Генная инженерия. 17

Генная инженерия - молодая  технология, созданная для улучшения  характеристик живых организмов путем пересадки в них чужого генетического материала, например ДНК рыбы в помидор (чтобы не подмерзал) или бактерии в картофель (чтобы  жук не ел). ГИ кардинально отличается от селекции тем, что ее методы позволяют преодолевать барьеры между видами, чего не происходит в природе. В Украине официального разрешения на выращивания генетически модифицированных растений пока никем получено не было. Однако нет никакой гарантии, что западные продукты, которые покупаются у нас, например, чипсы, печенье, молочный порошок или даже пиво, не содержат в себе генно-модифицированных ингредиентов. Проверять маркировать их пока никто не собирается.

Вторжение в ДНК для  ученых является инструментом, позволяющим менять жизнь, делать его гибким требованиям технической среды. Генетическая инженерия позволяет обращаться с жизнью как с техникой. Действительно генную инженерию можно назвать завершающим этапом адаптации к миру машин. Время одной мысли о генной инженерии, генетически модифицированные продукты в научном мире нет.

Большинство ученых считает, что выпуск генетически модифицированные продукты в окружающей среде могут  вызвать необратимый ущерб биологическому разнообразию экосистем, а также здоровью людей и животных. Эта группа ученых, учитывая ограниченность наших знаний о природе риска ГМО, призывает правительства ввести 5-летний мораторий на коммерческое применение ГМО, чтобы обеспечить необходимое время для более интенсивного мониторинга.

Кроме этого растет разрыв между странами Западной и Восточной  Европы в уровнях осведомленности  о потенциальном риске выпуска  ГМО. Пользуются для экспорта на Восток этой опасной технологии и нежелательной  продукции. Проблема усугубляется и  тем, что люди мало достоверной информации о генетически модифицированных продуктах.

Понятие "генетически  модифицированные продукты" знакомо  не каждому, а если и знакомо, то отношение  обывателя к генной инженерии  нельзя назвать слишком хорошим. На самом деле, - генетика (genetikos - тот, что рождает, плодовитый) - наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Она изучает принципы хранения и реализации генетической информации, раскрывает законы индивидуального развития организмов и вирусов, возникновения в них новых признаков.

А вот генная инженерия - это раздел молекулярной биологии и генетики, целью которого является создание организмов с новыми комбинациями наследственных свойств, в частности, таких, которые не распространены в  природе. Например, глобальное потепление можно будет победить, создав растения и животные, генетически измененные так, чтобы противостоять росту температур и засухам.

Кроме, этого уже сейчас создан и запатентован вид кур, в  которых отсутствует материнский  ген, заставляющий кур высиживать яйца, что невыгодно для птицефабрик. Так, вид за видом, изменяя, жизнь все больше приспосабливается к техносередовища.

Если увлекаться генной инженерией, то не исключено, что вскоре вокруг будут только одни маленькие  чудеса. Все-таки, не просто понять хорошо или плохо, что мы дошли до генной инженерии.

Генно модифицированные продукты - это продукты, которые  получены за счет изменений генетического  аппарата живых организмов. Все продукты, используемые в сельском хозяйстве, они все полученные за счет технологий, которые изменяют генетический аппарат. Это традиционная селекция, а сейчас это методы генетической инженерии, эту сеоекцию значительно ускоряют. Традиционно селекция дает, например, сорт растений за 10 - 15 лет, а генная инженерия за год за два. Есть потребность в увеличении сельскохозяйственных хозяйственных продуктов для того чтобы решить продовольственную проблему, которая достаточно острой в мире. Такими традиционными способами уже это трудно сделать. Почему столько недоразумений и оговорок к генно модифицированной продукции у общественности

Первая причина - это  слабая осведомленность с природой этих продуктов. А во-вторых есть это  результат конкурентной борьбы этих фирм, получающих продукты сельского  хозяйства традиционными подходами.

Они важны для решения  продовольственных программ. Они  должны быть соответственно обозначены и люди должны иметь право выбора данных продуктов: покупать их не покупать, принимать или не принимать.

Отсутствие информации о распространении генетически  модифицированных организмов приводит к низкому уровню осознания проблемы населением и даже правительственными лицами. Можно сказать, что законодательная база в Украине по ГМО не разработанной и серьезно отстает от стандартов ЕС.

В настоящее время  в Украине нет действующего закона, по деятельности, связанной с генетически модифицированными организмами. Многие законопроекты так и не стали законами. Прорецензувавшы последний из них «О биобезопасности генетически измененных организмиви продуктов», кандидат юридических наук Ирина ТУСТАНОВСКИЙ и его считает несовершенным. Основным из недостатков является недостаточное участие общественности. Негативным является и то, что сфера деятельности не распространяется на генетически инженерную деятельность в замкнутых системах (например, в лабораториях относительно высоких классов). Недостатком является и то, что информация о генномодифицированные продукты может быть признана конфиденциальной. Некоторые из этих законопроектов учитывали стандарты ЕС, но за основу брали Картагенський протокол, принятый 30 января 2000 года в г. Монреаль (Канада). Основным принципом протокола является принцип оговорка: государство может отказаться от ввоза на ее территорию ГМО, если считает, что такие организмы повлекут опасность, не нарушая при этом ВТО.

Относительно действующего законодательства Украины, то в законе «О защите прав потребителей» есть положение о том, что потребитель  имеет право на получение необходимой, доступной, достоверной и своевременной  информации о товарах (работах, услугах). И эта информация должна содержать кроме названия произведения, цены, даты изготовления и др.., Щей отметку о применении генной инженерии при изготовлении товаров.

Пропагандируя генетически  модифицированные продукты, нам говорят, что все это - достижения цивилизации. генная инженерия позволяет переносить в растения (кукурузу, рапс, сою, картофель и др.) гены из бактерий, вирусов, животных или других растений. Это делается для наделения их новыми характеристиками: быстрым созреванием, высокой урожайностью, устойчивостью к вредителям или болезней. Некоторые ГМО, по мнению специалистов, могут вызвать аллергии в определенных групп людей. Ситуация осложняется отсутствием маркировки на ГМ-продуктах в большинстве стран мира. Уже сейчас многие со страхом удивляются генетически модифицированное будущее, на глобализационные процессы. Кажется, что наш экологический час уже намекает на финиш. В список известных в СНГ фирм, продукция которых может содержать генетически модифицированные продукты можно отнести продукцию Сoca Cola, Danone, Heinz, Hipp, VacDonalds, Nestle, Stimorol, Wrigleys.

А также маленькая  информации о горячей пятерку мировых корпораций или генетических гигантов, среди которых ASTRA ZENECA (масштабная компания посевных культур), DuPont (фармацевтической и агрохимическая компания), и уже достаточно известна MONSANTO, на долю которой приходится 88% всех ГМ- культур, выращенных в США в 1998 году. Между прочим в 2000 году последняя компания сменила название на Фармация.

Известно, что в продуктах  пищевой промышленности часто используются ферменты, которые производят геннно модифицированные организмы. Недавно швейцарский Федеральный институт технологии доказал, что именно эти ферменты являются главными виновниками аллергий и астмы. А также в Йоркской лаборатории питания было сделано открытие о том, ГМ-соя может иметь явный негативное влияние на человека, а именно: вызвать болезни кожи, желудка и аллергию. Еще одна проблема таких продуктов - это токсичность, которая заключается в замедленной действия. Известно, что срок проявления действия токсического белка может занимать около 30 лет. Его превращение из полезного на болезнетворных может быть вызвано даже малейшими изменениями аминокислотного состава.

Генная инженерия в  пользу человека

Успехи генной инженерии могут быть использованы в интересах самом человеке - в борьбе с наследственными болезнями (ныне появилась возможность получать белок таким путем, который определяет синтез трамбопластину - первый этап заседания крови) получена сыворотка против одной из форм гепатита ; ведутся исследования с вирусами гриппа, созданы продуценты биологически активных веществ - инсулин (необходим для лечения диабета), самотропний гормон (природный стимулятор роста), интерферон (белковое вещество, которое способствует активной борьбе клеток организма с вирусами).

А в 1999 году группа генетиков  во главе с Саймоном Мак-Квин мезонов  из университета Йорка (Великобритания) сумела получить уникальный природный  клей. Он создан на основе белка, вырабатываемого  мидиями вида "Мутилус галопровинциалис". Белок обладает необычной клейкостью, эластичностью и одновременно с этим отталкивает воду. Химическая структура позволяет ему проходить между молекулами двух разных веществ, объединяя их еще крепче. Для получения этого клея не нужно убивать тысячи моллюсков. Ученые уже переместили генетический код белка в табачные растения, и из листьев этих растений теперь клейкое вещество будет добываться промышленным путем. Очень важной особенностью клея стало то, что он не отталкивается человеческим организмом и может скреплять живые ткани. Ученые считают, что новый клей произведет революцию в медицине.

Биотехнология - это совокупность промышленных методов, применяемых  для производства различных веществ  с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений. Сам термин "биотехнология" появился в 70-х годах XX ст. (Биос - жизнь, Технос-искусство, мастерство, логос - слово, учение) хотя биотехнологические принципы человек разработала уже давно - использование жизнедеятельности микроорганизмов для выпечки хлеба, изготовления сыра и других молочных продуктов, виноделия, пивоварения.

Сейчас технология биологических  процессов вступает в современном  мире исключительно большое значение. Взаимодействие молекулярной биологии, генетики, генной инженерии, биохимии и микробиологии, химии и химической технологии в области проблем биотехнологии ведет к созданию новых биологических агентов, совершенствование управления биосинтеза т.д.. Биотехнологию условно делят на два раздела:

• традиционная (куда входит технологическая микробиология, а также техническая, биохимическая и инженерная энзимология)
• новая (куда входят генетическая и клеточная инженерия).

2.1 Ферментация в биотехнологии 

Традиционная биотехнология  основана на ферментации. За последние 30 лет возник ряд новых производств, основанных на использовании различных мицелиальных грибов, дрожжей, бактерий, реже водорослей. С помощью микроорганизмов получают такие лекарственные препараты как кортизон, гидрокортизон и некоторые другие, относящиеся к группе стероидов. Микроорганизмы используют для получения некоторых нуклеотидов и цитохромов. Они являются продуцентами витаминов В2 и В12, которые используют для синтеза бета-каротина. Широко используют полисахариды, полученные в значительном количестве благодаря ряду микроорганизмов.

Их применяют в медицине, например, как заменитель плазмы крови - декстран, в пищевой, текстильной, парфюмерной промышленности и для увеличения добычи нефти. Расширяется возможность массового производства на применении вирусных и бактериальных препаратов для профилактики заболеваний сельскохозяйственных животных. Также микроорганизмы используют в хлебопечении, для получения уксуса, молочнокислых продуктов, этанола, глицерина, ацетона, бутанола и ряда органических кислот.

Одним из наиболее перспективных  направлений традиционной биотехнологии является использование микроорганизмов как один из способов защиты растений от вредителей.

2.2 Средства защиты  растений 

Развитие этого направления  определяется многими недостатками пестицидов и других средств защиты растений. Во-первых, абсолютное большинство пестицидов являются сильными биологическими активными веществами и негативно влияют на растения. Это может выразиться в ухудшении роста, развития и общего состояния растения.

Во-вторых, слишком частое использование пестицидов может уничтожить всю микрофлору, в первую полезную, так как она очень чувствительна к пестицидам. Этим нарушаются нормальные микробиологические процессы в почве, в том числе симбиотические и ассоциативные, что часто приводит к снижению сопротивления растений вредителям, болезням, сорнякам. Это может проявиться и в период хранения урожая, когда происходит изменение микрофлоры поля на микрофлору хранилища. Пример - увеличение порчи картофеля возбудителей мягкой гнили, вследствие многократных обработок пестицидами против колорадского жука и фитофторы, особенно на фоне избытка органических и азотных удобрений.

В-третьих, неумелое использование  пестицидов может способствовать появлению  новых устойчивых форм организмов-вредителей. В ситуации, которая сложилась в сельском хозяйстве, одним из выходов является замена пестицидов на микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы), живые организмы (хищники и паразиты вредителей и возбудителей болезней), или продукты их жизнедеятельности. Для этой замены сделано немало. Уже сейчас получены препараты микроорганизмов, отобранные насекомые-хищники, клещи и нематоды, паразитические организмы разного уровня организации. Разработанные методы выращивания таких животных и микроорганизмов и их применение в поле и закрытом грунте. Препараты для борьбы с фитофагами поступают в продажу с инструкцией по использованию.

Гораздо труднее сложились  дела с биозащитой растений от болезней. Несмотря на многочисленные разработки биопрепаратов для защиты растений от болезней пока только некоторые из них рекомендованы для использования. Это прежде всего антибиотики, которые имеют некоторые преимущества по сравнению с фунгицидамы: они в основном хорошо растворяются в воде, достаточно устойчивы к окружающей среде, довольно легко проникают в ткани растения. Эти их признаки позволяют использовать их для подавления возбудителей болезни. Почти все антибиотики способны подавлять широкий круг патогенов: грибы, бактерии и микоплазмы.

Проводятся поиски и  антивирусных антибиотиков. В некоторых  странах разрешено использовать антибиотики медицинского назначения или синтезированные защиты растений в чистом виде или в смеси с фунгицидамы.

Некоторые зарубежные фирмы  уже выпускают препараты антибиотиков специально для защиты растений: бластоцидин, касугимицин, полиоксин, валидамицин и другие. В нашей стране наиболее распространенными антибиотиками являются трихотецин, фитобактериомицин и фитолавин-100. Антибиотики являются продуктами биотехнологии, но все же их трудно признать средствами биометоду защиты растений. Принципиально они не отличаются от обычных фунгицидив и бактериоцидив химической природы, кроме того, что они являются продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

Это обычные органические соединения, но синтезированные не в химическом реакторе, а живой клетки. Антибиотики обладают всеми преимуществами и недостатками химических пестицидов:

1. Антибиотики активны не только против патогенов, но и против всей микрофлоры растения.
2. Антибиотики токсичны для теплокровных животных, в том числе и для человека и плохо влияют на растение. Исключение составляют, например, антибиотики пеницилинового ряда, которые нарушают синтез клеточной стенки бактерий.
3. Применение антибиотиков приводит к отбору микроорганизмов, в том числе и патогенов, устойчивых к их действию. Этот фактор делает нереальным применение большинства антибиотиков в сельском хозяйстве.
4. Стоимость препаратов, изготовленных на основе антибиотиков, выше стоимости препаратов химической природы. Учитывая эти факторы, можно сказать, что применение антибиотиков для защиты растений от болезней не имеет перспективы, если только не будут найдены высокоспецифические соединения, которые избирательно уничтожали патогены, при этом не нанося вреда растениям, животным и полезным микроорганизмам.

Чтобы избежать негативных последствий применения антибиотиков были предприняты попытки использовать микроорганизмы продуценты антибиотиков. Антагонизм характерен для большинства микроорганизмов, находящихся на всех частях растений и внутри тканей растений. Особенно сильное антагонизм проявляется среди почвенных микроорганизмов, где микрофлора весьма разнообразна и плотность микробного населения очень высока. Свойство антагонизма привлекла внимание микробиологов, работающих в области медицины фитопатологии растений, пищевой промышленности. За последние 40 лет исследователями микробиологами сделана огромная работа по выявлению антагонистов, изучению их биологии, взаимоотношений с патогенами и другими микроорганизмами, отношению к растениям и животным. В результате среди грибов, бактерий и большинства актиномицетов обнаружены антагонисты практически до всех патогенных грибов, бактерий, актиномицетов и даже микоплазма. Найденные вирусы фитопатогенных бактерий и актиномицетов, обнаружены паразиты паразитов на разных уровнях организации живого. Таким образом, создан арсенал для развития классического метода биологической защиты растений, предусматривающий использование живых организмов для контроля числа нежелательных (в том числе патогенных) организмов в агроценозах. Американские микробиологи Калифорнийского университета в Беркли обратили внимание на то, что в условиях Калифорнии большинство цитрусовых повреждается слабыми заморозками (0оС) за счет образования кристалликов льда в тканях растений. Более того повреждаются не все растения подряд, а избирательно, устойчивость к заморозкам зависит от сорта и вида растений. Заинтересовавшись этим явлением, группа исследователей под руководством Линдов обнаружила, что за это явление ответственные бактерии, существующие на листьях и в тканях растений. Это бактерии Pseudomonas syringae, которые относятся к большой группе бактерий, вызывающих болезни листьев и побегов растений, и Erwinia herbicola - бактерии кишечной группы, которые вызывают поражение корней растения.

Оба вида бактерий заселяют ткани цитрусовых без заметных признаков их повреждения, но в то же время не могут существовать за пределами растения и быстро погибают в почве, воде и других возможных средах. В случае образования кристаллов льда нетрудно выделить мутантные клетки, потеряли эту способность, но не изменили способность заселять ткани растений. При обработке молодых растений кукурузы, томатов или клубники суспензией клеток бактерий Pseudomonas syringae, утративших способность образовывать кристаллы льда, растения нормально заселяются бактериями и не повреждаются заморозками. Таким образом, можно защитить растения, если заменить "нормальную" микрофлору такой же, но мутантные, которая потеряла способность к синтезу фактора образования льда. Важно то, что такие микроорганизмы тесно связаны с растением и не допускают заселение родственными организмами. Действительно, растения, заселенные мутантными бактериями, не в состоянии будут жить такими же клетками дикого типа, которые образуют кристаллы. Но если растение уже заселено клетками бактерий дикого типа, то она уже не может заселяться мутантными. Таким образом, для успешной защиты растения этим способом необходимо сделать ее хотя бы частично стерильной или по крайней мере уменьшить количество клеток дикого типа. Этого можно добиться, например, предыдущим обработкой химическими веществами, или, как предложили американские ученые, препаратом вирусов бактерий (бактериофагов), к которому чувствительны клетки дикого типа, но устойчивые мутантные.

Сейчас в США и  в некоторых других странах разработаны препараты для защиты растений от заморозков и проводится их тщательная проверка в контролирующих условиях на возможную патогенность к широкому кругу хозяев, токсичность и отдаленные последствия для человека и экологическую безвредность. Существует опасение, что вытеснение из природы бактерий, образующих кристаллы льда, может нарушить процессы образования дождя и снега. Но пока проходят опыты, созданы и отрабатываются комплексы препаратов самых разных направлений. Например, с помощью современных методов получены бактерии псевдомонад, обладающие антагонизмом к ряду возбудителей болезней, которые способны заселять листья растений или корни и синтезировать токсины против насекомых. Следовательно, полученный препарат, способный стать прообразом будущих биопрепаратов комплексного действия для защиты растений от вредителей и болезней. Необходима длительная и тщательная проверка этого препарата в контролирующих условиях, но уже сейчас он нашел себе применение как биоинсектицид. Убитые клетки этих бактерий в два раза дольше удерживают токсин на листьях растения, чем клетки бацилл.

Интенсивное изучение взаимоотношений  между микро-и макро-организмами  в биогеоценозах на всех возможных  уровнях (популяционном, организменном, клеточном и молекулярном) дает право надеяться, что уже в ближайшее время будут установлены новые закономерности, на основе которых будут разработаны методы биологического контроля состав агроценозов. Одним из способов осуществления такого контроля может быть применение препаратов разных типов и свойств на основе живых микроорганизмов.

2.3 Традиционная биотехнология  в других сферах жизни 

Также жизнедеятельность  микроорганизмов используется еще  в некоторых областях человеческого  бытия. Так, например в кондитерской промышленности широко используют лимонную кислоту, которую получают в результате жизнедеятельности специально выведенных микроорганизмов. Сейчас в мире производится около 400 тыс. тонн этого продукта. Такого количества лимонной кислоты не обеспечили бы никакие цитрусовые плантации.

Все шире становится ассортимент  ферментов - протеазы, нуклеазы, амилазы, глюкоамилазы, каталазы - продуцирующие  микроорганизмы, некоторые из них, например, нуклеазы, используют в генной инженерии. Кроме того, микроорганизмы используют для получения вакцин.

Перспективным является использование микроорганизмов  в гидрометаллургии для выщелачивание  металлов из бедных руд с целью  повышения их произведения.

Литература:

Новости генетики. - К., 2002.

Генная инженерия в XXI веке: победа или поражение человечества? - К., 2003.