УДК 57+62):303.1:330.131.7
Сучасна біотехнологія і питання біобезпеки в контексті сталого розвитку
В.Б. Хазан,
О.В. Ангурець,
П.В.Хазан
Інститут проблем природокористування та екології НАН України,
Днепропетровск
У статті здійснено системний розгляд проблем біотехнології і пов'язаних із нею питань біобезпеки в контексті переходу суспільства до сталого розвитку. Розглянуто біологічний, соціальний та законодавчий аспекти впровадження сучасної біотехнології, впливу на здоров`я людини та довкілля, а також проблеми корпоративної глобалізації.
біобезпека довкілля глобалізація
В статье сделано системное рассмотрение проблем биотехнологии и связанных с ней вопросов биобезопасности в контексте перехода общества к устойчивому развитию. Рассмотрены биологический, социальный и законодательный аспекты применения современной биотехнологии, влияния на здоровье человека и окружающую среду, а также проблем корпоративной глобализации.
Невід'ємним елементом загальної ідеї сталого розвитку є екологічна безпека, а одним із основних завдань такого розвитку є її досягнення [1]. Узагальнено екологічною безпекою можна назвати створення таких умов та заходів які забезпечують мінімальний ризик для об'єкта (частіше всього мається на увазі людина) з боку оточуючого його середовища. Зараз одним із найбільш актуальних її аспектів є біологічна безпека. В зв'язку з тим, що поняття безпеки логічно пов'язано з ризиком, ми визначимо біобезпеку через біологічний ризик [2]. Біобезпеку будемо розуміти як відсутність загрози спричиненої біологічними об'єктами, які зазнали змін від безпосереднього, або опосередкованого антропогенного впливу. В рамках даного дослідження біобезпека буде розглядатися нами у значній мірі як один із типів техногенної безпеки. Конкретизуючи визначення, що обґрунтовано в [3] можна розглядати цей тип як відсутність загрози здоров'ю та життю об'єктів (людей), що спричинена деформацією складу структури біосфери. Ми звертаємось до деформації структури біосфери на молекулярному рівні, який вже достатньо вивчений людиною та задіяний в виробничій сфері. Наша мета проаналізувати розвиток новітньої технології (біотехнології), яка базується на останніх досягненнях науки і техніки та визначити її місце в контексті переходу людства до сталого розвитку.
Активний розвиток біологічних наук на протязі останніх 60 років призвів до низки відкриттів, серед яких, безумовно, найважливішим є розшифрування будови молекули ДНК Джимом Уотсоном та Френсісом Кріком. З'ясування принципової будови елементарних складових життя - генів, надало поштовх до розвитку такої науково-практичної дисципліни, як генетична інженерія. Вона, у свою чергу, стала підґрунтям у розвитку сучасної біотехнології. Але, на практиці людство освоїло біотехнологію досить давно. Пивоваріння, виготовлення молочнокислих продуктів та сирів, вина та оцту, випічка хлібу, виготовлення, переробка шкіри і рослинних волокон відомо людині вже тисячі років не зважаючи на те, що розуміння біологічних процесів, які лежать в основі цього прийшло не більше ніж 2 сторіччя тому.
Перш за все звернемося до загального визначення терміну „технологія” (від грецького фЭчнз - мистецтво, майстерність). Технологія в широкому розумінні - це комплекс способів досягнення поставлених суспільством цілей; способи ці зумовлені, з одного боку, рівнем знань, а з другого - суспільною ефективністю [4 - 6].
У виробництві технологія зводиться до сукупності методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми сировини, матеріалу або напівфабрикату [7].
За визначенням Європейської біотехноло-гічної федерації, біотехнологія це спільне використання біохімії, мікробіології і хімічної технології для технологічного (промислового) застосування корисних властивостей мікроорганізмів та культур тканин. Іншими словами, біотехнологія - це є скерований людиною комплекс способів отримання корисних для суспільства цільових продуктів за допомогою біологічних агентів - мікроорганізмів, вірусів, клітин тварин та рослин, а також за допомогою позаклітинних речовин і компонентів клітин [8].
Проаналізувавши наведені вище визначення можна інтерпретувати біологічну технологію як шлях до отримання корисних для людини сполук, речовин або продуктів - нових; або вже відомих. Важливим чинником в цьому є здешевлення та (або) спрощення виробничого процесу. Інструментом такої технології є живі організми або їх складові (клітини чи культури тканин), а методом - біологічна трансформація речовин, Як відомо властивості біологічної трансформації речовини живі організми набули в процесі еволюції.
Сучасна ж біотехнологія означає застосування: а) методів in vitro з використанням нуклеїнових кислот, включаючи рекомбінантну дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК) та пряму ін'єкцію нуклеїнових кислот у клітини або органели, або б) методів, заснованих на злитті клітин організмів з різним таксономічним статусом, які дозволяють подолати природні фізіологічні репродуктивні або рекомбінаційні бар'єри і які не є методами традиційними для виведення та селекції [9].
Особливість сучасної біотехнології полягає в тому, що проводячи генетичні маніпулювання ми вдосконалюємо наші „інструменти”, тобто живі організми, для більш продуктивного отримання існуючих, або створення нових корисних для людини продуктів. Хочемо зазначити, що звісно, це досить спрощене уявлення про предмет нашого розгляду, але воно допомагає ясно усвідомити суть сучасної біотехнології та поставити її в один ряд із іншими технологіями, що застосовуються людством. Проаналізувавши існуючу суспільно-політичну ситуацію навколо сучасної біотехнології ми також можемо зробити висновок про відповідність існуючого рівня та форми її впровадження дійсним потребам суспільства, та визначити бажані напрямки розвитку такої технології.
Очевидно, що застосування сучасної біотехнології має бути узгоджено із принципами сталого розвитку. Питанню безпечного використання біотехнології присвячено цілу главу „Порядку денного на ХХІ століття”. У вступі до якої говориться „сама біотехнологія не в стані розв'язати всі фундаментальні проблеми навколишнього середовища і розвитку, тому підхід до оцінки перспектив в цій галузі повинен бути стримано реалістичним” [10]. Далі в цій же главі сказано: „Тільки у випадку наявності належних прозорих процедур забезпечення безпеки і прикордонного контролю співтовариство в цілому буде мати максимальні можливості для отримання користі від застосування біотехнології і більшою мірою з готовністю визнає пов'язані з нею потенційні вигоди і ризики”.
Як видно із приведеного вище визначення, зараз існує два основних напрямки сучасної біотехнології - генетична інженерія і клітинна інженерія. Саме вони забезпечують отримання широкого спектру біологічно активних речовин (інтерферону, інсуліну, гормону росту людини, вітамінів, вакцин та інше). Господарське застосування біотехнології на даному етапі розвивається переважно в трьох галузях - охороні здоров'я, сільському господарстві та частково промисловості. Можна розрізнити застосування у закритих та відкритих системах. Закрита система передбачає систему захисту, що запобігає контакту із населенням та довкіллям. Відкрита система спеціальних заходів по обмеженню контакту із населенням та довкіллям не передбачає.
Далі ми будемо вести мову більшим чином про сільськогосподарську та переробну галузь використання сучасної біотехнології у відкритих системах. Галузь охорони здоров'я, а також використання сучасної біотехнології у закритих системах має багато особливостей і потребує окремого розгляду.
Практичним результатом комерційного застосування сучасної біотехнології стало створення і вивільнення в навколишнє середовище Генетично Змінених Організмів (ГЗО). Узагальнюючи формулювання із Картахенського протоколу з біобезпеки до конвенції про біологічне різноманіття і Директиви 2001/18/ЕС Європейського парламенту та Ради Європейської Союзу ми визначаємо ГЗО як будь який організм, за винятком людського, в якому генетичний матеріал був змінений завдяки використанню сучасної біотехнології шляхом відмінним від природного об'єднання та (або) природної рекомбінації.
У зв'язку із широкою громадською та науковою полемікою навколо безпечності широкого використання ГЗО та продуктів отриманих на їх основі ми вважаємо за доцільне перевести розгляд цього питання в площину комплексного підходу в аспекті сталого розвитку. Суспільний розвиток останніх десятиріч надав можливість вивести важливі науково-технологічні розробки із обмеженого кола суто наукових дискусій на широке суспільне обговорення. Вирішення долі новітніх досягнень науки і техніки без широкого залучення громадськості добре видно на прикладі ядерної фізики. Практичне використання одного із найважливіших відкриттів ХХ сторіччя, - розкриття таємниці будови ядра та ядерної ланцюгової реакції, - ледве не призвело до глобальної ядерної війни із жахливими для людства та всієї біосфери наслідками.
Базуючись на принципі перестороги (15-й принцип Декларації Ріо), який викладено у Декларації щодо довкілля та розвитку [11], перш ніж впроваджувати будь які новітні технології необхідно створити реально діючу систему регулювання та контролю яка б гарантувала безпеку для людини та довкілля при використанні цієї технології. Причому відсутність повних наукових доказів небезпечності технології не може розглядатися як причина для відмови від належної системи безпеки.
Виходячи із вище сказаного, рішення про придатність широкого застосування сучасної біотехнології має бути прийняте тільки після всебічного розгляду наукових, юридичних, економічних, соціальних та екологічних аспектів її впровадження.
Перш за все звернемося до розгляду особливостей генетичного рівня організації біологічного об'єкту до якого безпосередньо і застосовують методи сучасної біотехнології. Як відомо переважна більшість інформації про морфологічний вигляд та функціонування біологічного організму, а також програма його розвитку закладена в геномі. Це, так би мовити, карта розвитку існуючих та прийдешніх поколінь живих істот. Генетична інформація має добрий захист від зовнішнього впливу та досить інертно реагує на зміни в навколишньому середовищі. Пошкодження та зміни в генетичному апараті з великою ймовірністю призводять до погіршення стану організму та сигналізують про ймовірні генетичні порушення у нащадків. Саме тому генетичний рівень ми вважаємо одним із найважливіших рівнів біоти, який характеризує її стійкість. Це вимагає ще більш обережного підходу при розгляді можливості широкого застосування методів сучасної біотехнології.
Згідно загальної класифікації науково-практичних напрямків найбільш розвинутої на даний момент галузі сучасної біотехнології - біотехнології рослин, виділяють:
* стійкість до шкідників і хвороб;
* стійкість до гербіцидів;
* стійкість до несприятливих умов навколишнього середовища;
* здатність витримувати більш широкий спектр умов збереження і переробки;
* вироблення нових корисних біологічних речовин;
* прояв нових декоративних властивостей.
Ця класифікація наведена нами як ілюстративна для розуміння поточного стану розвитку сільськогосподарської біотехнології.
На даному етапі розвитку біологічної науки широке впровадження ГЗО пов'язано із кількома питаннями та можливими загрозами без розв'язання яких сучасна біотехнологія не може бути названа безпечною технологією. Нижче ми пропонуємо огляд таких питань.
1. Небезпечні маркерні гени
В процесі створення ГЗО, який сам по собі ще занадто пов'язаний з випадковістю, виникає необхідність відбору вдалих екземплярів, тобто таких, які набули нових властивостей. Для цього в геном реципієнту вбудовують спеціальні маркерні гени, які дають можливість розпізнати ті екземпляри, які були успішно модифіковані. Найчастіше це гени стійкості до антибіотиків, що пересаджують із мікроорганізмів, які мають таку властивість. Маркерні гени функціонально не потрібні модифікованому організму і використовуються тільки в технічних цілях під час відбору. Існує ймовірність, що ген стійкості до антибіотиків потрапить у навколишнє середовище та включиться до складу вільноживучих видів. Він може передатися бактеріям шлунково-кишкового тракту тварин або людини, а також ґрунтовим бактеріям. Очевидно, що набуття патогенними мікробами стійкості до антибіотиків може викликати поширення інфекційних хвороб та значних витрат на створення нових медичних засобів.
Вирішенням проблеми може бути пошук та використання нових, безпечних маркерних генів. Так наприклад відкрито гени світлячків lux A та lux B, що забезпечують світіння, або ген pgfp медузи Acquorea victoria, що забезпечує світіння зеленим світлом в ультрафіолеті [12]. Вбудовування цих генів в ДНК ГЗО дозволить легко відрізняти їх на етапі відбору. Але, підкреслюємо, безпечність їх використання як генів маркерів ще також треба довести. Найкращим виходом була б розробка методу вирізання, або відключення маркерного гену після відбору.
2. Недосконалість методів генетичної модифікації
Маніпулювання генетичною інформацією на молекулярному рівні поки лишається складною операцією. Найбільш слабкою ланкою залишається процес переносу бажаного гену у геном реципієнту. Зараз широко використовується два методи переносу.
Перший, найбільш поширений. Використання бактеріальної плазміди-вектора. Бажаний ген вбудовують у спеціальну кільцеву генетичну структуру - плазміду, який має властивість легко переноситися у клітини інших тварин, або рослин, тобто бути вектором. Потрапивши у клітину, плазміда вбудовується у ДНК господаря. Таким чином бажаний ген стає частиною вже нового, зміненого організму.
Другий. Використання "ДНК гармати". Бажаний ген копіюють та наносять на мікроскопічні металеві частки. Спеціальний пристрій, заряджений цими частками, обстрілює клітини господаря, вносячи гени у його власний ДНК.
Далі, в обох випадках трансгенні клітини відбирають на наявність бажаної ознаки та вирощують з них цілий організм. Обидва методи характеризуються великою неточністю. Спрогнозувати місце розташування нового гену практично неможливо, причому є ймовірність вбудовування гену не тільки у ядерну ДНК, але й інші органели клітини, які мають власні ДНК. Це може призвести до нових шляхів трансляції та метаболізму продуктів нового гену. Існують й інші методи які зараз мало використовуються для практичного отримання ГЗО, але й вони характеризуються як мало точні.