Вторая генерация трансгенных культур сформировалась к 2005 г. и, предположительно, сохранится до 2015 г. При её создании учитывались следующие требования:
1) устойчивость к гербицидам;
2) устойчивость к засухе, засолению, загрязнению почвы тяжелыми металлами, к низким и высоким температурам;
3) повышение питательной ценности продуктов (белки, масла, витамины, минералы);
4) возможность продолжительного хранения фруктов и овощей;
5) улучшение вкусовых и ароматических свойств продуктов питания;
6) устранение аллергенов;
7) возможность использования трансгенных растений (в основном кукурузы, табака, картофеля, томатов и банана) для производства вакцин, терапевтических белков человека, фармацевтических препаратов (биофармацевтика);
8) возможность применения модифицированных культур для фиторемидиации (очищения территорий, загрязненных тяжелыми металлами, с помощью растений).
Наиболее перспективным направлением использования трансгенных растений становится биофармацевтика (молекулярная фармацевтика). Прежде всего рассматривается необходимость создания препаратов для лечения муковисцидоза, вирусных гепатитов, неходжкинской лимфомы, диабета и др.
Биофармацевтические технологии могут значительно снизить стоимость и время производства лекарственных препаратов. Большинство лекарств, продуцируемых трансгенными растениями, находится в настоящее время на стадии клинических испытаний.
В 2006 г. были опубликованы данные, полученные в ходе изучения социально-экологических последствий выращивания генетически модифицированных культур за 10 лет их коммерческого использования. Основные вопросы, затронутые в исследовании - экономический эффект применения ГМ-растений для фермерских хозяйств, последствия их выращивания для окружающей среды, связанные со снижением объёмов вносимых инсектицидов и гербицидов, уменьшением выбросов парниковых газов. Авторы стремились по возможности сравнивать производственные системы с применением ГМ-организмов и традиционные системы.
Первые ГМ-культуры для коммерческих целей начали выращивать в 1994 г. Разработка ГМ-растений очень дорогостояща, поэтому внимание было сосредоточено на модификации тех культур, объём производства которых достаточно велик: соя, кукуруза, хлопок, рапс.
В 2005 г. наибольшие сельскохозяйственные площади занимали ГМ-соя (62%) и кукуруза (22%); посадки хлопчатника составляли 11%, рапса - 5%. По признакам устойчивости к гербицидам преобладала соя на 58% площадей, к листогрызущим насекомым - кукуруза (16%) и хлопчатник (8%). По объёмам площадей, отведённых под культивирование ГМ-растений, лидировали США (55% мировых площадей), Аргентина (19%), Бразилия (10%), Канада (7%), Китай (5%). Прибыль от выращивания ГМ-культур в мире за 1996-2005 гг. составила 24244-26975 млн долларов США.
Для комплексной оценки последствий выращивания ГМ-растений для окружающей среды, включающей анализ влияния ГМ-культур на здоровье людей и животных, использовался показатель, известный как коэффициент воздействия на окружающую среду (КВОС). КВОС позволяет выявлять и сравнивать воздействие отдельных пестицидов и представлять данные в виде отдельных «полевых значений на гектар». Показано, что применение ГМ-технологий позволило снизить использование гербицидов на 4.1%, а негативное воздействие на окружающую среду -- на 20% по сравнению с теми значениями, которые, вероятно, были бы достигнуты в случае засева всех площадей только традиционными сортами растений. В настоящее время на 110 млн га по всему миру выращивают 120 видов трансгенных растений [12].
К 2015 г. запланировано создать третью генерацию сельскохозяйственных трансгенных растений, лучше адаптированных к стрессовым воздействиям, обладающих улучшенными питательными и биофармацевтическими свойствами. При создании третьей генерации трансгенных растений решаются следующие задачи:
1) секвинирование генома растений и выявление функции отдельных генов, молекулярный бридинг;
2) альтернативная архитектура растений;
3) управление временем цветения растений;
4) контроль качества, размера и количества
семян;
5) повышение эффективности фотосинтеза;
6) улучшение ассимиляции питательных веществ из почвы;
7) управление гетерозисом и апоптозом.
В настоящее время назрела необходимость рассмотреть проблему потенциальной угрозы генетически модифицированных растений и продуктов, содержащих генетически модифицированные организмы (ГМО) в своём составе. Это связано с тем, что многие учёные, в том числе экологи, и правозащитники полагают, что безопасность трансгенных растений не доказана и подтверждают свою позицию следующими аргументами.
1. Место интеграции рекомбинантной ДНК в геном организма-хозяина непредсказуемо, что является основным источником биологических и экологических рисков для человека и окружающей среды.
2. Прогнозировать изменения клеточного метаболизма модифицированных организмов невозможно по причине слабой изученности механизмов функционирования генома высших растений.
3. Наличие плейотропного эффекта встроенного гена.
4. Искусственное введение чужеродных генов нарушает отлаженный генетический контроль клеточного метаболизма организма-хозяина.
5. Потеря биоразнообразия из-за содержания одинаковых встроенных фрагментов ДНК в геноме родственных видов растений. Потеря генетического многообразия сельскохозяйственных растений может стать причиной уязвимости вида и катастрофических последствий при появлении новых патогенов.
6. Нарушение стабильности встроенного фрагмента ДНК в составе генома хозяина, проявляющееся как временной экспрессией внедрённых генов, так и возможным изменением числа встроенных копий этого фрагмента и их положения в геноме.
7. Наличие во встраиваемом фрагменте ДНК «технологического мусора» - неполных и дефектных копий плазмид, «незаконные» инсерции вспомогательных плазмид, LX 35 S Camv-промотора и бактериальных терминаторов, генов устойчивости к антибиотикам.
8. Возможно возникновение новых опасных штаммов микроорганизмов, более патогенных, чем «родительские» штаммы. Кроме того, микроорганизмам также может угрожать потеря тех или иных видоспецифических свойств. Вероятно приобретение патогенности для человека и животных типичных фитопатогенных микроорганизмов.
9. Отмечается опасность масштабного применения генетически трансформированных растений и их продуктов, в частности по причине аутокроссинга, приводящего к необратимым последствиям: обнаружены трансгены в растениях, не подвергнутых генетической модификации.
Сельскохозяйственные кампании, распространяющие эти растения, несут огромные убытки. Кроме того, производители обеспокоены тем, что широкое использование Bt-технологии трансформации растений приводит к возникновению Bt-устойчивых насекомых. Д. Квист и И. Чапела из Калифорнийского университета в Беркли подтвердили переход участков ДНК, характерных для трансгенной кукурузы, к местным сортам в изолированных зонах мексиканского штата Оахака. Учёные полагают, что генетическое заражение произошло путем распространения пыльцы, несмотря на то, что местные дикие сорта растут довольно далеко от промышленных плантаций. Они обследовали четыре сорта местной кукурузы и один образец трансгенной. Сравнивали их ДНК с геномами других традиционных сортов и с ДНК Bt-кукурузы и кукурузы, устойчивой к гербициду Raundap (сорта, произведённые кампанией «Monsanto»). В геномах традиционных сортов обнаружены участки ДНК, характерные для трансгенных сортов кукурузы: фрагмент вируса цветной капусты, используемый для модификации кукурузы, и ген bt. Исследования, проведенные по инициативе правительства Мексики, подтвердили эти результаты. Мексиканские традиционные сорта - не единственный пример передачи признаков от генетически модифицированных растений к «нормальным». Исследователи из Университета штата Огайо обнаружили, что генетические особенности, переданные от культурных растений родственным сорнякам, могут сохраняться в течение шести поколений. Это означает, что такие генетически приобретенные признаки культурных растений, как устойчивость к насекомым-вредителям и ядохимикатам, могут передаваться сорным растениям. Отмечено, что при этом особую опасность представляют генетически модифицированные редисы. Исследования, проведённые по инициативе правительства в Шотландском Институте Урожая, показали опасность ГМ-растений для насекомых. Божьих коровок (Coccinella septempunctata) кормили тлёй (сем. Aphidoidea), которую разводили на ГМ картофельных растениях. Продолжительность жизнь божьих коровок сокращалась вдвое, а их плодовитость и кладка яиц значительно снижались. В ряде работ обсуждается неблагоприятное воздействие на насекомых пыльцы трансгенной Bt-кукурузы. Так, например, данные, опубликованные в журнале Nature, свидетельствуют, что у личинок бабочки Монарх (Danaus plexippus), питающихся растительным млечным молоком с ГМ-пыльцой, наблюдалось замедление развития и низкая выживаемость. ГМО оказывают неблагоприятное воздействие и на млекопитающих, наиболее известными и значимыми являются исследования Арнада Пуштая из Университета Абордина (Великобритания). Автор выявил, что кормление крыс картофелем, несущим ген лектина луковиц подснежника, в течение 10 дней приводило к угнетению иммунной системы и нарушению деятельности внутренних органов (печени, зобной железы и селезёнки), уменьшению объема мозга, по сравнению с крысами, которые питались обычным картофелем. Исследования А. Пуштая подтверждены независимой группой, включающей 23 ученых из 13 стран мира, возглавляемой профессором Брюссельского университета E. Van Driesschel. В другой серии экспериментов при включении в рацион питания крыс ГМ-картофеля наблюдались снижение массы тела, анемия и дистрофические изменения гепатоцитов. Доктор Терри Травик из Норвегии объявил о результатах исследования генетически измененных зерновых культур на здоровье человека. Испытания на крысах показали, что вирус мозаики цветной капусты, который используется в зерновых генетически измененных культурах для включения чужого фрагмента ДНК в геном растения, найден поврежденным в клетках некоторых подопытных животных.
Ранее считалось, что такое невозможно, и поэтому метод использовался в промышленной биотехнологии как безопасный. Потенциально такой вирус может «включить» какую-либо бездействующую ДНК в геноме человека, что, по мнению Т. Геравик, открывает возможность пробуждения опасных вирусов, которые долго бездействовали в нашей ДНК.В Московском государственном университете были проведены исследования влияния ГМ-сои на организм белых крыс и их потомство. В экспериментах были использованы ГМ-соя линии 40.3.2., устойчивая к гербициду Raundap. Именно эту ГМ-сою широко используют в мясной и молочной промышленности. Крысам контрольной группы добавляли к корму традиционную сою. К общевиварному корму самок добавляли ГМ-сою или традиционную сою в виде соевой муки за две недели до спаривания, в период спаривания (по 5-7 г на крысу). В качестве контроля служили самки, к обычному корму которых ничего не добавляли. Таким образом, эксперименты были проведены на 3 группах крыс. 1-я группа - контроль; 2-я группа - добавляли к корму ГМ-сою; 3-я группа - добавляли к корму традиционную сою. Регистрировали вес крысят, подсчитывали число родившихся и умерших крысят в течение трёх недель. Исследования были проведены на 15 самках и 122 крысятах.
Показано, что после добавления к общевиварному корму ГМ-сои наблюдалась высокая смертность крысят (55.6%). Это свидетельствует об ослабленном состоянии крысят 2-й группы ГМ-сои. Многие ученые опасаются, что многие трансгенные белки, обеспечивающая устойчивость растений к насекомым, грибковым и бактериальным заболеваниям, могут быть токсичными и аллергенными. Вещества, предназначенные для борьбы с насекомыми, могут блокировать ферменты пищеварительного тракта не только у насекомых, но и у человека, а также влиять на клетки поджелудочной железы. Некоторые трансгенные сорта кукурузы, табака и томатов, устойчивые к насекомым-вредителям, синтезируют лигнин, способный разлагаться до токсичных и мутагенных фенолов и метанола.
Поэтому увеличение содержания лигнина в плодах и листьях растений опасно для человека. По данным ветеринарно-санитарных служб Голландии, Швейцарии, Дании и специалистов медицинского совета Великобритании, употребление нового вида кукурузного зерна, с 2-3-кратным повышением содержания белка, может со временем необратимо изменить иммунную систему людей, спровоцировать онкологические и неврологические заболевания. Большинство сельскохозяйственных ГМ-культур помимо генов, передающих им желаемое свойство, содержит гены устойчивости к антибиотикам в качестве маркеров. Существует опасность переноса этих генов в геном патогенных микроорганизмов, что расширит спектр их антибиотикорезистентности. В результате широкого культивирования ГМ-сортов растений, устойчивых к вредителям, появились насекомые, на которых смертоносные токсины не действуют, например колорадский жук, устойчивый к Bt-картофелю. В некоторых случаях вредители «перестраиваются» на другие растения - томаты, перцы, баклажаны. Проблема ГМО актуальна и для парфюмерно- косметической отрасли. В Европейской ассоциации парфюмерии, косметики и средств гигиены создан специальный комитет по вопросу ГМО. Группа экспертов Colipa составила предварительный список ГМО-ингредиентов, которые потенциально могут быть использованы в косметической промышленности. В этот список попал только 1% от общего количества ингредиентов, реально используемых в промышленности. В настоящее время на территории Евросоюза более 175 регионов и 4500 муниципалитетов, а также тысячи фермерских хозяйств объявили себя зонами, свободными от ГМ-организмов. Движение по созданию таких зон приобретает мировые масштабы.
К настоящему времени принят ряд международных соглашений, регламентирующих правила поведения стран-членов мирового сообщества и решения различных проблем, связанных с использованием биотехнологий. В 1995 г. специалистами ЮНЕП сформулированы руководящие принципы, позволяющие разрабатывать конкретные нормативные директивы по обеспечению безопасности продуктов, получаемых методами биотехнологии. В 1998 г. в городе Орхуз (Дания) на 4-й конференции министров окружающей среды европейских стран в рамках процесса «окружающая среда для Европы» была принята конвенция, призванная содействовать защите права нынешнего и будущих поколений жить в окружающей среде, благоприятной для здоровья и благосостояния.
По мнению участников Берлинской конференции (23 января 2005 г.), специфика и опасность широкомасштабного эксперимента по внедрению ГМО в окружающую среду заключается в том, что «наука может ошибаться, однако ГМО невозможно будет вернуть в исходное положение при появлении негативных проблем». Осознавая это, Евросоюз объявил пятилетний мораторий на выращивание и использование ГМО, однако выявление и оценка потенциальных рисков при использовании ГМО не препятствует развитию генно-инженерных технологий. В частности, согласно принятым директориям (2001/18ЕС), вводится гармонизированная система отслеживания генетических продуктов на всех стадиях допуска ГМО к рынку. В Российской Федерации разработаны и приняты следующие федеральные законы: ? от 05.06.96 № 86-ФЗ «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности»;? от 03.99 № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемическом благополучии населения»;? от 02.01.00 № 29-ФЗ «О защите прав потребителя».
Принципиальное значение для решения проблем безопасности ГМО имеет приказ президента РФ от 04.12.03 № Пр-2194 «Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности». С 12 декабря 2007 г. в России (как и в странах Евросоюза), согласно новой формулировке Федерального закона «О защите прав потребителя», производители продуктов питания обязаны указывать, что их продукт с одержит ГМ-компоненты, если их количество превышает 0.9% от веса продукта (это минимум, который возможно зарегистрировать в ходе исследования продукта).
2.3 Генетическая инженерия и философские проблемы
Методы генной инженерии позволяют генетически модифицировать высшие растения таким образом, что они начинают продуцировать такие вещества, которые ранее они синтезировать не могли. Примером могут служить генетически модифицированные рис и картофель. Рис является важнейшей пищевой культурой для значительной части человечества. Вместе с тем, в зерне риса очень мало витамина А. Генетикам удалось с помощью генной инженерии внедрить в геном риса ген моркови, кодирующий каротин (провитамин А). В результате был получен сорт риса с желтоватым зерном, содержащий большое количество провитамина А. Потребление такого риса позволяет людям избежать гиповитаминоза А.