Трансгенные растения: получение и использование

Вопрос о генетически модифицированных растениях все более актуализируется в последние годы. У трансгенных технологий есть свои противники и защитники, тем не менее с течением времени ситуация не становится яснее. В статье речь пойдет о том, что такое генетически измененные растительные культуры, в чем их плюсы и минусы, будут приведены трансгенные растения с примерами.

Актуальность проблемы

Население планеты Земля на начало 2016 года составляло 7,3 миллиарда человек и стремительно увеличивается по сей день. Многие народы на планете ощущают постоянную нехватку пищи и воды. Это связано с вредным воздействием человека на природу, в результате которого истощается плодородие почвы.

В XX веке было утеряно не менее 20 % плодоносящих территорий на всей планете. Их площадь и сейчас продолжает уменьшаться в результате биологической деградации, опустынивания земель, смыва полезной поверхности, изъятия участков под другие нужды.

Переход на возделывание технических культур для изготовления метанола ведет к сокращению площади посевных земель, что еще более усугубляет положение с питанием человека.

Исследования Минздрава России показали, что питание населения характеризуется уменьшением количества биологически ценных продуктов. В итоге образуется нехватка белков, витаминов и прочих полезных элементов.

Научные сообщества прогнозируют увеличение количества человечества на Земле до 9-11 миллиардов к 2050 году, поэтому требуется удвоить или даже утроить объемы земледельческой продукции по всему миру. Это увеличение неосуществимо без введения трансгенных растений, помогающих повысить объем урожаев и снизить цену на продукты, а также содержащих свойства, которых нет у растений, выращенных по традиционной технологии.

Суть технологии

У любого живого организма есть гены, определяющие все его признаки. Сложные цепочки генов формируют свойства. Сама цепочка называется генотипом (геномом).

Ранее новые гибридные сорта получались в результате соединения родительских растений, которые менялись генами друг с другом, и получались новые признаки. Этот процесс занимал большое количество времени, а конечный продукт не всегда соответствовал ожиданиям.

Благодаря развитию новых технологий стало возможным изменение генотипа растений гораздо быстрее посредством введения необходимых генов. Это направление научной деятельности получило название генной инженерии. Растения с измененными генами называются трансгенными или генномодифицированными. Генные инженеры создают новые генотипы. Поэтому удается быстрее получать новые растения. Также появилась возможность трансформации генотипа с конкретной целью.

Примеры генных модификаций

Генная инженерия помогает вводить гены, устойчивые к различным вредным факторам:

• Гербицидным средствам.
• Пестицидным составам.
• Фитопатогенным микроорганизмам.

Вводятся также гены, увеличивающие срок созревания, фиксирующие азот. Удается улучшить аминокислотный белковый состав растений.

Развитие сельскохозяйственной промышленности и посадки одних и тех же культур на огромных территориях приводит к размножению вредителей и переносу заболеваний. Для борьбы с ними ученые создают многочисленные химические составы. Вредители постепенно приспосабливаются к ядам и становятся устойчивыми. Экологическая ситуация при этом ухудшается: гибнут нужные насекомые, а в почву попадают опасные химические вещества.

Генная инженерия предлагает создание генов, вырабатывающих защиту от вредителей. У томатов убирают ген, вызывающий быстрое гниение. В огурцы добавляют гены, отвечающие за образование сахара, в итоге получается сладкий огурец. Чисто теоретически подобные методы позволяют вырастить идеальные растения, которые дают высокий урожай, не боятся паразитов и не заболевают.

Такая практика осуществляется с 1984 года. Первое трансгенное растение зарегистрировано в 1983 году. Это был табак, в клеточные структуры которого внедрили сторонние гены. Испытания табака в поле были произведены в 1986-м в США. А в 1994 году в США в продажу поступила трансгенная пища. Это были томаты с низким сроком вызревания и соя. Через два года на рынок вышел целый перечень генетически преобразованных культур: кукуруза, томаты, картофель, соя, рапс, редис, кабачок, хлопчатник.

С тех пор генные модификации применяются ко всем сельскохозяйственным культурам, их посевы увеличиваются. Это объясняется экономической выгодой. Ведь колорадский жук уничтожает обширные посевы картофеля, из-за чего теряются миллиарды долларов. Решением выступает трансгенный картофель, не подверженный колорадскому жуку. Можно и далее называть трансгенные растения с примерами. На сегодняшний день их список довольно обширен. Практически все сельскохозяйственные культуры получили своего генного двойника.

Научный процесс

Создание трансгенных растений начинается с внесения определенных генов в растительные клетки для интеграции в их хромосомы. Процесс введения чужих генов упрощается, если сначала клеточные стенки удалены посредством ферментов: пектиназы или целлюлазы, что ведет к появлению протопластов. Новые гены внедряют в протопластные структуры, после чего клетки культивируют в питательных условиях, затем образованные клетки применяют для восстановления растений.

Основная задача генной науки - это трансгенные растения, устойчивые к гербицидам и к вирусам. Для этого используется метод введения трансгенов, которые экспрессируют внутри клеток антитела против вирусного белка. Выведение культур, не подверженных вирусам, позволило создать надежную защиту растений от многих видов вирусных растительных заболеваний.

Основными методами получения трансгенных растений являются:

1. Применение агробактерии. Заключается во внедрении специальной бактерии в генотип растений.
2. «ДНК-пушка». В этом случае ученые буквально «выстреливают» своей ДНК в клетку. В итоге такие «пули» встраиваются вместе со своей ДНК в необходимое место.

Положительное значение

Селекция не давала возможности получить растения с большим объемом витаминов. Развитие биохимии обеспечило такую возможность. Например, был выведен «золотой рис» с повышенным содержанием витамина А. Получена земляника с высоким содержанием витамина С. Произведена соя, в которой в пять раз повышено количество витамина Е.

С помощью растений продуцируются различные ценные белки, вакцины, антитела. С помощью растительных систем создаются рекомбинантные белки в промышленных масштабах. Самым первым был получен гормон роста человека в 1986 году. С тех пор синтезировано множество белков, среди которых:

• авидин (используется при молекулярно-биологических исследованиях);
• казеин (молочный белок, используемый как пищевая добавка);
• коллаген и эластин (белки для медицины).

С помощью генетически измененных растительных организмов решаются вопросы очищения окружающей среды. Например, создаются растения-биодеградаторы. Они могут помогать разложению нефти и прочих опасных веществ на обширных территориях.

Чтобы очистить воды и почвы, можно применять растения, которые поглощают вредные вещества из окружающей среды, особенно тяжелые металлы. В подобных опытах лидирует табак, обладающий всем этими способностями.

Для выполнения задач очищения растения высаживают на загрязненных территориях, затем убирают и засевают новой партией «очистителей». Чтобы очищать воду, такие растения должны погружаться корневой системой в водные растворы.

Тенденции отрасли

Процесс получения трансгенных растений включает несколько составляющих:

1. Выведение сортов, характеризующихся высоким уровнем урожайности.
2. Создание культур, способных давать несколько урожаев за год. (Например, выведена клубника, плодоносящая дважды за один летний сезон.)
3. Получение трансгенных растений, устойчивых к насекомым. (Существует картофель, уничтожающий картофельного листоеда.)
4. Выведение сортов, преодолевающих любые погодные условия.
5. Разведение растений, продуцирующих животные белки. (В Китае выведен сорт табака, производящего человеческий лактоферрин.)

Применение трансгенных растений помогают решить ряд вопросов, среди них: дефицит продовольствия, агротехнические сложности, развитие фармакологии и многие другие. Благодаря генномодифицированным растениям уходят в прошлое вредные пестициды, оказывающие пагубное влияние на состояние окружающей среды. Трансгенные растения, устойчивые к насекомым, – это не фантастика, а вполне реальное явление в земледельческой отрасли.

Отличия генномодифицированных и природных растений

Простому обывателю отличить природные и трансгенные растения не представляется возможным. Это выясняется путем лабораторных анализов.

Минздрав России в 2002 году обязал производителей маркировать продукты, имеющие в составе более пяти процентов геннопреобразованного материала. Но в реальности такую маркировку практически никто не ставит. Соответствующие проверки выявляют подобные нарушения регулярно.

Для получения права на ввоз, получение и продажу генномодифицированной продукции существует государственная регистрация, являющаяся платной процедурой. Это крайне невыгодно производителям продуктов питания.

Маркировка на продукте вовсе не означает, что пища принесет вред человеку. Между тем многие покупатели ее расценивают как опасный сигнал.

Генетически измененные растения – какие они?

В России прошли регистрацию и необходимые проверки все 10 видов трансгенных растений. К ним относятся:

• соя двух видов;
• кукуруза пяти разновидностей;
• картофель двух сортов;
• свекла;
• сахар из этой свеклы.

На Западе генномодифицированные товары имеют наклейки, ими завалены прилавки магазинов. В России тоже много подобных продуктов, хотя соответствующей маркировки на них нет. Однако все эти товары привезены из других стран. В России генетически преобразованные культуры встречаются пока только в научных экспериментах. Неподдельную гордость для ученых представляет картофель, от которого погибают картофельные листоеды.

Экологи выступают против подобного картофеля. Проведены исследования, показавшие, что от поедания такой картошки у крыс меняется формула крови, соотношения органов тела, возникают различные патологии. Впрочем, по мнению ученых, это не повод отвергать отрасль в целом.

Трансгенные разработки гораздо проще селекционных методов, а порой и безопаснее. Трансгенные продукты стоят значительно дешевле натуральных, поэтому пользуются спросом у слаборазвитых государств. В перспективе натуральные овощи и мясо станут товаром маленьких магазинов с высокими ценами.

Преимущества и недостатки генетически измененных растений

Есть два противоположных мнения о ценности трансгенных технологий. Одни ученые считают трансформацию генотипических данных совершенно безопасной для организма человека и очень полезной для развития сельского хозяйства. Другие полагают, что результат подобных трансформаций покажет себя лишь спустя многие годы.

Появление трансгенных растений также разделило мир пополам. В числе тех, кто за, - США, Канада, Австралия, Аргентина и многие другие. Против выступает Европа и множество стран с отсталой системой земледелия.

Аргументом против трансгенных растений является мнение, что такие культуры со временем сами превратятся в неискоренимые сорняки или будут соединяться с другими посадками, загрязняя окружающую среду. Конечно, это вполне возможно.

Ситуация в мире и в России

На европейских прилавках генномодифицированные товары встречаются очень редко. Государственные власти принимают строгие законы, обязывающие маркировать такие продукты. Существуют также нормы по ДНК. Подобная позиция Европы носит политический и экономический характер.

В России подобных законов пока нет. Впрочем, нет и законов, разрешающих сажать генноизмененные культуры. Можно вести разработки по получению новых сортов, а также разрешено завозить геннопреобразованные продукты из иностранных государств. В Россию импортируются трансгенные соя и кукуруза.

Общественное мнение на ситуацию с генноизмененными товарами формируют представители СМИ. Они раздувают скандалы и занимают сторону врагов геннопреобразованной продукции. Научные доказательства безопасности ее при этом остаются в тени.

Есть ли повод для беспокойства?

Любые растения, подверженные генетической трансформации, проходят обязательные проверки на безопасность, прежде чем получить разрешение на массовое применение. Государственные ведомства исследуют экологические и токсикологические риски при выращивании данных культур. Никаких серьезных опасных последствий после употребления генномодифицированных продуктов до сих пор не зарегистрировано.

Генная инженерия предлагает довольно радужные перспективы: трансгенные растения не заболевают и не гниют. Но не стоит забывать и древнюю поговорку: «Природа не терпит пустоты». Куда деваться болезням и вредителям? Неужели паразиты останутся без пищи и вымрут? К чему приведет подобное явление, пока неясно.

По мнению противников трансгенных технологий, инженеры-генетики совершают насилие над природой. Они, в отличие от селекционеров, перемещают любые гены в любых направлениях, что неминуемо приведет к печальным последствиям. Впрочем, в свое время и врачей-хирургов обвиняли за дерзость вмешиваться в человеческое тело, а сегодня медицина шагнула далеко вперед, и действия врачей ни у кого не вызывают споров.

Как бы то ни было, остановка прогресса невозможна. Вероятно, использование трансгенных растений – это недалекое будущее сельскохозяйственной промышленности. Причем разработки генной инженерии смогут помочь сельскому хозяйству выйти из многих затруднительных ситуаций. А новые биотехнологии обеспечат решение и прочих проблем (продовольственных, технологических и политических).

Теперь становится понятно, что такое трансгенные растения (ГМР), привести пример и ответить на этот вопрос сможет любой читатель статьи.