Як згадувалось у вступі, генна інженерія - це принципово новий підхід до людства, який лякає двома способами:

Один живиться очікуваними наслідками «несанкціонованого» втручання в процес еволюції, другий - можливістю та практикою горизонтальної рекомбінації, що характеризується як нереальне.

14.1. Генна інженерія та еволюція

Щоб зрозуміти цей зв’язок, спростимо сьогоднішнє сільськогосподарське виробництво. Зрештою, рослинництво - це використання життєвих процесів не більше кількох десятків видів рослин для суспільства. Як перший крок у цьому підході наші культури вловлюють невелику частку променистої енергії Сонця (1–3%), зберігають її в органічних сполуках, а на другій стадії синтезують ряд макромолекул. Останні використовуються як їжа, корм, паливо та промислова сировина тощо.

З біотехнологічної точки зору сьогоднішнє рослинництво також можна розуміти як цукор, білок, олія, целюлоза, алкалоїди тощо, а не пшениця, кукурудза, соняшник тощо. ми виробляємо в полі. Хімічні рослини, що виробляють ці речовини, є рослинами, точніше рослинними клітинами. Процес виробництва - це метаболізм рослин. Це підводить нас до точки, коли генна інженерія може бути пов’язана з еволюцією.

Це пов’язано з тим, що метаболізм рослин регулюється - прямо чи опосередковано - генетичною програмою, яка міститься в кожній клітині рослини. Генетична програма зберігається в ДНК клітини за правилами генетичного коду. З біотехнологічної точки зору це означає, що інформація про структуру (структурні послідовності) та синтез (регуляторні послідовності) усіх білків, специфічних для конкретної особини (виду), кодується у ДНК усіх рослинних клітин.

На підставі наших досліджень на сьогоднішній день стає ясно, що протягом приблизно чотирьох мільярдів років життя на Землі еволюція (мутація, рекомбінація, відбір тощо) модифікувала цю молекулу (ДНК) і програму, яку вона кодує, незалежно від людини. Отже, рослини, вирощені сьогодні, були сконструйовані не нами, людьми, вони еволюціонували незалежно від нас. В даний час ми вирощуємо ці види не тому, що ми їх вигадали собі, а тому, що наші предки вибрали їх тисячі років тому із запасів природи.

Сучасне сільське господарство та науки, що його обслуговують, намагалися максимально використати споруди (польові, садові, лісові види), які природа запропонувала протягом останніх століть. Однак вони не зробили того маленького, але величезного кроку, який дозволив би їх штучно змінити.

Тож суть генної інженерії полягає в тому, що ми, люди, змінюємо генетичну програму, яка контролює функціонування (життя) живих організмів, в даному випадку рослин, відповідно до потреб людства (економіки). Це суть, стратегія та можливість нової генної інженерії.

Це величезна можливість в руках людства жити. Ми зробили перші кроки в цьому напрямку, але через недоліки наших знань наслідки, які ми зробили, не можна точно спланувати заздалегідь. Це викликає страх у багатьох людей. Законодавство є гарантією того, що дослідження та розробки можуть відбуватися у вигідному для суспільства каналі.

14.2. Генна інженерія та горизонтальна рекомбінація

У природній еволюції рушієм розвитку є мутації та рекомбінації, тобто зміни в генетичній інформації та нові комбінації індивідуальної інформації.

Природна (in vivo) рекомбінація, як правило, може відбуватися всередині виду, між особинами та популяціями, у стосунках батьків та нащадків, що також можна назвати вертикальною рекомбінацією.

На відміну від природної рекомбінації в живому світі, генна інженерія надає можливість горизонтальної рекомбінації. Використовуючи рекомбінацію in vitro, гени вірусів, бактерій, грибків, комах, тварин та людини можуть бути включені в геном рослин і навіть функціонувати там, що викликало та викликає етичні проблеми у багатьох людей.

Джерела цих побоювань здебільшого пов’язані з відсутністю знань та освіти попередніх десятиліть. У наш час, коли вже відомо, що інформація про життя на Землі кодується в одних і тих же молекулах, згідно з тими ж принципами, і ця генетична інформація, напр. якщо існує більше ніж 90% ідентичності між людьми та мавпами, то горизонтальна рекомбінація - це лише величезна можливість і не проблема, якої слід боятися. Це може ще більше зменшити наш страх, що буде публікуватися все більше доказів про горизонтальну рекомбінацію, яка також зустрічається в природі, наприклад бактерії та рослини, віруси та людина тощо. між. Звичайно, це не виключає відсутності непередбачуваних та очікуваних наслідків через недоліки наших сучасних знань.

Ці так звані нецільові наслідки - це ті фактори, які сьогодні є факторами ризику для генної інженерії і чия кількість та вага зменшуватимуться в майбутньому із зростанням наших молекулярно-біологічних знань.

Тим часом відповідальні державні органи та професійні комітети в країні несуть відповідальність за розгляд факторів ризику в кожному конкретному випадку до прийняття своїх рішень (дозвіл або відхилення заявки на ГМ):

Точне визначення небезпеки: точне визначення та характеристика потенційних несприятливих наслідків

Оцінка величини небезпеки: визначення ступеня небезпеки потенційних негативних наслідків

Оцінка ймовірності виникнення небезпеки: визначення можливості виникнення конкретної несприятливої ​​події

Кількісна оцінка величини небезпеки: виходячи з величини небезпеки та ймовірності її виникнення

Остаточна оцінка ризику: порівняння оціненого ризику з очікуваними вигодами

Фактори, що становлять конкретний ризик, можна розділити на дві великі групи - біологічні та економічні.

14.3. Біологічні (екологічні) фактори ризику

Причини біологічних факторів ризику можна простежити за самими ГМ рослинами, точніше за генетичними та фізіологічними відмінностями, в яких ГМ рослини відрізняються від природних. Згідно з визначенням, наведеним у вступі, види ГМ відрізняються від звичайних видів тим, що вони містять один або кілька генно-інженерних генів (трансгенів) в ядрі кожної клітини і відповідно продукують один або більше нових білків у кожній клітині або в клітинах деякі їхні органи та тканини. Відповідно, нам потрібно окремо оцінити вплив самого гена (вектора) та можливі наслідки утвореного нового білка.

14.3.1. Трансгенні ефекти

Коли ГМ-рослина споживається безпосередньо як їжа або корм, ДНК трансгену розщеплюється в травному тракті, подібно до інших генів рослини. Трансген у будь-якому випадку становить лише частку десяти тисяч або ста тисяч загального генофонду рослини (геномної ДНК), тому його розмір незначний у порівнянні з розміром геному.

Однак, якщо вектор експресії, що містить трансген, також містить ген стійкості до антибіотиків (наприклад, стійкість до канаміцину), слід застосовувати спеціальні експерименти з вигодовуванням тварин, щоб переконатися, що ген антиоміцин фосфо-трансферази резистентності до антибіотиків (nptI) погіршений і в травному тракті тварини зі складними шлунками. Експерименти з годуванням, також підтримані ВООЗ (Всесвітньою організацією охорони здоров’я), показали, що nptI. ризик інтеграції в геном бактерій, що живуть у рубці, практично дорівнює нулю, але якби це сталося, це також не представляло б ризику, оскільки канаміцин не використовується в медицині. Для досягнення реальної безпеки вектори трансформації більше не містять ген nptI.

Трансгенна втеча може бути проблемою лише в тому випадку, якщо ми зробимо це проблемою. Це тому, що ми можемо з упевненістю сказати, що втечу трансгену не можна запобігти. З цього випливає, що не можливість втечі, а втеча небезпечного гена може бути дійсно небезпечною. Тож нам потрібно переконатися, що небезпечний ген випадково не потрапить у навколишнє середовище. Втеча трансгену означає, що ген або рослина, частина рослини, що несе ген, виходить з-під контролю людини, що несе за собою можливість подальшого перенесення до іншого виду, сорту тощо шляхом схрещування. Таким чином, трансген може втекти шляхом схрещування, насіння або вегетативної частини.

Статеве схрещування може відбуватися з пилком, який заноситься вітром або комахами в маточки видів рослин або сортів, на яких пилок здатна запліднюватися. Трансген може передаватися пилком до споріднених видів (наприклад, ріпак) або до диких форм виду (наприклад, трав, метеликів) або до культурних видів. Під час цього процесу утворюються гетерозиготні для трансгену рослини, потомство яких міститиме лише 50% трансгену.

Однак небезпека не така велика, як ми могли б подумати, виходячи з вищезазначеного, оскільки наші найважливіші польові культури (наприклад, кукурудза, пшениця, соняшник, соя тощо) не мають родичів в дикій флорі Угорщини, з якими вони могли б схрещуватися і ці рослини можуть рости лише в культурному середовищі.

У Європі озимий ріпак (Brassica napus) має такі бур'яни, як Brassica campestris (дика форма B. rapa), з якою він схрещується статевим шляхом, а потомство плодюче.

Ген також може втекти з насінням під час збору врожаю. Розкидані на землі або під час транспортування після збору врожаю. Насіння можна механічно змішувати з насінням інших сортів (сорти, що не містять ГМ), на великих складах та в силосах. З пилком ГМ-рослин, що вилуплюються з цих насіння, трансген може бути переданий іншим видам, диким сортам та сортам цього виду, як описано вище.

Втеча нестатевим шляхом можлива у випадку вегетативно розмножуваних та відтворюючих рослин, коли коріння та бульби можуть залишатися в грунті, з яких (наприклад, підщепи) можуть розвиватися нові рослини та дерева.

Поява нових штамів вірусу також виявилося у стійких до вірусів трансгенних рослин, у геном яких інтегрований вірусний ген (наприклад, оболонковий білок). Було припущено, що вірусні РНК, синтезовані з вірусних генів (ДНК) у клітині ГМ рослин, можуть рекомбінувати з вірусними РНК, що інфікують рослину.

Дослідження в 1990-х підтвердили цю гіпотезу (Greene and Allison 1994). Однак нам слід знати, що в природі постійно з’являються нові віруси, і в цьому відношенні ГМ-культури не вносять суттєвих змін. Також не слід забувати, що ми ще не знаємо про багато вірусів, з якими ми живемо, оскільки вони ще не були виділені та описані.

14.3.2. Вплив продукту трансгену (білка) (рис. 14/1)

цифрова

14/1. Рисунок: Біологічний (екологічний) фактор ризику поширення, вирощування, збуту трансгенних сортів, продуктів харчування та кормів, виготовлених з них

Продуктом трансгену є або білок, або ферментний білок. Останній каталізує якийсь синтез, при якому в ГМ рослині присутні додаткові білки, вуглеводи, жирні кислоти, антитіла тощо. виробляються.

Залежно від промотору, вироблені нові, чужорідні або рекомбінантні білки присутні у всіх органах і клітинах рослини або лише в певних органах і клітинах.

Важливим аспектом трансгенного продукту (білка) є знання його впливу на природну флору, фауну, культурну флору, людей та нецільову дику природу. Токсикологічні, алергологічні випробування та експерименти з годівлею тварин необхідні для того, щоб мати можливість виявити генні конструкції, які можуть бути небезпечними для навколишнього середовища, та ГМ-рослини, які їх несуть, навіть на експериментальній стадії.

Нецільовий вплив може мати місце на білки, що виробляються у всіх клітинах рослини, зокрема білки, що виробляються для знищення патогенних мікроорганізмів та шкідників або бур’янів.

Вплив інгібіторів протеази, що виробляється проти комах, а також виражається в корені на ґрунтових комах або личинок, або вплив загальних гербіцидів на гірші рослини або водорості в ґрунті в будь-якому випадку вимагає кількох років детальних екологічних досліджень.

Для використання в якості їжі або корму необхідні токсикологічні дослідження. Більшість стійких до комах ГМ-рослин у державному виробництві виробляють білок cryIIIA, кодований геном Bt., Або його різновидом. Важливо пояснити, що відбувається з цим білком у тварин, які споживають ГМ рослини як корм. Експерименти з годуванням з мишами продемонстрували, що білок можна безпечно вживати тваринам. Жодних несприятливих наслідків для росту, розвитку та розмноження тварин не спостерігалося при введенні в багаторазових дозах. В експериментах перетравлення in vitro з очищеним білком cryIIIA білок Bt показав особливо короткий період напіввиведення. Ці результати доводять, що стійкі до комах рослини, що виробляють Bt-токсин, або продукти, виготовлені з них, можуть спокійно споживатися людиною.

Модифіковані та переважно біореакторні ГМ рослини у своєму метаболізмі виробляють різні ферменти, пептиди, білки людини, пластмаси, циклодекстрини та ін. вони виробляють або надмірно продукують і накопичують це у своїх насінні. Ми ще не маємо жодних оцінюваних даних про потенційні негативні наслідки для птахів або ссавців, які споживають ці насіння.

Для більшості людей з алергією характерна негайна гіперчутливість до імуноглобуліну Е (IgE).

Рослини виробляють майже 100 000 різних білків. Лише незначна частина з них викликає алергію. Понад 90% рослинних білків, що викликають алергію, надходять з арахісу, сої, фундука та пшениці.

Харчові продукти, виготовлені з ГМ-рослин, якщо вони містять нові або рекомбінантні білки або модифіковані жирні кислоти або вуглеводи, у випадку останніх через забруднення білками, перед тим, як їх пускати на ринок, необхідно пройти алергологічні тести.

Рекомбінантний білок необхідно тестувати імунологічними тестами in vivo та in vitro. Послідовність амінокислот, біологічні та фізико-хімічні властивості білка слід проаналізувати та порівняти з відомими алергенними білками.

Слід також проаналізувати можливі зміни білків, включаючи такі ефекти, як наслідки глікозилювання (наприклад, стійкість до протеолізу, термічна стабільність) або вплив великої кількості білка внаслідок перевиробництва тощо.

Якщо білок містить послідовності алергенів, ефект можна скасувати, вирізавши їх з гена. Надалі може бути використана модифікована версія гена.

Під час модифікації білкового обміну (пункт 11.1.2) ми згадали білок 2S альбуміну бразильського горіха, який містить 18,8% метіоніну і тому придатний для поліпшення вмісту незамінних амінокислот в інших рослинах. Алергенна дія бразильських горіхів добре відома. Споживання їжі, виготовленої з сої та ріпаку, трансформованого геном білка BNA2S, викликало алергію у восьми з дев'яти людей, чутливих до бразильських горіхів. Оскільки послідовність, що спричиняє алергенний ефект, у цьому випадку ще не відома, видалити її за допомогою генної інженерії поки не можливо. Отже, харчові продукти, отримані з рослин, трансформованих геном BNA2S, повинні бути позначені як такі, що не дозволяють споживати тим, хто чутливий до бразильських горіхів.

У наш час алергенна дія багатьох білків рослинного походження вже відома. Важливо, щоб розробники генно-інженерних підходів не використовували гени цих білків, коли це можливо. Це запобіжить майбутнім питанням ліцензування та розповсюдження.

Генна інженерія, навпаки, також пропонує рішення для людей з певною формою харчової алергії. Можна інгібувати вироблення білків-алергенів у видів рослин, які виробляють алергенні білки, за допомогою генної інженерії (з антисенсорним геном) (наприклад, алергенні гліадини пшениці). Таким чином, чутливі до глютену люди можуть спокійно споживати такі продукти із ГМ-пшениці.

Очікується поява стійких бур’янів, патогенів та шкідників - із спонтанною мутацією - як проти загальних гербіцидів, так і токсинів Bt., А також проти ГМ-продуктів з антибактеріальною та фунгіцидною дією. З одного боку, вони можуть бути знищені звичайним хімічним контролем, а з іншого боку, вони можуть спричинити молекулярну співопромічну конкуренцію між генетичними хірургами та організмами-мішенями.

Щоб запобігти останньому, випробовуються різні технологічні рішення, серед яких технологія проти Bt. Токсиностійких комах спрямована на уповільнення їх розмноження. Суть в тому, що комахи стійкі лише в гомозиготному стані. Розповсюдження гомозиготних форм можна затримати, підтримуючи гетерозиготність, висіваючи не-ГМ сорти, навколо яких виживають усі комахи. Гомозиготи, поєднані з ними, завжди дають гетерозиготне потомство, яке може бути вбито Bt-токсином (див. Розділ 9.4.1).

Підводячи підсумок, можливо, ще більшим заспокоєнням є те, що трансгенні культури, які перебувають у громадському вирощуванні з 1994 року, хоча їх виробнича площа досягала 30 мільйонів гектарів у 1998 році, не представляли жодних факторів ризику чи несприятливих біологічних, екологічних та здоров’я (токсичних, алергенних) ефекти. Це дуже важливо, оскільки це демонструє, що органи ліцензування та контролю серйозно ставляться до своїх обов'язків.