История развития генной инженерии и риски ее использования для человека

Содержание

Введение                                                                                                      2

1. Краткая история  развития генной инженерии                                  3

2. Трансгенное сырье:  особенности использования и контроля         5

3. Пищевые риски ГМО                                                                           9

Заключение                                                                                                14

Список использованных источников                                                      15

Введение

Достижения генной инженерии  совсем недавно казались фантастикой, но реальные воплощения ее результатов в практическую деятельность человека превзошли все ожидания. Очевидные результаты использования генно - инженерных решений в медицине, сельском хозяйстве и в пищевой промышленности доказали огромные возможности улучшения, пре-образования и создания новых объектов человеческой деятельности, но еще больше они открыли перспектив для реализации этой деятельности.

Это молодая, но уже окрепшая область научных изысканий создала мощный фундамент развития отраслей народного хозяйства.

Масштабное распространение  в России генетически модифицированных организмов (ГМО), опасность которых доказана учеными разных стран мира, может привести к развитию бесплодия, всплеску онкологических заболеваний, генетических уродств и аллергических реакций, к увеличению уровня смертности людей и животных, резкому сокращению биоразнообразия и ухудшению состояния окружающей среды.

 Получение ГМО связано  со «встраиванием» чужого гена  в ДНК других растений или  животных (производят транспортировку  гена, т.е. трансгенизацию) с целью  изменения свойств или параметров  последних (Кузнецов и Куликов, 2005), например, получение растений, устойчивых к заморозкам, или к насекомым, или к пестицидам и так далее. В результате такой модификации происходит искусственное внедрение новых генов в геном организма, т.е. в тот аппарат, от которого зависит строение самого организма и следующих поколений.

В данной работе рассмотрены  основные риски, связанные с употреблением  ГМО-продуктов человеком в пищу, так же прослежена история развития генетической инженерии и особенности распространения гмо-культур в мире.

1. Краткая история развития генной инженерии

В настоящее время  понятие «генетическая инженерия» расширено и в ней выделено два раздела: генная инженерия и геномная инженерия.

Генная инженерия (или трансгеноз) методами in vivo и in vitro решает задачи введения в геном реципиентной клетки одного или нескольких чуже-родных генов либо создания в геноме новых типов регуляторных связей. При

этом видовая принадлежность реципиентных организмов не меняется, но по-

являются не свойственные им признаки.

Геномная инженерия связана со всей генетической программой орга-низма, и перед ней стоят задачи более глубокого вмешательства в геном, вплоть до создания новых видов организмов.

Генная инженерия в  самом широком смысле слова - это рекомбинация in vitro, и суть ее заключается в конструировании организмов с заданными свойствами путем целенаправленных операций над молекулами или структурами, несущими генетическую информацию. При этом видовая принадлежность организмов не меняется, но появляются не свойственные им признаки.

Генная инженерия возникла не вдруг, а имеет богатую предысторию.

Своими корнями она  уходит в период развития методов  классической генетики (1900-1940). В этот период с помощью количественного  анализа, введенного Г. Менделем, и работ  по изучению законов поведения наследственных признаков удалось сформулировать основное понятие об единице наследственности - гене. Однако материальная природа генов оставалась до середины столетия неизвестной, а генетические методы в этот период носили чисто формальный характер.

С введением микроорганизмов в практику генетики (начало 40-х годов XX в.) увеличилась разрешающая способность генетического анализа и поя-

вилась возможность  взглянуть на наследственность и  изменчивость с хими-ческой точки  зрения.

В этот период были заложены основы для возникновения генной инже-нерии как науки, было показано, что материальной основой наследственно-сти и изменчивости являются молекулы ДНК, постулирована двухцепочеч-ная структура ДНК, доказано, что наследственная информация, содержащая-ся в ДНК, кодируется последовательностью пар оснований. Открыта и - РНК

и доказано, что она  содержит информацию, определяющую порядок  распо-ложения аминокислотных остатков в белках, установлено, что ген  не только кодирует структуру определенного продукта, но и регулирует процесс его синтеза. Полностью расшифрован генетический.

В конце 60-70-х годов XX в. получили распространение исследования нуклеиновых кислот методами in vitro, позволившие синтезировать, выделять и перемещать гены.

Стало понятным, что если есть эмбриональные клетки и «чистые» гены, то появляется возможность заменить определенные дефектные гены пол-ноценными, т. е. осуществить генную терапию. На рубеже 70-х годов были созданы условия для перехода от анализа генов к их синтезу, от изучения ге- нетической природы организмов к их переделке. Вскоре ученые пришли к

выводу, что наиболее реальной является задача конструирования  бактерий с

не свойственными им признаками, в том числе высокоэффективных  штаммов промышленных микроорганизмов.

В 1973 г. С. Коэном было обнаружено, что фрагменты ДНК с «липкими концами» можно получить обработкой ДНК рестрикционными эндонуклеа-зами. В плазмиду ДНК были встроены фрагменты чужеродной ДНК, в ре-зультате чего получены химерные плазмиды. В результате проведенных ис-следований было доказано, что их можно ввести обратно в клетки бактерий в функционально активном состоянии, т. е. клонировать. В последующие годы была продемонстрирована принципиальная возможность клонирования фрагментов ДНК в бактериях любого гена, было сформулировано представ- ление о векторных молекулах, разработаны новые методы объединения фрагментов ДНК in vitro, выявлены основные закономерности экспрессии генов в чужеродном окружении.

Генная инженерия и  возникшее на ее основе новое направление  био- технологии, несомненно, стали мощным средством воздействия человека на

окружающую среду и  самого себя.¹

2. Трансгенное  сырье: особенности использования  и контроля

С ростом населения Земли  увеличивается производство пищевых  про-дуктов, к тому же за право использования продуктивных земель с сельским

хозяйством соперничают  урбанизация и индустриализация. Ожидается, что к

2020 г. Китаю потребуется импортировать такое количество зерна, которое эквивалентно общему объему его производства в США в 1999 г. Африка, где

в настоящее время средняя урожайность кукурузы составляет одну треть, а сладкого картофеля - меньше половины среднего мирового показателя для этих культур, импортирует 25 % потребляемого ею зерна. Второй проблемой

является непредсказуемый  и неконтролируемый характер болезней сельско-

хозяйственных культур, особенно в развивающихся странах.

Произошедшая в 60-70-х годах XX в. «зеленая революция» в производ-стве хлебных злаков позволила утроить мировые запасы продовольствия бла-

годаря улучшению сортов сельскохозяйственных культур и применению аг-рохимикатов (удобрений и пестицидов). Однако во всем мире величина потерь выращенного урожая из-за сорняков, болезней и вредителей сопоставима с объемами сельскохозяйственного производства в Европе 500 лет назад.

После достигнутого в 80-х годах пика урожайности зерновых культур их продуктивность падает в связи с истощением плодородия почв при много- польной системе севооборота и снижением эффективности химических средств защиты растений.

Технология продуктов  питания, полученных путем генетической модификации, имеет чрезвычайно большое значение для увеличения производства продуктов питания и улучшения экологической обстановки.

Самыми распространенными  из трансгенных сельскохозяйственных растений является соя (51 %), за ней следуют быстро набирающая объемы культивирования кукуруза (31 %), хлопок (13 %) и рапс (5 %). Необходимо отметить, что некоторые генно-модифицированные культуры (например, ГМ-соя) уже обогнали по захваченной площади свои «традиционные» аналоги.²

Для ответа на вопрос, представляют ли полученные путем генетической модификации пищевые продукты опасность для человека по сравнению с традиционными, в первую очередь следует остановиться на показателях безвредности традиционных продуктов питания.

Степень безопасности пищевого продукта, полученного из генетически модифицированного организма, определяется на основании результатов сравнения данного продукта с наиболее сходным с ним продуктом, безопас-ность использования которого доказана временем. Такой подход получил на- звание концепции существенной эквивалентности, которая является ис- ходной точкой при оценке безопасности генетически модифицированного продукта. Эта концепция разработана совместно несколькими независимыми международными организациями, а также специально созданными группами

экспертов.

Существенная эквивалентность  или ее отсутствие устанавливаются  для того, чтобы определить, по каким методикам необходимо проводить оценку безопасности продукта. Такой подход подразумевает, что целью оценки не может быть установление абсолютной безопасности. Важным является вывод, что если пищевой продукт, полученный методом генетической модификации, является существенно эквивалентным, то он так же безопасен, как и соответствующий ему обычный пищевой продукт.

Однако, несмотря на огромные возможности генной инженерии, суще-ствует поляризация мнений о безопасности использования генно-модифицированных источников (ГМИ) и продукции на их основе. Это при-ковывает пристальное внимание ученых как в России, так и за рубежом к проблеме государственного контроля за использованием ГМИ на рынке пи-щевых продуктов.

В последние годы созданы  генно-модифицированные микроорганизмы для пищевой индустрии (GRAS), влияние которых на продукт пока не изуче- но. Поэтому методы оценки их безопасности требуют усовершенствования.

Они должны опираться  на пристальное изучение риска неблагоприятного воздействия штаммов на нормальную микрофлору желудочно-кишечного тракта человека, индукцию незаданных метаболических или аллергических сдвигов в макроорганизме, наличие и способность к передаче генного материала, кодирующего антибиотикорезистентность, токсикогенность и др.

Принципиально важным этапом регулирования является государствен-ная  регистрация ГМИ пищевых продуктов  и кормов из ГМИ, основанная на научной оценке риска и являющаяся гарантом их биобезопасности как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Процедура госрегистрации осуществляется Минпромнауки России, Минздравом России и Минсельхо-зом России в части их компетенции. К решению проблемы подключены ве-дущие научно-исследовательские организации, вузы, отдельные именитые ученые и их научные школы.

В ближайшие 20 лет население  Земли увеличится на 1,5 млрд человек.

Главный демографический  рост придется на развивающиеся страны, где ограничены возможности расширения аграрного производства. В этой ситуа-

ции необходимо ускоренное внедрение биотехнологий, в том  числе исполь-зование ГМО. Площадь сельскохозяйственных земель, занятая трансгенными растениями во всем мире, неуклонно растет. Только с 2005 по 2006 гг. рост посевов трансгенных культур составил 13 % или 30 млн га (рис. 1).

Рис. 1. Площадь сельскохозяйственных земель,

занятая трансгенными растениями, млн га (1995 – 2006 гг.)

Продукты, произведенные  из трансгенных растений, составляют сейчас

заметную долю в рационах жителей США. В традиционных для этой страны

продуктах питания используется генно-модифицированные картофель и го-вядина, помидоры и соя, рапс и молоко, хлопок и  кукуруза. Причем некото-

рые продукты и блюда  уже полностью могут быть изготовлены с применени-ем технологий генной инженерии (гамбургеры, салаты, картофель-фри и дру-гие). Американцы потребляют 90 % всего трансгенного картофеля, произво-димого в мире.

В связи с отсутствием  в России моратория на ввоз из-за рубежа транс-генной пищевой продукции она поступает на российский продовольственный рынок. Более того, если в конце 90-х годов прошлого века в России случаи

применения импортных  генетически модифицированных источников при производстве продуктов питания были единичными, то в настоящее время объем и темпы их использования многократно увеличились. Российский ры-нок таких продуктов превышает 1 млрд $, только ежегодный импорт транс-генной пищевой продукции оценивается в 650 млн долларов. По некоторым

оценкам официальных  лиц, в Россию в 2002 году было ввезено 350 - 400 тыс.

тонн модифицированной сои и около 30 тыс. тонн кукурузы. Данные Госу-

дарственного таможенного  комитета РФ подтверждают, что за последние  три

года ввоз трансгенной  сои из США увеличился на 100 %.

В России посевов трансгенных культур для коммерческого применения

пока нет; существуют лишь закрытые экспериментальные поля при различ-

ных исследовательских  центрах. Так, по данным UNIDO (Организация  по индустриальному развитию) и ОЕСD (Организация по экономическому со-

трудничеству) в РФ существуют посадки генетически модифицированных культур картофеля (Москва, Московская обл., Тамбов, Краснодар, Дальний Восток), сои (Краснодарский край), сахарной свеклы (Московская обл., Там- бов, Краснодар, Дальний Восток), кукурузы (Московская обл., Тамбов, Крас-

нодарский край, Дальний  Восток) - с целью испытаний их на биобезопас-ность; трансгенного картофеля (в 18 регионах) - с целью сортоиспытания, а сахарной свеклы и сои (Московская область и другие территории) - с целью переработки и употребления.

3. Пищевые риски ГМО

Все нежелательные события  и риски, происходящие при возделывании и употреблении ГМо-продукции можно  разделить на 3 группы: пищевые, экологические  и агротехнические. Остановимся подробнее на первой группе.

Пищевые риски это:

1. Непосредственное действие токсичных и аллергенных трансгенных белков ГМО на человека и других теплокровных.
2. Риски, опосредованные плейотропным действием трансгенных белков на метоболизм растений.
3. риски, опосредованные накоплением гербицидов и их метаболидов в устойчивых сортах и видах сельскохозяйственных растений
4. риски горизонтального переноса трансгенных конструкций
5. Возможное негативное влияние на здоровье человека генов устойчивости к антибиотикам.³

• Непосредственное действие токсических и/или аллергенныхтрансгенных ГМ-белков на человека и других теплокровных.

Аллергия на продукты питания – явление достаточно распространённое и неуклонно растущее среди населения развитых стран. Это связано, в первую очередь, с неблагоприятной экологической обстановкой, изменением традиционного рациона питания и современными технологиями пищевой промышленности, приводящими к повышенному содержанию в пище химических добавок и консервантов.

Как правило, аллергенным  или токсическим действием обладают трансгенные белки, обеспечивающие устойчивость растений- реципиентов к поражению различными видами насекомых, грибковыми или бактериальными заболеваниями.

Так, в ряде публикаций, обсуждается аллергенное действие трансгенных белков хитиназ, способных разрушать хитиновые стенки вредителей (насекомых и грибов). Генами хитиназ модифицированы различные сорта риса, картофеля, пшеницы и других культур. В то же время хорошо известны так называемые «банановые аллергии», главным аллергеном в которых выступают хитиназы авокадо, бананов, каштана.

Ряд трансгенных сортов кукурузы, табака и помидоров, устойчивых к насекомым вредителям, вырабатывают лигнин – вещество, препятствующее поражению растений. Он может разлагаться на токсичные и мутагенные фенолы и метанол. Поэтому увеличение содержания лигнина в плодах и листьях растений опасно для человека.

• Риски, опосредованные плейотропным действием трансгенных белков на метаболизм растений.

Пищевые риски могут  быть связаны как с плейотропным эффектомсамих трансгенных белков, так и их способностью влиять на работу других генов. Следствием такого эффекта может быть изменение мета-болизма растительной клетки и накопление в ней опасных для здоровья веществ.

 В настоящий момент существуют трансгенные сорта помидоров и картофеля с усиленной продукцией флавоноидов. Принято считать, что их повышенное содержание действует на организм человека положительно. Однако в таких сортах было выявлено резкое изменение состава гликоалколоидов. Для оценки пищевых рисков в таких случаях необходимо осуществление длительных тестов, которые не всегда проводятся.

Проводя работы по созданию трансгенных растений с устойчивостью к факторам среды и для увеличения урожайности, используется ключевой фермент аргинин декарбоксилаза. Результатом усиленного синтеза этого фермента у трансгенных табака и риса является повышенное содержание агматина и вторичных продуктов его разложения. Эти вещества способны влиять на деление клеток и способствуют образованию опухолей.

• Риски, опосредованные накоплением гербицидов и их метаболитов в устойчивых сортах и видах сельскохозяйственных растений.

Создание трансгенных сортов растений устойчивых к гербицидам с одной стороны даёт большой экономический эффект, а с другой - спо-собствует увеличению масштабов их использования.

Для оценки безопасности пищевого применения таких сортов необ-ходимо знать: какова способность таких сортов к накоплению опасных для человека и животных инсектицидов и не происходит ли накопление других ядовитых метаболитов или аллергенов. Следует отметить, что практически все пестициды токсичны для человека. Например, широко используемый пестицид глифосат является канцерогеном и вызывает образование лимфомы.

• Риски, горизонтального переноса трансгенных конструкций.

Горизонтальный перенос  генов широко известен среди бактерий. В ходе эволюции обмен генами осуществлялся  как между ними, так и между бактериями, вирусами и эукариотами. Многие из генов человека имеют бактериальное или вирусное происхождение. Способность обмениваться фрагментами ДНК бактерии сохраняют до сих пор. И это свойство бактерий имеет прямое отношение к экологическим и пищевым рискам использования ГМО.

Большинство сельскохозяйственных ГМ-культур помимо генов, придающим им желаемые свойства, содержат маркерные гены устойчивости к антибиотикам. Существует опасность того, что эти гены могут быть перенесены в клетки патогенных или симбионтных микроорганизмов, обитающих в желудочно-кишечном тракте человека и сельскохозяйственных животных и вызвать у них устойчивость к антибиотикам. В этом случае, использование антибиотика при заболевании приведёт к отбору бактерий устойчивых к нему, и антибиотик начнёт усваиваться микрофлорой непосредственно в кишечнике, не достигая целевых патогенных бактерий, либо не будет оказывать влияния на устойчивые к нему патогенные микроорганизмы. По-скольку основные бактерии-симбионты живут в толстой кишке, то риск включения в обмен веществ касается, прежде всего, плохо всасывающихся антибиотиков, например неомицина и канамицина.

Трансгенные конструкции, несущие в качестве маркерного признака устойчивость именно к этим антибиотикам, до последнего времени широко использовались биотехнологическими компаниями.⁴

Заключение

 Несмотря на многочисленные  исследования об опасности ГМО,  растет количество площадей с  трансгенными культурами: пшеницей, соей, кукурузой, хлопком, картофелем, свеклой, табаком, помидорами и др. На данном этапе развития биотехнологических исследований масштабное распространение ГМО является преждевременным и может представлять реальную угрозу существованию живых организмов на Земле. Любая научная проблема должна пройти свой путь развития, связанный со скрупулезными исследованиями и многочисленными проверками.

 О непредсказуемости  действия генетически модифицированных  организмов неоднократно выступал  научный советник правительства  Норвегии, профессор Терье Траавик,  который занимается генной инженерией более 20 лет. Он заявил, что возможная опасность от ГМ конструкций выше, чем от химических соединений, так как они совершенно "незнакомы" окружающей среде, они не распадаются, а, наоборот, принимаются клеткой, где могут бесконтрольно размножаться и мутировать. По его мнению, необходимы независимые исследования, которые проводились бы не на корпоративные средства.

 Применение новейших  технологий без ясного понимания  последствий их действия может  привести к самым трагическим  последствиям. Масштабное распространение трансгенных организмов и постепенное внедрение чужеродного генетического материала в клетки растений, животных и человека может привести к возникновению необратимых патологических изменений в организмах живых существ и к их вымиранию. В связи с этим возникает необходимость в проведении тщательных научных исследований влияния ГМО на живые организмы и их потомство, а также в разработке безопасных для живых организмов и окружающей среды биотехнологий.

 В связи с несовершенством  применяемых технологий по созданию ГМО продукты их содержащие представляют серьезную опасность для здоровья и жизни человека. Для защиты населения и окружающей среды от плохо изученных ГМ-культур необходимо ввести обязательную маркировку ГМ-компонентов в продуктах питания, организовывать зоны, свободные от ГМО, запретить использование и распространение уже разрешенных ГМ-культур до тех пор, пока не будет доказана и научно обоснована учеными разных стран мира их безопасность, закупать продукты в тех странах, которые не выращивают ГМ-культуры и не производят ГМ-продукты, активно развивать свое сельское хозяйство и производство. Развитие экологически чистой и безопасной продукции должно стать приоритетным направлением для России, важным для сохранения населения нашей страны, природы и жизни на планете.

Список использованных источников

1. Копейкина В.Б., Кочинева А.Л. Зоны, свободные от ГМО. Опыт России Москва: ЭК «Эремурус», 2008.

2. Игнатьев И., Тромбицкий И.,  Лозан А. Генетически модифицированные организмы и обеспечение биологической безопасности. Кишинев: Экоспектр-Бендеры, 2007.

3.   Никифорова, Т.Е. Биологическая безопасность продуктов питания: учеб. пособие / Т.Е. Никифорова; ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2009.

4. Кузнецов В.В., Куликов А.М. Генетически модифицированные риски и полученные из них продукты: реальные и потенциальные риски. Российский химический журнал, 2005. 69 (4)

5.   Цыдендамбаев В., ГМО: Возможные риски. ГМО и Наука, 2005, №4

6. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. А. Войнов, Т. Г. Волова, Н. В. Зобова и др. ; под науч. ред. Т. Г. Воловой. – Электрон. дан. (12 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009.

¹ Никифорова, Т.Е. Биологическая безопасность продуктов питания: учеб. пособие / Т.Е. Никифорова; ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2009. Cтр. 53

² Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. А. Войнов, Т. Г. Волова, Н. В. Зобова и др. ; под науч. ред. Т. Г. Воловой. – Электрон. дан. (12 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. Стр. 99

³ Цыдендамбаев В., ГМО: Возможные риски. ГМО и Наука, 2005, №4 cтр. 8

⁴ Игнатьев И., Тромбицкий И.,  Лозан А. Генетически модифицированные организмы и обеспечение биологической безопасности. Кишинев: Экоспектр-Бендеры, 2007, стр. 28