Материал: Нанотехнологии для всех (Рыбалкина), 2005, c.444

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

методах изменения непредсказуемы и обычно затрагивают многие гены.

Генноинженерные методы позволяют создавать новые генотипы и, следовательно, новые формы растений гораздо быстрее, чем классические методы селекции. Кроме того, появляется возможность целенаправленного изменения генотипа.

Генная инженерия позволяет вводить в растения гены ус тойчивости к различным стрессовым факторам, фитопатоге нам, гербицидам и пестицидам, гены скороспелости, фиксации азота и др. Возможно также и улучшение аминокислотного сос тава белков растений.

Наибольший урон растениям наносят грибные, бактериаль ные и вирусные инфекции. В природе растения обладают за щитными механизмами, которые начинают действовать в ответ на проникновение фитопатогенов в клетку. Во первых, начина ется синтез веществ, убивающих патогены. Во вторых, создают ся барьеры, препятствующие распространению инфекции.

Применение методов генной инженерии, использующих естественные защитные механизмы, позволяет получать транс генные растения, устойчивые к грибной, бактериальной и ви русной инфекции. В частности, были получены трансгенные культуры табака и турнепса, в состав генома которых ввели ген хитиназы, а также томаты с геном защитных пептидов редьки, отвечающих за устойчивость к фитопатогенным грибам.

Другой подход к получению растений, устойчивых к вирус ной инфекции, состоит во введении в геном исходных растений генов, кодирующих белок оболочки вируса. Это приводит к блокировке размножения вируса и снижению инфицирован ности. Благодаря такому подходу был получен стойкий антиви русный эффект у табака, модифицированного геном оболочки вируса табачной мозаики.

Интересный эффект дало введение в геном растений гена человеческого интерферона JFN – одного из ключевых белков нашего иммунитета. Ген этого интерферона был введен в расте ния турнепса, табака, картофеля, что повысило устойчивость этих растений к вирусным заболеваниям.

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

Создание трансгенных растений, устойчивых к насекомым,

спомощью методов генной инженерии стало возможным пос ле того, как было обнаружено, что почвенные бактерии Bacillus thurengiensis синтезируют специфический белок, токсичный для насекомых. Ген, ответственный за его синтез, удалось выделить и ввести в геном многих видов сельскохозяйственных растений. Для человека и животных этот белок безопасен, и даже на насе комых разные его варианты действуют по разному. Различные модификации Bt токсина могут быть ядовитыми только для жуков, или только для бабочек определенного отряда, и т. д.

Вприроде растения приспосабливаются к неблагоприят ным условиям среды различными способами. Во первых, это физиологические механизмы, позволяющие растениям избе жать неблагоприятных воздействий (например, опадание лист вы осенью при снижении температуры). Во вторых, адаптация

спомощью морфологических приспособлений: толстый слой кутикулы на листьях, уменьшение листовой поверхности (про рези), ее опушение, которые предотвращают излишнюю поте рю влаги растениями. В третьих, негативное влияние внешней среды может быть преодолено с помощью изменений метабо лизма. Например, при засухе или чрезмерной концентрации солей в почве и воде у высших растений основным защитным механизмом, связанным с изменением метаболизма, является накопление в клетках осмопротекторов.

Именно этот адаптационный механизм наиболее доступен для генноинженерных исследований. Эксперимент показал, что стрессовый ответ на избыток солей или недостаток влаги у бак терий и высших растений выражается сходно: и те, и другие на чинают усиленно синтезировать белки осмопротекторы для вос становления осмотического баланса между цитоплазмой и окру жающей средой. Поэтому для создания устойчивых к засухе и за солению растений в их геном были введены соответствующие бактериальные гены. Полученные трансгенные растения могли расти в засушливой почве при концентрации соли в среде 20 г/л.

Адаптация к низким температурам сопряжена у бактерий и высших растений с накоплением веществ, понижающих осмо тический потенциал клеток и уменьшающих вероятность обра зования крупных кристаллов льда, способных вызвать их ги бель просто из за разрушения клеточной оболочки. Вот почему

304

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

случайные заморозки способны уничтожить большинство сельскохозяйственных культур.

Чтобы не допустить образования льда в клетках, уже давно применяется заражение растений мутантным штаммом бакте рии Pseudomonas syringae. Полученные таким образом растения легко переносят заморозки вплоть до –8°С.

Однако оказалось, что бактерии мутантного штамма более живучи и могут вытеснить природный штамм этих бактерий, который, попадая в верхние слои атмосферы, способствует кристаллизации атмосферной влаги. Вероятно, вытеснение природного штамма могло бы привести к изменению климата и экологической катастрофе.

ГМ–продукты: за и против

Поскольку с открытием метода генной инженерии челове чество приблизилось к небывалой возможности создавать но вые виды растений и животных, то естественно, что у биотехно логий, как у любого развивающегося научного направления, появились не только свои защитники, но и враги, в т. ч. и в сре де ученых.

Первые убедительно доказывают, что ГМ растения не толь ко безвредны, но и полезны. Такие растения обладают повы шенным содержанием питательных веществ (в особенности белка), необычной стойкостью ко многим видам заболеваний и вредителей и губительным факторам окружающей среды. Все это позволяет, во первых, значительно повысить урожайность, не привлекая для этого дополнительные гектары земли. Проб лема перенаселения планеты – тема отдельного разговора. С годами численность людей на планете только увеличивается, а ведь кушать хочется каждому! Во вторых, использование ГМ растений позволяет резко снизить необходимость внесения токсичных химических инсектицидов и гербицидов, что в свою очередь значительно снизит уровень загрязнения сточных вод, отравляющих и живую природу, и людей.

В связи с этим существует мнение, что протесты против ГИ организуются и поддерживаются производителями удобрений и ядохимикатов, которым широкое использование ГМ расте ний грозит убытками. В пользу такого мнения выступили 15 тысяч ученых (в т. ч. 20 нобелевских лауреатов), поставивших

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

свою подпись под утверждением, что ГМ растения безвредны для здоровья.

Вчастности, по словам Константина Скрябина – академи ка Российской академии сельскохозяйственных наук, «за всю 30 летнюю историю развития биотехнологии не зарегистриро вано ни одного случая, доказывающего, что ГМ продукты опасны для здоровья. Простой пример: США являются безус ловным лидером по производству и потреблению ГМ продук тов. При этом в стране, где любимым способом внезапного обогащения являются суды по любому поводу, не было подано ни одного иска к компаниям, производящим ГМО. Мы не раз объявляли премию в 10 000 долларов любому, кто приведет на* учные доказательства вреда для здоровья ГМ продуктов, полу ченных из зарегистрированных ГМ культур. Однако до сих пор ни одного желающего не нашлось. Непоправимый ущерб окру жающей среде, о котором любят говорить «зеленые», также весьма неоднозначен. Достаточно сказать, что после внедрения ГМ растений США впервые вышли на уровень 1920 х годов по использованию токсичных пестицидов».

В1990 году широкомасштабное применение химических ин сектицидов для борьбы с насекомыми вида Helicoverpa armigera, вредителями хлопчатника, привело к появлению мутантов этих вредителей, устойчивых к химическому инсектициду, и к их беспрецедентному размножению. Как утверждают сторонники ГМ продуктов, сравнительный анализ рисков, сопряженных с применением обычных растений, нуждающихся в химических инсектицидах, и трансгенных, самостоятельно поражающих вредителей, свидетельствует в пользу трансгенных.

Главное обвинение противников ГМ продукции заключа ется в том, что поскольку долгосрочные исследования безопас ности ГМ продуктов нигде и никем не проводились, нет уве ренности в том, что их вред для здоровья человека не проявит ся через много лет. По данным санитарных служб Голландии, Швейцарии, Дании и специалистов Медицинского Совета Ве ликобритании употребление нового вида кукурузы, в которой в 2 3 раза повышено содержание белка, может со временем необ ратимо изменить иммунную систему людей, спровоцировать онкологические и нервные заболевания.

Вот типичные примеры исследований противников ГМО:

306

ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина

“Данные правительственных исследований в Шотлан дском Институте Урожая показали опасность ГМ растений для насекомых. Божьих коровок кормили тлей, которую разводили на ГМ картофельных растениях. Жизнь божьих коровок сокра щалась до половины ожидаемой продолжительности жизни, а их плодовитость и кладка яиц значительно уменьшалась”.

“Неблагоприятное воздействие пыльцы трансгенной куку рузы на насекомых было показано в исследовании личинок ба бочки Монарх Danaus plexippus. У личинок, питавшихся расти тельным млечным соком с ГМ пыльцой, наблюдалось замед ленное развитие и низкий процент выживаемости”.

Но исследовать на насекомых опасность растений, специ ально сделанных ядовитыми для насекомых – такие опыты нельзя считать корректными. Объективные исследования по казали, что общее количество видов насекомых на полях, засе янных инсектицидными растениями, снижается ровно на один вид – основного вредителя данной культуры. А общее количе ство насекомых на поле, на котором растут устойчивые к вреди телям сорта, намного больше, чем на поле, на котором всех на секомых травят химическими инсектицидами. И насекомояд ных птиц на таких полях живет больше.

Встатьях противников трансгенных растений постоянно цитируется единственное исследование Арпада Пуштая из Уни верситета Абердина (Великобритания). Он показал, что корм ление крыс ГМ картофелем с геном лектина луковиц подснеж ника в течение 10 дней привело к угнетению иммунной систе мы и нарушению деятельности внутренних органов (разруша лась печень, изменялись зобная железа и селезенка, уменьшал ся объем мозга) по сравнению с крысами, которые питались обычным картофелем.

Вдействительности опыты Пуштая подтвердили лишь дав но известный факт: многие белки, относящиеся к классу лекти нов, ядовиты. Методы генной инженерии тут ни при чем: те же нарушения здоровья наступили бы у крыс, которых кормили бы картошкой с добавкой пюре из подснежников или чистого лектина. Белки, которые синтезируют трансгенные растения, и сами эти растения проходят несколько стадий испытаний на токсический и аллергический эффект, вначале на животных, а потом – на людях.