Print bookPrint book

§ 42. Трансгенные организмы — будущее современной биотехнологии. Трансгенные бактерии и грибы. Трансгенные растения

Site: Профильное обучение
Course: Биология. 11 класс
Book: § 42. Трансгенные организмы — будущее современной биотехнологии. Трансгенные бактерии и грибы. Трансгенные растения
Printed by: Guest user
Date: Thursday, 19 May 2022, 12:18 PM

*Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, генетическая инженерия дает возможность комбинировать в лабораторных условиях фрагменты ДНК различного происхождения. Это привело к переходу селекционной работы на принципиально новый уровень. До возникновения технологии создания рекомбинантных ДНК селекционеры могли использовать для получения новых пород, сортов и штаммов гены только тех видов организмов, с которыми осуществляется селекция. Теперь же, благодаря достижениям генетической инженерии, селекционерам предоставляется возможность создавать организмы с признаками, которые изначально отсутствуют у представителей данного вида.*

Организмы, генóм которых был изменен с помощью методов генетической инженерии и содержит хотя бы один активно функционирующий ген другого организма, называют трансгенными (генетически модифицированными, или ГМО).

Применение трансгенных бактерий и грибов. С развитием генетической инженерии именно бактерии стали первыми объектами для внедрения в их клетки не свойственной им изначально генетической информации.

С использованием такого метода получают бактерии, синтезирующие белки человека (рис. 42.1).

Одним из первых успешно реализованных проектов, доказавших полезность такого биотехнологического направления, было получение бактерий, продуцирующих инсулин человека.

Белок инсулин необходим для оказания помощи людям, страдающим сахарным диабетом. До возникновения генетической инженерии для этого использовали инсулин коров или свиней. Однако при введении во внутреннюю среду человека белков другого вида на них развивается иммунный ответ. Поэтому эффективность действия такого инсулина падает и приходится увеличивать вводимые дозы, что влечет за собой нежелательные побочные эффекты. Замена инсулина животных на полученный генно-инженерным путем инсулин человека позволила снизить уровень иммунных ответов на вводимый инсулин. В настоящее время более 70 % диабетиков мира получают инъекции инсулина человека, производимого на основе штаммов бактерий и дрожжей, которые получены методами генетической инженерии.

*В настоящее время в мире осуществляется производство более сотни белковых препаратов медицинского и ветеринарного назначения с использованием трансгенных бактерий и дрожжей.*

Трансгенные растения как основа сельского хозяйства XXI в. В последней четверти ХХ в. селекционная работа в области растениеводства также вышла на принципиально новый уровень. Этому способствовало открытие особого способа паразитирования, который используют бактерии из рода Агробактериум. *Эти бактерии паразитируют на растениях класса Двудольные, но могут обитать и в почве на мертвых растительных остатках. При наличии на растениях свежих повреждений покровов агробактерии проникают в растение. Здесь они прикрепляются к поверхности живых клеток и особым образом вводят в их цитоплазму небольшие молекулы ДНК. Эта бактериальная ДНК проникает в ядро растительной клетки и встраивается в хромосомную ДНК растения. В результате этого растительные клетки начинают дополнительно вырабатывать фитогормоны и особые видоизмененные аминокислоты. Из главы 5 вы уже знаете, что под влиянием определенных фитогормонов растительные клетки делятся. Поэтому на растении в месте проникновения агробактерий развивается утолщение (опухоль). Между клетками этой опухоли и живут агробактерии. При этом они питаются видоизмененными аминокислотами, которые выделяют опухолевые клетки.*

Такой способ паразитирования существенно отличается от обычных. Обычные паразиты, поселяясь в хозяине, просто используют то, что имеется у хозяина изначально. Агробактерии же генетически изменяют своего хозяина, передавая ему собственные гены. *Поэтому такая форма паразитирования получила название генетической колонизации хозяина.*

После открытия *явления генетической колонизации агробактериями растений* были разработаны принципиально новые методы получения сортов. С помощью генно-инженерных методов в ДНК, которую агробактерии передают в растение, заменяют нужные агробактериям гены на гены, нужные селекционерам. Затем эту ДНК возвращают в клетки агробактерий. При обработке растительных клеток такими агробактериями они переносят в нее созданную человеком ДНК как свою собственную.

Это позволяет создавать трансгенные сорта, получение которых методами традиционной селекции невозможно. Например, для придания устойчивости к насекомым-вредителям растениям передают определенные гены бактерий, вызывающих болезни насекомых. В клетках таких растений синтезируется белок, токсичный для насекомых. Съедая лишь небольшое количество тканей растений этого сорта, насекомые-вредители погибают. Поэтому для борьбы с ними нет необходимости применять дорогостоящие и вредные для человека и окружающей среды химические средства защиты растений (рис. 42.2).

Используя различные гены, современные селекционеры методами генетической инженерии получают сорта растений, устойчивые к засухе, заморозкам и другим неблагоприятным условиям. Это позволяет расширять зоны успешного земледелия и разворачивать продуктивное сельское хозяйство в тех регионах мира, где оно до сих пор отсутствовало.

Уделяется серьезное внимание и изменению питательных свойств сельскохозяйственных растений. Например, получены трансгенные сорта кукурузы, сои и других кормовых культур, в которых содержание белка и незаменимых аминокислот выше по сравнению со старыми сортами.

С помощью генетической инженерии растений решаются некоторые медицинские проблемы. Так, в Японии закончены испытания сортов риса, потребление которых позволит помочь людям, страдающим аллергией на пыльцу хвойных растений.

Методами генетической инженерии для получения высокоценных продуктов питания выведены особые сорта растений. Одним из примеров является так называемый «золотой рис» (рис. 42.3). Его отличительной чертой является образование значительного количества провитамина А — каротина. При нехватке в продуктах питания этого вещества у людей развиваются болезни глаз, которые при длительном гиповитаминозе могут приводить к полной слепоте. В целом ряде азиатских стран сотни тысяч людей страдают от таких болезней. В обычном рисе, которым питается большинство бедного населения, каротин практически отсутствует. Поэтому в растения риса были перенесены гены из растений, в которых каротина образуется много. По расчетам специалистов, за счет введения в рацион питания трансгенного золотого риса медицинскую проблему, связанную с дефицитом провитамина А в пищевом рационе человека, можно будет решить в ближайшие десятилетия.

На основе трансгенных растений возможно также получение белков других организмов. Такие белки применяются, например, в ветеринарии и медицине. Условно эти растения называют растениями-биореакторами.

*Благодаря генетической инженерии современная селекция растений дала человечеству множество новых сортов с небывалыми ранее свойствами. Путем переноса генов получены яблони, плоды которых не темнеют после разрезания. В Бразилии и Китае начато выращивание тополей, которые растут в 2 раза быстрее, чем обычные деревья. Использование древесины этих растений может позволить уберечь от вырубки естественные леса. Для больных сахарным диабетом созданы томаты, салаты и другие растения, которые имеют сладкий вкус не за счет сахарозы, а за счет особого белка монеллина. Этот белок в 3000 раз слаще свекловичного сахара и не влияет на углеводный обмен, который нарушен у больных диабетом. Источником гена, кодирующего монеллин, является африканское растение дискореофиллум Каминса.*

Методами генетической инженерии получены декоративные растения, способные светиться при слабом вечернем освещении за счет переноса в них генов из светящихся морских бактерий. С помощью переноса генов фиалки в клетки шиповника получены голубые розы, получить которые селекционеры безуспешно пытались в течение нескольких веков.

Проблема биобезопасностиШирокое внедрение в практику трансгенных растений вызвало определенные социальные изменения в обществе. Основной волнующей ученых проблемой стали опасения, что создаваемые человеком трансгенные растения могут выйти из-под контроля человека и внедриться в естественные экосистемы. Это, в свою очередь, может привести к исчезновению из биосферы некоторых видов растений, животных и микроорганизмов. Хотя вероятность этих событий очень мала, научная общественность не оставила эти теоретические опасения в стороне. Поэтому на специальных конференциях и симпозиумах были разработаны правила создания, испытания и использования трансгенных растений.

У части населения эти опасения ученых трансформировались в неприятие трансгенных растений и производимых из них продуктов. При этом природоохранный аспект для обычных людей отошел на второй план. Главное, чего боятся люди, не опасны ли трансгенные растения и другие генетически модифицированные организмы для здоровья человека. Учитывая это, все создаваемые методами генетической инженерии растения должны проходить обязательную проверку на безвредность для человека и сельскохозяйственных животных. В Республике Беларусь принят закон «О безопасности генно-инженерной деятельности», который является основной нормативно-правовой базой национальной системы биобезопасности. Для координации деятельности правовых структур и населения в Республике Беларусь создан и успешно работает Национальный координационный центр биобезопасности. *Таким образом, развитие биотехнологии находится под постоянным контролем и корректируется для предотвращения даже самых малых теоретически возможных нежелательных последствий.*

Первые десятилетия нынешнего века подтверждают правильность выбранного пути интенсивного развития биотехнологии. Можно с уверенностью утверждать, что дальнейшее развитие человечества будет определяться все более широким внедрением достижений биологии в практическую деятельность людей. Поэтому современный грамотный человек не должен бояться генетически модифицированных организмов. К их созданию и применению следует относиться как к одному из основных полезных результатов развития современной науки и технологии.

В современной биотехнологии с помощью методов генетической инженерии создаются и все шире используются организмы, в клетках которых функционируют гены других организмов. Такие организмы называют трансгенными или генетически модифицированными (ГМО). С использованием трансгенных бактерий и грибов осуществляется производство белков человека и других организмов, применяемых в ветеринарии и медицине. В селекции растений новые сорта создаются путем передачи в растительные клетки генов других организмов. Использование трансгенных растений дает не только эффективный экономический выход, но и способствует охране окружающей среды. Разработка, испытания и использование генетически модифицированных организмов находятся под постоянным контролем.

1. Какие организмы называются трансгенными или генетически модифицированными?

2. Как создаются генетически модифицированные бактерии?

3. Какие бактерии используются для введения нужных человеку генов в клетки растений?

4. Какую пользу приносят трансгенные растения сельскому хозяйству?

5. Почему использование трансгенных растений следует рассматривать как одну из мер защиты окружающей среды?

6. Следует ли бояться трансгенных растений и изготовленных из них продуктов? Какая система биобезопасности существует в мире?

7*. Представьте себе, что вы получили возможность самостоятельно планировать получение новых сортов трансгенных растений. Растение с какими свойствами вы хотели бы создатьчтобы принести максимальную пользу себе и человечеству?