Получение трансгенных растений
Веками селекционеры работали над выведением разных сортов культурных растений, придавая им различные полезные свойства. Чем лучше сорт растения, тем он капризнее, больше подвержен различным инфекционным заболеваниям, неустойчив к вредителям или засухе.
Как же получают так называемые трансгенные растения? Так ли много в них опасного и страшного, как о том говорят средства массовой информации? И чем они лучше обычных растений, если во многих странах их продолжают активно выращивать, несмотря на негативное отношение общественности?
В принципе, выведение генетически модифицированного растения ничем не отличается от получения генетически измененной бактерии. Главная задача — выделить нужный ген и встроить его в структуру ДНК растения. Но такая задача кажется простой только на первый взгляд. Ведь геном растения гораздо больше генома бактерий, он содержит многие тысячи генов. Так, совсем недавно ученые выяснили, что геном самого обычного риса по своим размерам превосходит даже геном человека! Теперь понятно, что встроить чужеродный ген в нужное место растительной ДНК вовсе не так просто.
На помощь ученым в решении столь сложной проблемы пришли бактерии, вернее, одна из них, которая в переводе с латыни называется «полевая бактерия, вызывающая опухоли». Это не совсем обычная бактерия — она способна встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК. Клетки растения, зараженные чужой ДНК, начинают бурно делиться, в результате чего возникает опухоль, в которой живут и размножаются сами бактерии.
Бактерия может сделать за человека значительную часть работы: достаточно встроить нужный ген в ДНК бактерии (а это ученые уже научились делать), а дальше бактерия сама «заразит» им растения. Для этой цели исследователи специально вывели особую форму полевой бактерии, которая не вызывает развития опухоли — кому будут нужны трансгенные растения, страдающие раком?
Таким образом, процедура получения генетически измененного растения происходит так: нужный ген размножают и встраивают в ДНК полевой бактерии, затем модифицированными бактериями заражают культуру клеток нужного вида растений, а выращивать целое растение из одной-единственной клетки ботаники научились уже довольно давно.
Итак, сам процесс получения генетически измененных растений сейчас не вызывает никаких затруднений, над созданием трансгенных растений работает множество научных лабораторий в различных странах мира. Лишь в активе одной из американских фирм, впервые получившей генетически измененное растение в 1982 г., к настоящему времени имеется более 45 тыс. различных сортов трансгенных растений! Список растений, к которым были применены методы генной инженерии, составляет несколько сотен видов: это яблоки, сливы, виноград, капуста, баклажаны, огурцы, а также пшеница, рис, соя, рожь и множество других культур. Чем же так привлекательны генетически измененные растения?
Одна из главных задач, стоявших перед учеными, — получить растения, устойчивые к вирусам и насекомым-вредителям. Ведь на борьбу с вредными насекомыми ежегодно во всем мире тратятся миллионы долларов, на поля выливаются тысячи тонн опаснейших для окружающей среды химических соединений, а проблема все еще далека от решения. Генетики изобрели интересный способ борьбы с вредителями: в геном растений внедряются гены, ответственные за синтез биологически активных веществ — инсектицидов. В результате культурные растения становятся не только несъедобными, но даже смертельно опасными для насекомых-вредителей. Другими словами, нужные гены могут «научить» растение самостоятельно бороться с тем или иным вредителем.
В США ученым удалось таким образом получить картофель, который устойчив к колорадскому жуку, хлопчатник, несъедобный для гусениц хлопковой совки, и многие другие подобные трансгенные растения. Эти открытия позволили почти в два раза уменьшить использование химических препаратов, опасных для окружающей среды.
Кроме того, растениям можно привить гены устойчивости к различным вирусам: к настоящему времени получены трансгенные растения, которые могут противостоять воздействию огромного количества разнообразных вирусных инфекций. Конечно, трансгенные растения получают не только для того, чтобы отпугнуть вредителей или не дать распространиться опасному вирусу, — возможности генной инженерии гораздо шире.
Сегодня анализ трансгенных растений проводится на таком же уровне, как и нетрансгенных, — это медицинские экспертизы, химические экспертизы на алергенность и токсичность. Более того: трансгенные растения исследуются во много раз активнее и внимательнее — их фактически разбирают по молекулам. За трансгенными растениями будущее, как ни банально это звучит. Человек всегда воспринимает с осторожностью все новое, что приходит в нашу жизнь. Трансгенным растениям нужно дать шанс, и в будущем они спасут не одно поколение людей от голода.
Картофель, устойчивый к колорадскому жуку, был создан путем введения гена, выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающей белок Cry, представляющий собой протоксин.
В кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имаго насекомых. У человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна, соответственно, этот белок для человека не токсичен и безопасен. Путем трансформации картофеля при помощи Agrobacterium tumefaciens были получены растения, синтезирующие этот белок в мезофилле листа и других тканях растения и, следовательно, не поражаемые колорадским жуком. Данный подход используется и для создания других сельскохозяйственных растений, резистентных к различным видам насекомых.
Опасны ли трансгенные растения?
Каждый интересующийся темой трансгенных растений или генетически модифицированных организмов (ГМО) слышал ужасающую историю о том, что части их ДНК могут встраиваться в человеческие хромосомы и вызывать невероятные, опасные для жизни мутации.
На уроках биологии в школе рассказывали о том, как функционирует пищеварительная система, как белки, жиры и углеводы распадаются каждый до маленьких «кирпичиков», из которых они состоят. Так же и ДНК всех без исключения организмов на нашей планете состоит из маленьких составляющих — нуклеотидов. Их всего четыре — аденин, гуанин, цитозин и тимин, — и у каждого организма они одинаковы, начиная от маленьких водорослей в океане и заканчивая львом или человеком. Поэтому, когда ученые встраивают ген в организм, они используют эти же четыре кирпичика. И так же, как белки, жиры и углеводы, гены, будь они природные или внесенные в растения человеком, распадутся в пищеварительной системе на составляющие — нуклеотиды. Ведь если предположить, что чужеродные ДНК, попадающие в нас каждый день даже с традиционной пищей, встраивались бы в наш организм с каждым ее приемом, то каждый из нас давно бы стал похожим на морковку или корову, в зависимости от личных предпочтений. Но этого не происходит, мы остаемся людьми.
Тем не менее на сегодня наука предпочитает использовать по отношению к трансгенным растениям термин «потенциально опасный продукт». Это может означать только одно: контролировать такие изменения наука пока не в состоянии, как и предугадать, что они за собой повлекут. Трансгенные продукты действуют на каждый человеческий организм по-разному. Все зависит от стойкости организма, индивидуальных особенностей и количества трансгенных продуктов в рационе. К тому же для того, чтобы объективно оценить полную картину возможного вреда, необходимо на протяжении 50 лет питаться исключительно такой ГМО-содержащей пищей. Вряд ли какой-нибудь почитатель науки согласится предоставить себя в качестве объекта для таких исследований.