

Действие ГМ-продуктов на человека совершенно не изучено, последствия непредсказуемы. В нашей стране по непонятным причинам практически не проводятся научные и клинические исследования влияния ГМО на животных и человека. Попытки провести такие исследования наталкиваются на огромное сопротивление.

Проведенная элементарная проверка влияния ГМ-сои, устойчивой к гербициду раундапу (линия 40.3.2), на потомство лабораторных крыс показала повышенную смертность крысят первого поколения, недоразвитость выживших крысят, патологические изменения в органах и отсутствие второго поколения (Ермакова, 2006, Ermakova, 2006, 2007).

Несмотря на протесты со стороны потребителей Роспотребнадзор в 2008г перерегистрировал четыре ГМ-культуры (три сорта сои и один сорт кукурузы), срок действия сертификатов на которые истек в конце 2007 года.

К счастью есть и позитивные сдвиги. Так, ряд городов России объявил себя зонами, свободных от ГМО. С 1 апреля в стране введена обязательная маркировка продуктов, содержащих более 0,9% ГМО от ингредиента. В Москве и других городах России организованы лаборатории для населения страны по проверке семян и продуктов питания на наличие ГМ-компонентов. [3].

2.3 Возникновение и смысл термина «зоны свободные от ГМО»

Официально «зона, свободная от ГМО» впервые прозвучало в 1998 г. в заявлении британского отделения Партии природного закона. 28 сентября 1998г. партия призвала власти графств Великобритании к созданию ЗСГМО. Это понятие включало в себя запрет на выращивание ГМ – культур на всех землях, которыми владеет совет графства, а также запрет на использование ГМ – ингредиентов, в продуктах питания во всех государственных учреждениях, включая школы медицинские учреждения, дома престарелых.

До сих пор нет четкого определения термина ЗСГМО. Как, правило, под «зоной, свободной от ГМО» принято понимать любую территориальную единицу, организацию или сообщество, главы которых при согласовании с их жителями или членами принимают решение об от выращивания, и/или от распространения, или потребления ГМ семян, культур, продуктов и создают систему контроля за исполнением этого решения.

Стоит отметить, что термин «свободен от ГМО» может оказаться не совсем корректным, так как создание ЗСГМО не гарантирует полного отсутствия трансгенов на данной территории. Это происходит, потому что закон распространяется только на государственные земли, фермеры же при желании могут выращивать ГМ - культуры.

Основные европейские аргументы в пользу создания ЗСГМО описаны в докладе «Сейчас или никогда» международной организации «Друзья земли». В ней подчеркивается, что, приняв решение об отказе от ГМО:

- местные власти получают возможность избежать практических трудностей, связанных с совместным выращиванием ГМО и традиционных культур, а также избежать возможных затрат;

- участники продовольственного рынка – от фермеров до производителей продуктов питания и дистрибьютеров – смогут сохранить свою репутацию и повысить качество продукции;

- общество получит уверенность, что власти заботятся об окружающей среде и его благополучии, и реальную возможность покупать продукты не содержащие ГМО.

На данном этапе создания ЗСГМО дает возможность фермерам, не желающим выращивать ГМ – культуры, гарантировать, что их продукция не содержит случайных трансгенов с соседних полей. Такие фермеры могут рассчитывать на долгосрочную поддержку местных властей, которые все больше стремятся быть независимыми от транснациональной экономики. Одним из последних примеров в этом смысле является итальянская провинция Лацио. В октябре 2006 года там принят закон, согласно которому местным компаниям, выращивающим ГМ – культуры, будет отказано в предоставлении финансовой поддержки на региональном уровне, также компании будут обязаны вернуть все полученные раннее от региона деньги.

Юридической основой для создания ЗСГМО а Европе является декларация фермеров, местных властей или другого собственника земельных участков, а также организаций или сообществ[4].

2.4 Преимущества и недостатки получения трансгенных организмов

Едва ли в научном мире существует более животрепещущий предмет спора, чем вопрос использования генетически модифицированных организмов (ГМО). Причем, споры эти ведутся еще с начала 1970-х годов, как только была открыта технология рекомбинантных ДНК, позволившая получать организмы с инородными генами. Ученые в то время сразу же сообщили, что человек впервые получил полную власть над природой — создание абсолютно новых живых существ. Возможности открылись просто фантастические: лечение болезней, избавление мира от угрозы голода, выращивание культурных растений в сложных условиях и даже клонирование. Однако использовать на практике эти технологии начали лишь в середине 80-х с выпуска специализированных семян, из которых вырастали растения с улучшенными свойствами. В генный ряд картофеля «добавили» ген скорпиона, после его перестал есть колорадский жук, а в томаты и клубнику внедрили ген полярной камбалы — эти культуры перестали боятся морозов. Поработали ученые и над основными сельхозкультурами: кукурузой, пшеницей, соей, хлопком и рисом. После изменения генов они стали, устойчивыми к сорнякам, а, значит, перестали нуждаться в различного рода гербицидах, фунгицидах и прочей химии, соответственно, себестоимость продукции из таких растений упала в разы. Перспектива — полное избавление землян от голода, а сегодня, по подсчетам ООН, 950 миллионов людей во всем мире недоедают.

Однако против ГМО-продукции еще в середине 90-х началась самая настоящая информационная война — трансгены обвиняют не только во вреде для здоровья, но и предсказывают возможную экологическую катастрофу, связанную с их использованием [7].

Среди основных плюсов ГМО стоит выделить следующие (табл.5)

- Борьба с вредителями сельскохозяйственных культур. Потери урожая от насекомых-вредителей могут быть огромны, и как результат это приводит к разрушительным финансовым потерям для фермеров и голоду в развивающихся странах. Фермеры обычно используют тонны пестицидов ежегодно. Потребители не хотят, есть пищу, которая была обработана пестицидами из-за потенциальной опасности для здоровья, а стоки сельскохозяйственных отходов от чрезмерного использования пестицидов и удобрений могут отравить воду и причинить вред окружающей среде.

Выращивание ГМО продуктов, такие как кукуруза B. t. может помочь устранить применение химических пестицидов и уменьшить стоимость урожая.

- Устойчивость к гербицидам. Для некоторых культур, удаление сорняков с помощью физических средств, таких как прополка, не рентабельно, поэтому фермеры часто распыляют большое количество различных гербицидов (химические вещества — убийцы сорняков), чтобы уничтожить сорняки. Это долговременный и дорогостоящий процесс, т. к. он требует осторожности, чтобы гербициды не вредили выращиваемым сельскохозяйственным культурам или окружающей среде.

Создание сельскохозяйственных культур с помощью генной инженерии, устойчивых к одному очень мощному гербициду может помочь предотвратить нанесение ущерба окружающей среде за счет сокращения количества необходимых гербицидов. Например, «Monsanto» создала линию генетически модифицированных соевых бобов, устойчивых к гербициду Roundup. Фермеру выращивающему эти соевые бобы, теперь требуется только одна обработка гербицидом вместо нескольких, что ведет к снижению производственных затрат и количества опасных сельскохозяйственных отходов.

- Устойчивость к болезням. Есть много вирусов, грибков и бактерий, которые вызывают болезни растений. Ученые биологи работают над созданием растений с устойчивостью к этим болезням, внедренной генной инженерией.

- Устойчивость к холоду. Неожиданный мороз может уничтожить чувствительные саженцы. Ген-антифриз от холода, извлеченный из рыбы, был внедрен в растения, такие, как табак и картофель. С помощью гена-антифриза, эти растения способны переносить низкие температуры, которые обычно убивают неизмененные саженцы.

- Засухоустойчивость и устойчивость к соли. По мере того, как население мира растет и все больше земли используется для жилья, а не для производства продуктов питания, фермеры вынуждены выращивать сельскохозяйственные культуры в местах, ранее не подходящих для выращивания растений.

Создание растений, которые могут выдержать длительные периоды засухи или высокое содержание соли в почве и подземных водах поможет людям в выращивании зерновых культур в ранее «негостеприимных» местах.

- Качество питания. Плохое питание является общей тенденцией в странах третьего мира, где обнищавшие народы полагаются на одну сельскохозяйственную культуру, например, рис, как на основной продукт питания. Однако, рис не содержит достаточного количества всех необходимых питательных веществ. Генетически модифицированный рис может содержать дополнительные витамины и минералы, и за счет этого недостаток питательных веществ может быть скомпенсирован.

Например, слепота из-за дефицита витамина А является распространенной проблемой в странах третьего мира. Исследователи из Швейцарского федерального технологического института ботаники создали линию «золотого» риса, который содержит необычайно высокое количество бета-каротина (витамина А). Поскольку этот рис был профинансирован некоммерческой организацией Rockefeller Foundation, институт надеется обеспечить бесплатные поставки зерна «золотого» риса в любую страну третьего мира, которая обратится с такой просьбой. В планах ученых — разработка золотого риса, в котором будет также увеличено содержание железа.

в Европе, и поэтому этот питательный рис не сможет попасть на рынок.

- Фармацевтика. Лекарственные средства и вакцины часто являются дорогостоящими для производства, а иногда и требуют особых условий хранения, и не доступны в странах третьего мира.

Исследователи работают над созданием съедобных вакцин в помидорах и картофеле. Эти вакцины будет гораздо легче транспортировать и хранить, чем традиционные инъекционные вакцины.

- Фиторемедиация. Не все ГМО растения выращиваются в качестве сельскохозяйственных культур. Загрязнение почв и грунтовых вод по-прежнему является проблемой во всех частях мира.

Модифицированную конструкцию бактериального гена, кодирующего белок, который переносит и детоксицирует ртуть, использовали для трансформации табака, рапса, тополя [17].

Растения, такие как тополь были модифицированы с помощью генной инженерии для очистки загрязненной тяжелыми металлами почвы [11].

Несколько ведущих американских ученых, первым из которых поставил свою подпись Пол Берг, опубликовали в журнале "Сайенс" письмо, в котором призвали остановить работы по генной инженерии, до тех пор, пока не будут выработаны правила техники безопасности обращения с трансгенными организмами [9], которые, как полагалось, могут, помимо воли исследователей, иметь свойства, опасные для человека и среды его обитания.

Кроме опасений биологического характера, стали высказываться опасения нравственные, этические, философские и религиозные[10].

Стоит также отметить экономическую проблему, связанную с ГМ – культурами, а именно монополизацию рынка. Международные компании, в которых в настоящее время сосредоточена основная часть работ по генетической инженерии, стремятся к монопольному контролю за рынком генетически модифицированных сортов, а следовательно, и за рынком продовольствия. Так фирма «Monsanto» владеет 94% всех трансгенных растений, выращиваемых в мире. Монополизация в области биологического бизнеса, в том числе собственности на трансгенные сорта (эксклюзивные права на сою как культуру, семена и разновидности этого растения; создание частных банков генов и так далее), при котором получение прибыли является самодовлеющим фактором, может иметь крайне отрицательные последствия для всего мирового сообщества.

В общем же можно выделить следующие риски производства генетически модифицированных продуктов (табл. 4)

Среди представленных рисков можно выделить следующие:

- Опасность объединения видового состава и сортамента сельскохозяйственных культур. Одним из неприятных последствий широкого распространения ГМ – культур может стать сокращение генетического разнообразия не только дикорастущих, но и культурных растений на нашей планете;

- Термальные технологии. При посеве семян с признаками «термальности» удается получить лишь одно поколение растений, дающих хозяйственно полноценный товарный урожай; семена (плоды) последних оказываются либо невсхожими, либо погибают сразу после всходов.

- Вертикальный перенос генов реализуется посредством перекрестного опыления и половой гибридизации трансгенных растений и их сородичей. Реальная возможность такого переноса генов к дикорастущим сородичам будут способствовать увеличению селективных преимуществ сорных растений.

- Горизонтальный перенос трансгенов. Считается что существует реальная опасность спонтанного распространения селективных и маркерных генов (трансгенные растения – вектор-переносчик – эукариотный организм - реципиент) в популяции патогенных микроорганизмов посредством их спонтанного переноса от трансгенных растений.

- Встраивание трансгена может приводить к нежелательным воздействиям на геном организма. Встраивание трансгена также может нарушить первичную структуру какого – либо хозяйственного гена и, тем самым вызвать его инактивацию. В последствии это может привести к мутации.

Табл.4 Риски связанные с получением ГМ – культур

- Трансген может приводить к незапланированным изменениям метаболизма клетки. Некоторые ключевые ферменты обладают широкой субстратной специфичностью. Поэтому предполагается, что введение трансгенов может привести к появлению в клетке веществ, которые могут стать подходящими субстратами для мало специфичных ферментных систем, а также к реактивации метаболических путей, потерявших в процессе эволюции свое значение для поддержания жизнедеятельности организма.

- Проблемы безопасности селективных и маркерных генов. Селективные и маркерные гены представляют собой важный молекулярный инструмент для отбора клеток, содержащих целевой ген и для анализа его экспрессии полученных таким образом трансгенных растений. Опасения могут вызывать: токсичность ДНК селективного или маркерного гена; токсичность белкового продукта; возможность переноса к патогенным микроорганизмам.

В целом существует два подхода к оценке потенциального риска генетически модифицированных организмов. Первый подход основан на оценке того, насколько опасен непосредственно целевой продукт (или результат) генетической модификации. И не важно, каким именно методом создана генетическая модификация: традиционной селекцией скрещиваниями или генной инженерией. При этом принципиально, что если продукт генетической модификации сам по себе безопасен и если рецепторный организм исходно полагается безопасным, то вероятность , что из – за данной генетической модификации организм может стать опасным, не рассматривается вообще (игнорируется). Такой подход в оценке риска называется «ориентированным на продукт» генетической модификации.

Второй подход основан на всесторонней оценке того, не приобрел ли исходно безопасный реципиентный организм в процессе генетической модификации каких – либо потенциально опасных свойств. Этот подход принято называть «ориентированными на процесс»[2].

Отмеченные выше факты неблагоприятного воздействия трансгенов на организм человека и животных не свидетельствуют о порочности технологии создания ГМО как таковых. Стоит обратить внимание на актуальность проблемы анализа пищевых и прочих рисков использования ГМО, на необходимость выработки норм экспертизы и тестирования новых сортов, с учетом уже известных рисков и постоянному жесткому контролю ГМО по исходным, не модифицированным сортам. Безусловно, оценка таких рисков всегда будет относительна – любые употребляемые нами продукты питания способны осуществлять разнообразные воздействия на организм, а в процессе производства любой пищевой продукции происходит вмешательство человека в окружающую природу. Имеющиеся данные [12],[13] показывают, что есть уже немало доказанных случаев реальных пищевых рисков, связанных с использованием генетически модифицированных организмов по сравнению с исходными организмами. Однако в условиях монополизации и производства семенного материала, и его экспертизы одной или несколькими крупными биотехнологическими корпорациями трудно ожидать объективных оценок этих рисков. В результате, проблема «регуляции рисков» может превратиться в проблему «рисков регуляции»

2.5 Альтернатива использованию ГМО

Альтернатива использованию ГМО – органическое земледелие. Основные принципы органического земледелия просты. Во-первых, землю нужно рыхлить не глубже 5 см, а не копать и пахать. Земля - это живой организм. Ученые убедительно доказали, что глубокая вспашка и перекопка подавляет активность червей и микроорганизмов, разрушает структуру почвы, снижает её плодородие. При глубокой вспашке и перекопке почва насыщается кислородом, что побуждает почвенные бактерии перерабытывать гумус в минеральные элементы, доступные для растений. Это обеспечивает высокие урожаи на вспаханных целинных землях. Но только первые 2-3 года! А потом количество гумуса стремительно падает, урожаи снижаются, слабнет иммунитет растений, распространяются вредители и болезни.

Второй, основной принцип органического земледелия - это мульчирование. Мульча - это все, чем укрыта почва: сено, солома, листья, опилки или просто подрезанные плоскорезом сорняки. В природе нет чёрной земли, она всегда прикрыта листвой или травой. Обнаженная, незащищенная почва перегревается на солнце и очень быстро испаряет влагу, после дождей превращается в грязь и перестает дышать, переохлаждается при заморозках, подвергается эрозии. Мульча защищает землю, создаёт благоприятные условия для червей и микроорганизмов, а со временем превращается в гумус.

Наконец, землю надо оживлять, подкармливая червей и почвенные микроорганизмы. Проще всего для этого использовать "зелёное удобрение", растения-сидераты, которые успешно заменяют навоз, компост и минеральные удобрения. Неоценимую помощь в повышении плодородия почвы оказывают препараты эффективных микроорганизмов. Это полезные микробы и грибки, которые при внесении в почву активно размножаются, утилизируют органику, перерабатывают её в легкоусвояемую для растений форму, подавляют болезнетворные бактерии и грибки, фиксируют минеральные элементы. Тем самым достигается поразительный эффект ускорения роста растений, увеличения массы плодов и сроков их сохранности. Чего, собственно, и стремятся добиться учёные, создавая генетически модифицированные продукты [14]

Выводы

- Пропагандируемое спасение человечества от голода, как признала ООН [15], вряд ли может быть достигнуто с помощью ГМО. Вместо этого за внедрением ГМ-культур в сельское хозяйство многих стран просматриваются тенденции к монополизации ГМ-растений и подходящих к ним пестицидов, а также к замене видового многообразия ключевых сельскохозяйственных культур на 1-2 трансгенных;

- Есть опасность монополизации рынка ГМО, что может иметь крайне отрицательные последствия для всего мирового сообщества;

- Существует необходимость в поиске альтернатив использования ГМО;

- Мир разделился на два лагеря - сторонников и противников ГМО-революции, однако все последствия внедрения ГМО не могут предугадать ни те, ни другие. В этой связи не может не радовать тенденция, согласно которой люди и общественные организации все пристальнее следят за качеством потребляемых продуктов питания, в том числе и за их генетической чистотой;

ДНК (Дезоксирибонуклеи́новая кислота́) - один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

РНК (Рибонуклеи́новые кисло́ты) – нуклеиновые кислоты, полимеры нуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК, содержащей вместо урацила тимин).

ГМО (Генети́чески модифици́рованный органи́зм) - живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии.

ЗСГМО – зона, свободная от ГМО.

ПЦР (Полимера́зная цепна́я реа́кция) - экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).

ГИ (генная инженерия) - раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов

Список литературы

1) http://ru.wikipedia.org/wiki / Генетически модифицированный микроорганизм;

2) Гусева М.А. Товарная характеристика генетически модифицированной пищевой продукции растительного происхождения: Автореферат, 2008 год;

3) Статья: http://prosvetlenie.net/show_content.php?id=13;

4) В.Б. Копейкина, А.Л. Кочинева, Т.Ю. Саксина. Зоны, свободные от ГМО, опыт России: учебное пособие, 2008 год;

5) Слепчук Е. О чем молчит великая молекула: журнал Эхо планеты, 2001 год, № 9 , 2001 год;

6) Иван Игнатьев, Илья Тромбицкий, Анжела Лозан. Генетически модифицированные организмы и обеспечение биологической безопасности: учебное пособие, 2007 год;

7) Статья http://fsc-montreal.blogspot.com/2010/10/blog-post_12.html ;

8) В.Б. Копейкина, А.Л. Кочинева, Т.Ю. Саксина. Зоны, свободные от ГМО :уебное пособие, 2007 год;

9) Berg P., Baltimore D., Boyer H.W., Cohen S.N., et al. Potential Hazards of Recombinant Molecules. Science, 1974;

10) Вельков В.В. Оценка риска при интродукции генетически модифицированных микроорганизмов в окружающую среду. Агрохимия, 2000, N8;

11) Статья: http://www.dietolog.org/gmo/advantages/;

12) Кузнецов В.В., Куликов А.М. Генетически модифицированные риски и полученные из них продукты: реальные и потенциальные риски. Российский химический журнал, 2005 год;

13) Монастырский О.А. Продовольственная безопасность России: вчера, сегодня, завтра. Экоинформ, №4, 2004 год;

14) Статья: ГМО. Генно - модифицированные организмы http://a-est.info/index.php?option=com_content&view=article&id=117:2010-04-05-07-33-52&catid=35:2010-03-30-09-13-13&Itemid=67,

15) Виктория Копейкина, Biosafety.ru,

http://www.biosafety.ru/index.php?idp=23&idn=1589;

16) Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 31 декабря 2004 г. № 13 «Об усилении надзора за пищевыми продуктами, полученными из ГМИ»// Бюллетень нормативных и методических документов Госсанэпиднадзора, № 1. 2008 год.

17) Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дегтярёв С.В. Сельскохозяйственная биотехнология, 1998 год;