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