Также открываются пути привнесения дополнительной генетической информации по желанию экспериментатора в целях создания трансгенных растений. Прямой перенос чужеродной ДНК в протопласты возможен также с помощью микроинъекции, трансформации, упаковки в липосомы с последующим их эндоцитозом растительными протопластами, и электропорации (высоковольтных электрических импульсов).

3. Перенос чужеродной ДНК в протопласты

???????? ???????? ???????? ??? ???????? ?????????? ??? ? ??????????? ???????? ???????? ???????? ???????. ????? ?????????? ????????? ???????:1) ????????????? ??????? ????????, ?????????? ???????? ? ???????????? ????????; ??? ???? ????? ???????? ???????????? ? ??????? ????? ????????-??????? ? ????????????? ? ??????? ??? ??????;2) ????????????? ????????????? ???????, ???????? ? ??????????? ??? ???????????? ??? ??????????? ????????, ??? ???????? ????????? ????????, ????????? ? ?????????? ? ??????? ????????? ? ?????????? ? ??????????????? ???????;3) ????????????? ???-?????????? ??????? ????????; ? ????? ??????? ??? ????????????? ????????? ?? ?????? ????????-???????.

Для переноса чужеродной ДНК в растения наиболее широко используется агробактериальная трансформация с помощью бинарных плазмидных векторов.

Практикуются также методы переноса генов в растения путем электропорации, трансформации растительных протопластов чужеродной ДНК в присутствии полиэтиленгликоля, микроинъекцией ДНК, биологической бомбардировкой золотыми или вольфрамовыми частицами, покрытыми молекулами ДНК, введением плазмидной ДНК с помощью игольчатых кристаллов карбида или нитрида кремния и др.

Но все эти способы получения трансгенных растений так или иначе основаны на использовании селективных маркерных генов, которыми обычно служат бактериальные гены устойчивости к антибиотикам или гербицидам.

Иными словами, тот фрагмент ДНК, который исследователь вводит в геном трансформируемого растения, помимо нужного гена, содержит и маркерный ген.

Эти селективные маркерные гены нужны для того, чтобы в лаборатории в процессе регенерации отделить единичные трансформированные клетки от нетрансформированных (которых большинство) и дать первым преимущество при делении.

В результате трансгенное растение, полученное из таких трансформированных клеток, становится устойчивым к определенному антибиотику (чаще всего к канамицину) или к какому-нибудь гербициду вроде глифосата. При последующем выращивании трансгенных растений в полевых условиях появляется теоретическая возможность перемещения генов резистентности к гербициду в родственные сорняки или генов резистентности к антибиотику назад в бактерии почвы. Именно здесь и заключается определенная экологическая опасность ввиду вероятности появления, в частности, так называемых суперсорняков.

Однако в целом ряде работ было показано, что такое событие крайне маловероятно. Более того, выращивание так называемых транспластомных растений (на которых остановимся чуть ниже) сводит часть этих опасений к нулю, ввиду того, что пыльца у таких растений остается не трансгенной. [8]

К тому же процессы переноса генов, хотя и с чрезвычайно низкой частотой, но происходят в самой природе с помощью бактерии Agrobacterium tumefaciens, которую даже называют «природным генным инженером», и поэтому такие измененные самой Природой растения нас уже давно окружают.

4. Повышение стабильности протопластов

Наиболее остро стоит вопрос о получении растений, устойчивых к вредителям сельского хозяйства (прежде всего к фитопатогенным грибам и насекомым), так как болезни растений стали основным лимитирующим фактором получения урожая.

Было обнаружено, что устойчивость растений к вредителям можно запрограммировать генетически – введением в геном растений чужеродных генов, продукты которых вызывают гибель вредителя. Традиционно для этого используют ген bt, продуктом которого является бактериальный токсин, продуцируемый бактерией Bacillusthuringiensis. Этот крупный белок (протоксин), контролируемый геном bt, попадая в кишечник личинок насекомых, разрушается под действием ферментов, а его фрагмент (эндотоксин) приводит к гибели насекомых. Трансгенные растения картофеля, хлопка, кукурузы с геном btуже производятся фирмами «Monsanto», «CibaSeeds» и успешно продаются на мировом рынке.

Известно, что растения, подобно животным, способны вырабатывать иммунитет. Однако этим замечательным свойством обладают только устойчивые растения, у которых при атаке патогенов резко меняется метаболизм. В результате у этих растений накапливаются такие химические соединения, как пероксид водорода), салициловая кислота и фитоалексины. Повышенное содержание этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами.

Например, трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилата гидролазы (этот фермент разрушает салициловую кислоту), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно-инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки и растениях в ответ на патоген пероксида водорода может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.

Многообещающим направлением в генной инженерии растений является получение трансгенных растений, содержащих комбинацию определенных гормональных генов бактерий. Оказалось, что плоды некоторых из таких трансгенных растений являются партенокарпическими, т.е. сформировавшимися без опыления. Эти плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему «лишних косточек», например в арбузе, у цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.

Во всем мире активно ведутся работы по созданию на основе трансгенных растений так называемых «съедобных вакцин», которые в дальнейшем можно будет использовать для предупреждения наиболее опасных болезней человека. [4]

Например, учеными СО РАН успешно ведется разработка противотуберкулезной вакцины. При создании вакцины ученые используют гены человека, кодирующие синтез специфических антител к белкам возбудителя болезни – Mycobacteriumtuberculosis. Эти антитела и обеспечивают иммунитет к данному заболеванию. Гены, кодирующие антитела протии туберкулеза, встроили в геном растительных клеток. Из клеток, и которых удачно произошло встраивание защитных генов, регенерировали полноценные растения, которые обладают способностью синтезировать антитела против туберкулеза. [3]

Традиционные методы лечения туберкулеза не всегда безвредны и эффективны, и ученые надеются, что использование трансгенных растений дает шанс не только избавиться от болезни, но и избежать побочных эффектов. Также в Институте физиологии и биохимии растений СО РАН создается вакцина против СПИДа гепатита на основе трансгенеза томата и огурца. Группе немецких ученых-генетиков из GiessenUniversity во Франкфурте удалось вырастить генетически модифицированную морковь, которая содержит вакцину против гепатита В, что позволяет значительно снизить затраты на профилактику этого заболевания (по официальной статистике ВОЗ около 350 млн человек в мире инфицированы вирусом гепатита В, который приводит к тяжелым повреждениям печени, хронизации процесса и смертельным исходам, ежегодно унося 1 млн человеческих жизней).

Трансгенная морковь может расти в разных климатических поясах и на разных грунтах, хорошо хранится, транспортируется, может употребляться в сыром виде. Потребляя этот продукт с пищей, человек как бы постоянно вводит вакцину маленькими дозами, чем поддерживает активность иммунитета к вирусу гепатита В.

Заключение

Крупнейшим в мире производителем и потребителем трансгенных растений являются США, лидирующие как по площадям посевов, так и по степени принятия обществом трансгенной пищи.

Повсеместное использование там генетически модифицированных растений (от общего количества, взятого за 100%) составляет: 40% выращиваемой в стране кукурузы, 81% сои, 65% канолы (рапса) и 73% хлопка, и оно продолжает расти. Получением и испытанием таких растений занимаются сотни коммерческих фирм с совокупным капиталом более 100 млрд долл.

На сегодня лидером по выращиванию трансгенного хлопка, устойчивого к насекомым, является Китай. В Аргентине, правительство которой поддерживает выращивание генетически модифицированных культур, доля трансгенной сои составляет 90%, а кукурузы и хлопка – 50%.

Южно-Африканская Республика – единственная африканская страна с масштабными посадками трансгенных культур – 80% хлопка, 20% кукурузы и 11% сои здесь генетически модифицированы. Остальную часть Африки агробиотехнологические фирмы рассматривают прежде всего как полигон будущих испытаний.

Япония одним из приоритетов своего научного бюджета сделала агробиотехнологию, несмотря на то, что применение генетически модифицированных продуктов встречает здесь сильное сопротивление общественности.

В Европе после принятия ЕС в 1998 г. правил применения генетически модифицированной продукции Франция, Италия, Дания, Греция и Люксембург запретили эти продукты. Сейчас ЕС принял новые правила сертификации и маркировки последних и значительно смягчил свою позицию. Однако только в Испании в незначительных объемах выращивают трансгенную кукурузу.

В России к выращиванию на полях не разрешено ни одно трансгенное растение.

Исключение составляет трансгенная соя, и то только в качестве пищевого сырья или компонента продуктов (ее можно есть, но не выращивать).

Несмотря на потрясающие успехи биотехнологии по созданию трансгенных растений с одновременным проведением всех необходимых тестов на токсичность, аллергенность, мутагенность, в обществе существует настороженное отношение к генетически модифицированным продуктам. Есть вполне реальные опасения по поводу того, что пыльца и семена трансгенных растений и сорняков могут скреститься и в конечном счете вырастет такой суперсорняк, который не сможет уничтожить ни один гербицид. [4]

Вместе с тем неконтролируемое распространение («горизонтальный перенос») чужеродных генов в популяции культурных, традиционных сортов и дикорастущих форм растений может привести к нарушению равновесия в биоценозах, а также к засорению традиционных сортов трансгенными вставками и в дальнейшем к их полному уничтожению.

Улучшение питательных свойств картофеля, кукурузы, сои может стать причиной тяжелых аллергических реакций у человека. Некоторые ученые высказывают серьезную обеспокоенность по поводу возможности образования новых вирулентных штаммов в результате генетической рекомбинации между трансгенами и генами природных вирусов.

Список литературы