Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Пермский  государственный технический университет

Кафедра: Охрана окружающей среды 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине: «Экология»

Тема: «ГМО: экологические риски» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент АСУ-07зу-I

Иванов.Д.В.

Проверил: профессор

Халтурин В.Г. 
 
 
 
 

Пермь, 2010

Содержание

Введение

В данном реферате представлен анализ материалов, посвященных исследованию возможного негативного влияния генетически модифицированных организмов (ГМО) на экологические системы. Как и для большинства тем, связанных с ГМО и обсуждаемых в настоящее время, в научной литературе наблюдается широкий разброс мнений о возможных последствиях производства и использования ГМО для экологии планеты. В значительном числе источников преобладает оптимистичный взгляд на эту проблему, основанный на уже многолетнем и весьма масштабном применении ГМО в сельском хозяйстве. Действительно, не вызывает сомнения тот факт, что во многих случаях использование ГМ растений вместо их натуральных родственников приводит к существенному экономическому эффекту, а в ряде случаев позволяет снижать экологическую нагрузку на экосистемы. Сообщения такого рода преобладают в открытых научных публикациях. Однако в целом ряде полученные в результате научных исследований факты вынуждают серьезно относиться к потенциальным проблемам и даже идентифицировать новые риски, которые недооценивались или вообще не поднимались в начальный период «эры ГМО». Оценка этих рисков особенно важна в преддверии появления новых поколений ГМО.

Что такое  ГМО?

Генетически модифицированные организмы (ГМО) – это живые организмы, которым путем внедрения чужеродных генов были приданы новые свойства. Технологию, позволяющую создать ГМО – генную инженерию — часто называют современной биотехнологией.

Современные биотехнологии (создание ГМО) в зависимости от назначения подразделяются на четыре типа:

1. Красные биотехнологии – использование ГМО в качестве фабрики для производства лекарственных препаратов.

Обычно  ГМО для получения составляющих лекарственных препаратов. Ученые изменяют генокод, например, микроорганизма и «заставляют» его вырабатывать нужные вещества. Например, человеческий инсулин из трансгенной бактерии. Это происходит в лабораторных условиях, а конечный продукт получается при помощи ГМО, собственно ГМО не являясь.

Однако в последние годы началось выращивание растений-фармафабрик на фермерских полях. В Канзасе (США) в 2008 году выдано первое разрешение на выращивание в открытом грунте трансгенного риса, содержащего гены человека, ответственные за производство определенных белков и ферментов.

Рис является фабрикой составляющих медицинских  препаратов, сообщается, что они  будут добавляться, в том числе, в молочные смеси для грудных  детей, чтобы сократить их смертность от диареи в странах третьего мира.

Союз  обеспокоенных ученых США направил властям петицию с требованием запретить выращивание риса с генами человека в открытом грунте, под которым поставили свои подписи десятки организаций.

2. Зеленые биотехнологии – использование ГМ-растений в сельском хозяйстве и лесоводстве.

Использование сельскохозяйственных ГМ-культур породило массу споров. Они несут множество потенциальных рисков для здоровья и окружающей среды. Их заявленный потенциал в борьбе с бедностью и голодом также ничем не подкреплен. Создание трансгенных деревьев вызывает не менее серьезную критику экологов. В 2006 году ООН признала их мировой экологической угрозой. Большинство независимых специалистов и общественность видят в их создании лишь способ получения прибыли крупными концернами, по всему миру вводятся ограничения и запреты на выращивание этих ГМ-культур. В мире в 30 странах создано более пяти тысяч таких территорий, которые принято называть «зонами, свободными от ГМО».

3. Белые биотехнологии – использование ГМО в различных отраслях промышленности.

В настоящее время внимание биотехнологических концернов сфокусировано на придании растениям с помощью генной инженерии новых свойств, позволяющих упростить процесс производства этанола.

ГМ-растения - фабрики для производства этого  энергоресурса, выращиваются в открытом грунте и могут беспрепятственно смешиваться с обычными растениями, оказываясь затем на столах у потребителя. Кроме того, совершенно не изучено влияние таких растений на окружающую среду.

Существует  также термин «голубые биотехнологии», он, как правило, применяется к модификациям в водных экосистемах. Например, с ее помощью создается трансгенный лосось с гормоном роста, который растет быстрее обычного. Целью его создания является ускорение воспроизводства этой рыбы, увеличение ее продаж в странах третьего мира, то есть расширение рынков сбыта, замещение традиционных, в частности, для рынка Юго-Восточной Азии продуктов унифицированным биотехнологическим.

История вопроса

Риски, связанные с производством биотехнологической продукции, начали обсуждаться в  научной литературе с 1983 г. (3, 4). К середине 80-х г. в развитых странах вырабатывается государственная политика по биотехнологии. Так, например, в США контроль за использованием ГМО находится в юрисдикции трех агентств, американского Агентства по охране окружающей среды, американского Министерства сельского хозяйства, и американского Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Существует так же координационный комитет, осуществляющий согласованную работу всех трех ведомств по данному вопросу. Цели, задачи и законы, регламентирующие деятельность этого комитета, были опубликованы в 1986 г.

Основные опасности, связанные с масштабным применением ГМО:

• влияние ГМО на биологическое разнообразие, например, вытеснение устойчивыми к внешним воздействиям генетически модифицированными растениями других растений, что может привести к значительному изменениям флоры и фауны;
• «утечка» трансгенов из ГМО в окружающую среду.
• возникновение устойчивости, как вредителей к ГМ растениям, несущим пестицидные признаки¹, так и возникновение устойчивости к антибиотикам у патогенных микроорганизмов.
• недостаточно надежные методы исследования биобезопасноти ГМ продуктов и несоблюдение производителями и продавцами ГМО и ГМ продуктов питания требований законодательства в области биобезопасности продуктов питания.

Влияние на биологическое  разнообразие планеты

Потенциальное влияние ГМО на биоразнообразие  связано с их возможным нецелевым (англ. non-target) действием. Все трансгенные  растения обладают тем или иным нецелевым действием¹, жертвами которого могут быть,

__________________________________________________________

1. Andow D.A. & Zwahlen C. Assessing environmental risks of transgenic plants. Ecol. Lett. 2006, 9, 196-214.

 например, насекомые, травоядные животные, почвенные организмы и пр. В некоторых случаях масштабное производство ГМ растений способно поставить под угрозу такие биологические объекты, причем прогнозирование подобных негативных последствий является чрезвычайно затруднительным.

Почти на протяжении четверти века с момента появления первых культивируемых трансгенных растений не было зафиксировано ни одного случая негативного воздействия

ГМО на нецелевые организмы. Однако в 1998 году появилось сообщение о неожиданном  негативном влиянии Cry1Ab, активного инсектицидного продукта ГМ кукурузы, на зеленую златоглазку¹ (Chrysoperla carnea). Сообщение, подтвержденное впоследствии несколькими независимыми группами, вызвало большой резонанс, поскольку до того момента считалось, что токсин Cry1Ab действует только на чешуекрылых, тогда как зеленая златоглазка принадлежит к сетчатокрылым. И хотя споры о механизме токсического действия этого токсина на насекомых продолжались вплоть до недавнего времени², полученные сведения побудили ученых серьезно отнестись к проблеме нецелевого действия ГМО. В 1999-2004 гг появилась целая серия исследований, суммированных в обзоре³, посвященных исследованию нецелевого токсического действия того же токсина на личинки бабочки монарх (Danaus plexippus L.). Было также выяснено, что токсин Cry1Ab из трансгенной кукурузы способен накапливаться в почве и сохраняться в ней в течение 350 дней, представляя угрозу для почвенных организмов⁴. Недавно было показано, что пыльца кукурузы, содержащей токсин Cry1Ab, в случае ее попадания в реки и озера негативно влияет на __________________________________________________________

1. Hilbeck A. et al. Effects of transgenic Bacillus thuringiensis corn-fed prey on mortality and development time of immature Chrysoperla carnea (Neuroptera: Chrysopidae). Environ. Entomol. 1998, 27, 480–487.
2. De Maagd R.A. Biotechnology meets ecology: insectresistant transgenic plants. In: Genomics for Biosafety in Plant Biotechnology (eds Nap, J.-P., Atanassov, A. & Stiekema, W.J.). IOS Press, Amsterdam, 2004, pp. 117–131.
3. Oberhauser K.S. & Rivers E.R.L. Monarch butterfly (Danaus plexippus) larvae and Bt maize pollen: a review of ecological risk assessment for a non-target species. AgBiotechNet 2003, 5, 1–7.
4. Saxena D. et al. Vertical movement in soil of insecticidal Cry1Ab protein from Bacillus thuringiensis. Soil Biol. Biochem. 2002, 34, 111–120.

некоторых насекомых, населяющих эти водоемы¹. В другой свежей публикации отмечается, что подобные инсектицидные токсины из ГМ растений способны негативно воздействовать на членистоногих².

С момента  появления первых публикаций такого рода ученые из разных стран неоднократно высказывали опасения насчет возможного негативного влияния ГМ растений на биологическое разнообразие. В  частности, Krebs³ аргументировал, что любое негативное воздействие на нецелевые организмы сказывается на биоразнообразии, которое уже и так в значительной мере скомпрометировано хозяйственной деятельностью человека. Примерно в это же время Watkinson⁴ предположил, что культивирование растений, устойчивых к гербицидам, способно негативно влиять на популяцию жаворонков на Британских островах. Эти и другие публикации известных исследователей побудили правительство Великобритании предпринять интенсивные исследования влияния растений, генетически модифицированных с целью придания устойчивости к гербицидам (ГМУГ), на локальные экосистемы и нецелевые организмы, которые были проведены, в частности исследователями Andow⁵, Firbank^6,7. Было обнаружено, что ГМУГ-растения способны влиять биоразнообразие растений в районах их культивирования, и что этот эффект связан с эффективностью соответствующих гербицидов⁶. В свою очередь, как показано в работах Watkinson⁴ и Hawes⁸ это способно приводить к снижению популяций некоторых видов животных вследствие нарушения естественных источников их питания.

__________________________________________________________

1. Rosi-Marshall E.J. et al. Toxins in transgenic crop byproducts may affect headwater stream ecosystems. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 2007, 104(41), 16204-16208.
2. Sisterson M.S. et al. Nontarget effects of transgenic insecticidal crops: implications of source-sink population dynamics. Environ. Entomol. 2007, 36(1):121-127.
3. Krebs J.R. et al. The second silent spring? Nature 1999, 400, 611–612.
4. Watkinson A.R. et al. Predictions of biodiversity response to genetically modified herbicide-tolerant crops. Science 2000, 289, 1554–1557.
5. Andow D.A. UK farm-scale evaluations of transgenic herbicide-tolerant crops. Nat. Biotechnol. 2003, 21, 1453–1454.
6. Firbank L.G. et al., 2003. The implications of spring-sown genetically modified herbicide-tolerant crops for farmland biodiversity: a commentary on the Farm Scale Evaluations of spring sown crops, www.defra.gov.uk/environment/gm/fse/results/fse-commentary.pdf.
7. Firbank L.G. et al. Effects of genetically modified herbicide-tolerant cropping systems on weed seedbanks in two years of following crops. Biol. Lett. 2006, 2, 140-143.
8. Hawes C. et al. Responses of plants and invertebrate trophic groups to contrasting herbicide regimes in the Farm Scale Evaluations of genetically modified herbicide-tolerant crops. Phil. Trans. R. Soc. 2003, B 358, 1899–1913.

Исследовали Lovei и Arpaia¹ в 2005г. изучили влияние трансгенных растений на естественных врагов членистоногих (18 видов хищников и 14 видов паразитов). Были проанализированы результаты 44 лабораторных экспериментов. Несмотря на то, что в ряде случаев были использованы малые экспериментальные группы или наблюдался значительный разброс экспериментальных величин, в целом исследователи пришли к выводу, что трансгенные растения негативно влияли на 35% измеренных параметров у исследованных видов, что способно существенным образом влиять на их популяции.

Таким образом, имеющиеся в настоящее  время экспериментальные данные свидетельствуют о том, что ГМ растения способны, прямо или косвенно, влиять на биоразнообразие флоры и фауны. Можно предположить, что эта проблема будет усиливаться по мере увеличения масштабов производства ГМО. В связи с этим большинство экспертов сходится во мнении, что задачей первостепенной важности является налаживание эффективного экологического мониторинга влияния ГМО на биоразнообразие и нецелевые организмы.

«Утечка»  трансгенов в окружающую среду

Передача  генетического материала от одной  популяции к другой (англ. gene flow) является широко известным фактом. В частности, факт обмена наследственными признаками между культурными растениями и сорняками известен уже на протяжении многих столетий, и ученые уже давно указывали на возможность передачи модифицированных участков генома от ГМ растений к их диким родственникам, об этом писал, например Hancock². Этот эффект, получивший название интрогрессия (англ. introgression), в настоящее __________________________________________________________

1. Lovei G.L. & Arpaia S. The impact of transgenic plants on natural enemies: a critical review of laboratory studies. Entomol. Exp. Appl. 2005, 114, 1–14.
2. Hancock J.F. et al. The opportunity for escape of engineered genes from transgenic crops. Hortscience 1996, 31, 1081–1085.

время зафиксирован для многих ГМ растений. Независимо от того, связан ли такой перенос генов с трансгенными или обычными растениями, последствия такой «утечки» являются трудно прогнозируемыми. Например, гены культурных растений могут замещать дикие гены, что снижает генетическое разнообразие диких популяций¹, особенно в том случае, если гибридные популяции оказываются менее жизнеспособными, чем их дикие предшественники. Альтернативным образом, если гибриды являются более жизнеспособными, чем их родители, они могут захватывать обширные ареалы, вытесняя дикие и культурные виды из естественных или культивируемых. Так, было показано, что перенос генов от культурных растений к их диким родственникам вовлечен в эволюцию сорняков, представляющих серьезную проблему для 7 из 13 наиболее значимых сельскохозяйственных растительных². Вследствие этих и других факторов проблеме переноса генов между культурными и дикими растениями было посвящено огромное число исследований.

Интересно, что при этом вплоть до 90-х годов  прошлого века проблеме переноса генов  от ГМ растений к диким видам не уделялось серьезного внимания, поскольку предполагалось, что риск такой «утечки» незначителен. Однако ситуация изменилась по мере накопления экспериментальной информации, подтверждающей реальность таких событий.

Показательными в этом плане являются исследования переноса генов между масличным рапсом (Brassica napus L.) и его диким родственником Brassica rapa L. Возможность их гибридизации была известна давно, но до определенной поры считалось, что эти гибриды характеризуются низкой жизнеспособностью, а перенос генов от одного вида к другому является маловероятным. Однако в 1994 году Jorgensen и Andersen обнаружили³, что __________________________________________________________

1. Wolf D.E. et al. Predicting the risk of extinction through hybridization. Conserv. Biol. 2001, 15, 1039–1053.
2. Ellstrand N.C. et al. Gene flow and introgression from domesticated plants into their wild relatives. Annu. Rev. Ecol. Syst. 1999, 30, 539–563.
3. Jorgensen R. & Andersen B. Spontaneous hybridization between oilseed rape (Brassica napus) and weedy B. campestris (Brassicaceae): a risk of growing genetically modified oilseed rape. Am. J. Botany 1994, 81, 1620–1626.

гены  устойчивости к гербицидам могут  передаваться от масличного рапса к  дикому Brassica rapa L. При этом сначала считалось, что вероятность передачи трансгенов от ГМ рапса становится ничтожно малой на расстоянии нескольких сот метров, однако затем выяснилось, что подобное перекрестное опыление может происходить на расстояниях более 3 км от места произрастания ГМ растения¹. Впоследствии было высказано опасение, что распространение ГМ Brassica napus L. на территории Британских островов является непредотвратимым. При этом многолетние наблюдения показали, что дикий ГМ вид является устойчивым и способным к распространению².

Таблица 1

Примеры такого рода известны для большинства  других культурных __________________________________________________________

1. Rieger M. et al. Pollen-mediated movement of herbicide resistance between commercial canola fields. Science 2002, 296, 2386–2388.
2. Pessel D. et al. Persistence of oilseed rape (Brassica napus L.) outside of cultivated fields. Theor. Appl. Genet. 2001, 102, 841–846.

растений, произрастающих в разных регионах планеты. Например, эксперименты, проведенные в Корее и Китае¹, показали, что частота переноса генов устойчивости к гербицидам от культивируемого риса (Oryza sativa L.) к дикому рису (O. rufipogon Griff.) весьма существенна и составляет 1,21-2,19% в полевых условиях. В результате многолетних исследований во Франции был зафиксирован перенос генов устойчивости к гербицидам глифосат и глюфосинат от сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) к сорному виду свеклы². В серии недавних публикаций: Abud³, Yoshimura⁴ был отмечен факт передачи генов устойчивости к глифосату от ГМ сои к немодифицированным сортам в Бразилии и Японии. В целом эти и другие исследования показали, что «утечка» трансгенов от культурных ГМ растений к их диким родственникам является объективным и широко распространенным глобальным процессом, ведущим к появлению жизнеспособных диких видов, несущих измененные признаки.

В большинстве  случаев в научной литературе сообщается о передаче трансгенов на небольшие расстояния, от нескольких до нескольких сотен метров, посредством естественных процессов переноса пыльцы растений (ветер, насекомые, водные артерии, животные)^2,3,4. Во многих случаях путем подбора экспериментальных условий и теоретических расчетов удается определить безопасные расстояния, которые должны разделять поля с культивируемыми трансгенными растениями от плантаций их немодифицированных родственников, позволяющие избежать загрязнения трансгенами. Однако в целом эта проблема является чрезвычайно сложной, так как перенос генов зависит не только от указанных естественных факторов, но в настоящее время непосредственно связан с __________________________________________________________

1. Chen L.J. et al. Gene flow from cultivated rice (Oryza sativa) to its weedy and wild relatives. Ann. Bot. (Lond) 2004, 93(1), 67-73.
2. Darmency H. et al. Transgene escape in sugar beet production fields: data from six years farm scale monitoring. Environ. Biosafety Res. 2007, 6(3), 197-206.
3. Abud S. et al. Gene flow from transgenic to nontransgenic soybean plants in the Cerrado region of Brazil. Genet. Mol. Res. 2007, 6(2), 445-452.
4. Yoshimura Y. et al. Gene flow from GM glyphosate-tolerant to conventional soybeans under field conditions in Japan. Environ. Biosafety Res. 2006, 5(3), 169-173.

глобальной  экономической деятельностью. Существенный вклад в эти процессы вносят все более интенсивные экономические контакты между различными странами и регионами планеты. Расширяющееся транспортное сообщение позволяет трансгенам пересекать границы стран и даже континентов. Так, в 2006 году впервые появилось сообщение об обнаружении дикой трансгенной популяции культивируемого растения в стране, в которой это трансгенное растение никогда не культивировалось в индустриальном масштабе. Японские исследователи сообщили об идентификации диких популяций рапса Brassica napus, генетически модифицированных с целью придания устойчивости к гербицидам глифосат или глюфосинат, в окрестностях пяти из шести исследованных крупных портов, а также вблизи двух крупных автомобильных магистралей (Saji et al. 2005). Эти трансгенные сорта рапса никогда не культивировались в Японии; вероятно, они были импортированы в эту страну и попали во время транспортировки в окружающую среду. Более того, в исследовании, опубликованном той же группой исследователей спустя год, сообщалось, что определенная часть диких растений B. napus содержала гены устойчивости к обоим указанным гербицидам¹. Появление этих растений, которые никогда не создавались преднамеренно в коммерческих целях, указывает на интрогрессию, ведущую к множественной гербицидной устойчивости.

Не удивительно, что по мере увеличения масштабов  глобального производства ГМ сельскохозяйственной растительной продукции становится практически невозможным предотвратить  появление ГМ растений на территории даже тех стран, в которых производство ГМО в промышленных масштабах запрещено или ограничено. Так, исследования на территории Франции, в которой в настоящее время введен мораторий на промышленное __________________________________________________________

1. Aono M. et al. Detection of feral transgenic oilseed rape with multiple-herbicide resistance in Japan. Environ. Biosafety Res. 2006, 5(2), 77-87.

выращивание ГМ растений, показали, что 14 из 447 исследованных  партий кукурузных зерен, культивируемых в разных районах страны, содержат до 0,1% генетически модифицированных сортов¹. При этом только две из нескольких идентифицированных модификаций относятся к сортам трансгенной кукурузы, разрешенной к культивированию на территории ЕС. Анализ специфических генетических маркеров позволил утверждать, что появление ГМ растений связано с перекрестным опылением немодифицированных реципиентов их ГМ родственниками. Трансгены были обнаружены в традиционных посевах кукурузы в Мексике², при том что выращивание трансгенной кукурузы запрещено на территории этой страны. Следует, правда, отметить, что результаты последней работы были подвергнуты критике; в частности, высказывалось предположение о допущенных экспериментальных неточностях³.

Указанные случаи передачи генов устойчивости к гербицидам от генетически модифицированных растений к диким видам суммированы в таблице 1.

Во всех опубликованных случаях перенос  трансгенов происходил в пределах одного вида. Однако межвидовая и даже межродовая передача наследственных признаков  у высших растений путем гибридизации является известным фактом, и по этой причине многие исследователи не исключают возможную межвидовую передачу трансгенов⁴. В этой связи недостаток экспериментально подтвержденных сведений на этот счет можно объяснить малой длительностью наблюдений. В любом случае возможные генетические и экологические последствия утечки трансгенов от __________________________________________________________

1. Petit L. et al. Characterization of genetically modified maize in weakly contaminated seed batches and identification of the origin of the adventitious contamination. J AOAC Int. 2007, 90(4), 1098-1106.
2. Quist D. & Chapela I.H. Transgenic DNA introgressed into traditional maize landraces in Oaxaca, Mexico. Nature 2001, 414, 541–543.
3. Metz M. & Futterer J. Biodiversity (Communications arising): suspect evidence of transgenic contamination. Nature 2002, 416(6881), 600-601.
4. Felber F. et al. Genetic and ecological consequences of transgene flow to the wild flora. Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2007, 107, 173-205.

культивируемых растений к диким являются чрезвычайно комплексными и трудно прогнозируемыми. В связи с этим большинство исследователей отмечают необходимость проведения систематических масштабных исследований в области мониторинга экологической безопасности ГМО.

Возникновение устойчивости к пестицидам и антибиотикам

Культивация растений, резистентность которых обусловлена  единичным геном, в конечном счете  приводит к преодолению сопротивления  и к появлению более вирулентных  штаммов. В результате производства сортов, устойчивых к вредителям, появляются насекомые, на которых смертоносные токсины просто не действуют. Так появились колорадские жуки, устойчивые к Bt картофелю¹ (специально выведенному сорту, который "нормальные" колорадские жуки ели и дохли, так как он был для них ядом). В других случаях вредители просто перестраиваются на другие растения - томаты, перцы, баклажаны

Большинство сельскохозяйственных ГМ-культур помимо генов, придающим им желаемые свойства, содержат гены устойчивости к антибиотикам в качестве маркеров. Получается, что обычные антибиотики, как например ампициллин и канамицин используются при производстве пищи. Существует опасность того, что они могут быть перенесены в болезнетворные микроорганизмы, что может вызвать их устойчивость к антибиотикам. В этом случае традиционные методы лечения воспалительных процессов с помощью антибиотиков будут малоэффективны.