Генетически модифицированные организмы (ГМО): проблемы и перспективы исследования
Генетически модифицированные организмы (ГМО): проблемы и перспективы исследования
Сергей Рудышин
Аналитический взгляд на начало XXI ст. свидетельствует, – две глобальные проблемы – продовольствия и экологической безопасности становятся для цивилизации важнейшими. Все остальные – социально-экономические, энергетические, технологические, демографические, медицинские, военные прямо или косвенно связаны с ними. Сегодня производство сельскохозяйственной продукции достигает приблизительно 5 млрд. тонн в год. Для того, чтобы увеличить этот показатель вдвое и обеспечить продовольствием в 2025 году почти 9 млрд. населения Земли традиционных способов будет недостаточно. Вот почему создание и внедрение генетически модифицированных организмов (ГМО) является одной из научно-политических проблем.
Необходимо констатировать, что СМИ, а не академические научные журналы, с самого начала работ в этом направлении наделили ГМО «презумпцией вины». Особенно этот вопрос обострила российский ученый И. В Ермакова своими публикациями, что масштабное распространение ГМО приводит к развитию бесплодия, вспышке онкологических заболеваний, появлению генетических уродов, аллергических реакций, увеличению уровня смертности людей и животных, резкому сокращению биоразнообразия и ухудшению состояния окружающей среды [5, 8]. Такое заявление получило широкую огласку и стало предметом активного обсуждения в Интернете и печатных изданиях, на него ссылаются более 500 организаций в качестве доказательной базы потенциальной опасности ГМ продуктов. В большинстве стран развернулось общественное движение за создание зон, свободных от ГМО. В некоторых странах на законодательном уровне приняты суровые ограничения относительно распространения ГМО в окружающую среду.
важным является профессиональное (а не эмоциональное) понимание проблемы, осуществление мероприятий по усилению биобезопасности на государственном уровне, защите граждан от возможных рисков использования ГМО. По этому поводу, начиная с 2007 г., ведущий журнал «Nature Biotechnology» проводит на своих страницах научную дисскусию с И. В. Ермаковой и сторонниками запрета ГМО. Ученые из разных стран (Б. Чесси, В. Мозес, А. Макхьюэн, Е. Маршалл, В. Гиддинг, А. МакХакен и др.) сформулировали свои аргументы и вопросы относительно чистоты эксперимента и выводов, сделанных И. В. Ермаковой.
У ученых не вызывают доверия данные И. Ермаковой относительно 51, 6 % смертности крысят от самок, которых кормили трансгенной соей. Такой мощный летальный эффект не мог остаться незамеченным соответствующими контролирующими органами в области охраны здоровья и защиты прав потребителя в США, Канаде, Японии. План эксперимента И. Ермаковой не соответствует международно признанным протоколам, что и объясняет высокую смертность животных в контрольных группах. Дело в том, что свежая соя содержит ядовитые белки, которые нейтрализуются интенсивным пропариванием. Эксперты замечают, – в эксперименте И. Ермаковой об этом не говорится. В случае, когда семена сои только намачивают и не пропаривают (например, в скороварке под небольшим давлением), то такой продукт для крыс действительно является токсичным. Кроме того, не были представлены результаты проверки соевого корма на содержание изофлавонолов – веществ, аналогичных по действию на организм эстрогенам (женским половым гормонам), которые влияют на репродуктивную сферу и развитие млекопитающих [17]. За ходом научной дискуссии можно проследить на сайте www.gmo.ru.
Мы исходим из того, что современный уровень биологических и экологических знаний является основным фактором повышения качества и безопасности жизни общества, сбережения и восстановления природы. Кроме того, важно оценить место Украины и других стран в процессах развития новейших биотехнологий, их экономические интересы в качестве производителей продовольствия на планете [2; 11-15].
ДНК-технологии позволяют биотехнологам отбирать и вводить в растения конкретные гены устойчивости к вредителям, болезням, гербицидам, холоду, недостатку воды, засолению, кислотности почвы и др. Известно более 20 способов проникновения и межвидовой миграции генетических элементов; к их числу относят трансформацию, трансдукцию, транспозоны, вирусы, неполовой обмен хромосомами, образование симбиотических ассоциаций и др. [1, 3, 6, 11, 12, 16]. Технология создания ГМ растений «подсмотрена» генными инженерами в природе и состоит из ряда этапов, среди которых можно выделить такие: 1) получение конкретных генов, создание векторов; 2) трансформация растительных клеток (например, при помощи бактериальных плазмид); 3) подтверждение трансформации молекулярно-генетическими методами – выявление работающего гена; 4) регенерация целого растения из трансформированных клеток.
растениям в определенных кругах общественности, новые сорта быстро завоевывают популярность в мире; например, площади под наиболее распространенными культурами (соя, кукуруза, хлопчатник, рапс) составляют почти 30% мировых посевов. Сегодня трудно назвать вид растений, культурные представители которого не являются генетически модифицированными. Особенно значительные площади заняты трансгенными культурами в США, Аргентине, Канаде, Бразилии, Китае. В Европе выращивают ГМ растения в Испании, Швейцарии, Румынии, Болгарии. Директор Департамента корпоративного развития и коммуникаций фирмы KWS SATT Хеннинг фон дер Ое сообщил, – до 2050 г. площади под растениями с ГМ компонентами возрастут до 250 млн. га («АГРОСФЕРА», № 13 (465) от 04. 04. 2011 http://www.proagro.com.ua/art/4054028.html).
Почему существует оппозиция относительно создания ГМО? Рядовые граждане перепуганы уже самой аббревиатурой ГМО по причине незнания сущности ДНК-технологий и давления СМИ, которые подогревают фобию к ГМО и даже успели внедрить красивый эмоциональный лозунг: «Пускай генетически модифицированную (искусственную) еду потребляют генетически модифицированные (искусственные) существа!». Выступают против также те транснациональные компании, которые производят пестициды (отметим, что одновременно они инвестируют генно-инженерные исследования по созданию ГМ растений). Иногда мотивация оппонентов (общественных организаций) больше обусловлена неприязнью к глобализации, политическими (предвыборными) или прагматическими интересами, чем беспокойством о биологической безопасности.
Рассмотрим аргументы ученых относительно сущности ГМО. Поскольку все живые организмы (от вирусов до млекопитающих) содержат одинаковые четыре «ноты» жизни (А, Т, Г, Ц) в молекуле ДНК, то почему рекомбинантные (гибридные) ДНК нужно считать противоприродными? Одинаковые триплеты любой ДНК кодируют природные аминокислоты; их 20 и они составляют все белки биосферы. Все метаболиты растений (и трансгенных тоже) уже существуют в природе. Т. е., если известно, что ГМ растения содержат вещества токсического или фармакологического действия, то проблема биобезопасности касается в первую очередь исследований аллергенного, токсического, канцерогенного действия ГМ продуктов на человека и сельскохозяйственные животные. Например, колхицин – алкалоид растения крокус осенний (Colchicum autumnale L.) – является митозным ядом (проникая в делящиеся клетки, колхицин разрушает ахроматиновое веретено, дочерние клетки не расходятся к полюсам, цитокинез не осуществляется и число хромосом удваивается) [11, с. 194].
Необходимо подчеркнуть, что в Европе уже давно действует допустимая норма содержания ГМО в продуктах питания – не больше 0, 9%; в Японии – 5%; в США и Канаде – более 10%. Отметим, что в США тщательно и строго следят за здоровьем нации, а биобезопасность контролируют одновременно три федеральных органа: Министерство сельського хозяйства, Агентство по охране окружающей среды, Комиссия по контролю за продуктами питания и лекарственными препаратами [1, 3]. Причем требования к медико–генетической и технологической оценке ГМ продуктов более высокие, чем к сортам, которые получены путем обычной селекции или химического / физического мутагенеза.
Медико-генетическая оценка основывается на использовании полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая предусматривает анализ всех внесенных в растение генов (трансгенов, маркеров, промоторов, терминаторов). Создание и использование специальных ДНК-микрочипов позволяет осуществлять массовый скрининг пищевых продуктов и исходного сырья на наличие ь трансгенов. Технологическая оценка определят органолептические и физико-химические свойства, а также влияние генетических модификаций на технологические параметры продукции.
Специальные исследования проводятся для обнаружения возможного влияния ГМ продуктов на иммунный статус; определяют их мутагенную, канцерогенную и нейротоксическую активность. Кроме того, определяется активность ферментов системы антиоксидантной защиты, содержание продуктов перекисного окисления липидов и др. Хроническая токсичность продукта исследуется на животных, рацион которых в течение 6 месяцев максимально состоит из ГМ продукта.
Существует ли опасность от ДНК, которую мы едим? В организме человека в пищевом тракте любая чужая ДНК разрушается ферментами нуклеазами (рестрикционными эндонуклеазами) до мономеров – нуклеотидов, которые всасываются клетками для собственных нужд (синтеза собственных ДНК). Нуклеазы одинаково «режут» ДНК вирусов, бактерий, растений, грибов или животных. Почти 150 тысяч лет человечество с кариотипом кроманьонца (Homo sapiens L.) употребляет чужеродную ДНК с мясом, рыбой, овощами, фруктами и строит «родную» ДНК собственных клеток из «чужих» нуклеотидов. Биологическая эволюция кроманьонца за этот период не ощутила значительных изменений.
– кишечной палочки (Escherichia coli) – почти 17% ДНК имеет эукариотическое происхождение. Ежесекундно мы контактируем с генетическим аппаратом вирусов и бактерий, которые со «злыми» намерениями (с точки зрения человека) атакует наш геном. Некоторые вирусы и участки плазмид бактерий имеют природный механизм встраивания в генетический аппарат эукариотов и даже передаются по наследству (например, вирус герпеса, который передаётся аналогично ВИЧ). Это реально несет в себе опасность для жизни и здоровья человека. Никто сегодня не опроверг вирусной теории возникновения рака. В геноме человека на долю нуклеотидных последовательностей вирусов и мобильных элементов приходится 0, 5% генома [3, с. 6]. Микроорганизмы и вирусы вездесущи в живом веществе планеты. Таким образом, феномен генетической трансформации по созданию ГМО не является новостью для биосферы, а только одним из многочисленных механизмов горизонтального и вертикального трансгенеза.
Отсутствуют научные сообщения, что отдельные гены или фрагменты ДНК еды встраиваются в генетический материал клеток человека (или млекопитающих вообще) [1, 3, 9]. Есть основания для утверждения, что в процессе эволюции системы пищеварения выработали защитные механизмы против простой передачи генов из продуктов питания. Такая передача генов практически невозможна, поскольку необходимо чтобы:
ДНК с новым геном не разрушалась нуклеазами пищеварительного сока;
ДНК смогла проникнуть через клеточную стенку и клеточную мембрану микроорганизмов, остаться жизнеспособной при действии механизма обезвреживания чужой ДНК;
ген растительной пищи, даже при возможности его трансформации в микроорганизм, в нем начал работать (осуществлять экспрессию).
Подчеркнем, что технология создания ГМ растений предусматривает использование природных инструментов. Так, все ферменты, с которыми работают генные инженеры (рестриктазы, лигазы, полимеразы, экзонуклеазы и др.), выделены из живых организмов. Почти все ГМ растения содержат одинаковые природные последовательности ДНК, которые регулируют работу трансгена, а именно, промотор 35S (получен из вируса мозаики цветной капусты) и терминатор NOS (из почвенной бактерии Agrobacterium tumifaciens). Если провести анализ генетической генеалогии всех наших традиционных продуктов питания (пшеница, картошка, томаты, кукуруза и др.), то увидим, что они созданы в результате природных мутаций и генетических трансформаций.
Косвенным аргументом относительно безопасности ГМ продуктов является тот факт, что в США не зафиксировано ни одного судебного иска по компенсации угрозы здоровью в результате потребления ГМО (хотя адвокат получает до 11% от суммы иска).
Обсуждение проблемы позволяет утверждать: ДНК генетически модифицированных организмов так же безопасна, как и любая ДНК пищевых продуктов. Страх существования потенциальной аллергенности ГМ продуктов можно отнести к другим продуктам (цитрусы, шоколад и др.) и токсичности ингредиентов пищевых продуктов (синтетических пищевых добавок, остатков нитратов, пестицидов, афлатоксинов, тяжелых металлов и др.). В супермаркетах вместе с хлебом можно свободно купить сигареты. Сегодня почти весь промышленный табак генетически модифицированный. Никотин однозначно опасен для здоровья (говорить о риске – это «от лукавого» производителя). Кроме никотина, радионуклидов, смол и других опасных веществ, токсичностью обладает селитра, которую добавляют в бумагу, чтобы сигарета не гасла.
Кроме того, мы потребляем с современной пищей различные ксенобиотики в виде консервантов, остатков стероидных гормонов и антибиотиков. Ужасные прогнозы относительно увеличения среди населения онкологических и других заболеваний после двух десятилетий Чернобыльской беды, к сожалению, подтверждаются. Радионуклиды цезия и стронция осуществляют свой природный распад, а ионизирующее излучение не прибавляет здоровья популяциям вида Homo sapiens L.
(запрет которого перманентно возникает и останавливается). Отметим, что генетически модифицированные лекарственные препараты не вызывают беспокойство у специалистов и населения всех стран. ГМ микроорганизмы давно и активно используют для производства антибиотиков, аминокислот, ферментов, витаминов, вакцин и др. Не слышно протестов против генно-инженерного инсулина, которому диабетики отдают предпочтение перед отечественным свиным.
Общественное движение «зеленых» обеспокоено появлением «суперсорняков», поскольку часть ГМ культурных растений в определенных ареалах способна гибридизироваться с некоторыми дикими родственниками. Ученые изучают возможный экологический риск передачи новых генов ГМ растений дикой флоре (ветром, насекомыми). В реальных природных условиях перенос генов от одних видов растений другим осуществляется редко, иначе мы были бы свидетелями постоянного возникновения новых видов. Если в результате перекрестных опылений все же появляются гибриды первого поколения F1, то они практически не дают поколения F2 [16, с. 11]. В этом аспекте ГМ растения не отличаются от обычных, не модифицированных.
Таким образом, отсутствуют достоверные данные о миграции трансгенов от ГМ растений к другим, агрессивном влиянии ГМ растений на биоразнообразие и структуру популяций в агроценозах. Исследования [3, 16, 18] свидетельствуют, – экологический риск от выращивания трансгенных растений можно сравнить с риском испытания новых селекционных сортов, полученных обычным способом. Все признаки (химические соединения), которые появляются (или появятся) в трансгенных растениях, уже существуют в биосфере. Отметим, что сорняков в природе нет, они существуют только в антропоцентрическом представлении человека. Сорняки – это растения, которые эволюционно возникли, являются трофической цепью в экосистемах, а человеку они мешают для решения продовольственных проблем. Против новых сорняков найдут новые гербициды. Ученые изучают изменения биоты искусственных агросистем (микрофлоры почв, насекомых и др.), где выращивают трасгенные растения, например, кумулятивные последствия действия трансгенного белка (Bt-токсина) на почвенную фауну и микрофлору.
Если рассматривать экологическую опасность деятельности человека с позиций биофилософии, то человек с момента революционного появления на Земле вычеркнул себя из классического понимания экологии как биологии экосистем. Эволюция человека необычна и не вписывается в биологические рамки эволюции по Ч. Дарвину по таким причинам: 1) человек убивает человека, т. е. отрицает эволюционный закон биологического выживания вида – внутривидовое уничтожение в природе нецелесообразно – это, фактически, самоуничтожение; 2) в отличие от всех других организмов человек не адаптируется к природным факторам, а отделяется от природы при помощи орудий труда, оружия, огня, одежды, синтеза новых веществ (не существующих в природе), добычи полезных ископаемых и др.; 3) из всех живых существ Земли только человек уничтожает собственную экологическую нишу, – оставляет после себя химический или физический «мусор», загрязняет окружающую среду (в природе мусора нет, все трансформируется в трофических цепях).
Вся планета заселена человечеством полностью. Согласно закону конкурентного вытеснения Г. Гаузе [10], конкуренция между видами на одной территории тем сильнее, чем виды ближе по потребностям в кормовых ресурсах и в пространстве проживания. Ради своего существования человек сметает или уничтожает всех биологических конкурентов за природные ресурсы, называя их при этом «вредителями», «сорняками» и т. д. Разве существовали до появления на Земле вредные жуки или полезные ископаемые? Конечно, нет: только в человеческом измерении.
Представляется правомочным утверждать, – искусственные урбо- и агроландшафты планеты (вместе с ГМ растениями) снижают буферную емкость биосферы, которая обеспечивает ее гомеостаз. Анализ интенсивного техногенеза последних 60 лет свидетельствует, – главной причиной биологической опасности является потребительская промышленная и сельскохозяйственная деятельность человека, которая синергетически приближает биосферу к точке бифуркации, и научные сценарии будущего неутешительны.
Цивилизации нужно успеть понять: если сохраним биологическое и ландшафтное разнообразие, то они сберегут нас. Биосфере для восстановления и дальнейшего динамического развития в составе системы «биосфера-общество» необходимы миллионы гектаров природных биомов тайги, джунглей, степей, болот, океана, а не урбоэкосистемы (мегаполисы, сотни тысяч километров автотрасс и т. д.) и искусственные агроландшафты сельскохозяйственных культур (даже без ГМО).
Существует экологический закон, – только 1% чистой продукции фотосинтеза используется во всех звеньях природных трофических цепей [10, 14, 15]. Превышение этой границы, например путем искусственной выемки части продукции, нарушает биотическую регуляцию содержания СО2 и О2 в атмосфере. Поступление этой доли только в антропогенный канал (в пищу, волокна, топливо и др.) становится опасным для существования современного состояния биосферы.
минеральные удобрения и пестициды, которые помогают в борьбе с голодом, но загрязняют окружающую среду; усиливается дефицит плодородия почв (уменьшается содержание гумуса); масштабно теряется биологическое и ландшафтное разнообразие. Биосфера «способна» надежно прокормить только один миллиард людей и при этом, безболезненно для себя, восстановиться. Факт XXI столетия – природные ресурсы планеты являются источником благосостояния только стран «золотого миллиарда», что усложняет путь к ноосфере В. И. Вернадского.
Создание и распространение ГМ растений «зеленой» революции-2 имеет прямое отношение к обеспечению человечества пищей (особенно, белком), поскольку животноводство и рыболовство будущего полностью этого «сделать» неспособны по объективным причинам. По данным ООН, количество белка, полученного с одного гектара сои, в три раза выше пшеницы и в полтора –подсолнуха, что свидетельствует о рентабельности культуры сои [19].
2) хотя площадь океана почти в 2, 5 раза больше площади суши, морские экосистемы фиксируют суммарную солнечную энергию менее эффективно: суша дает почти вдвое больше продукции, чем океан. Таким образом, человечество должно выращивать адаптированные к неблагоприятным условиям среды растения, получать из них калорийные, с высоким содержанием протеина продукты и спускаться вниз по пищевой цепи, отчасти к сое, а не тратить 80-90% энергии пищи на кормление животных.
сельскохозяйственных растений (создание пластидных трансгенов); создание стерильных ГМ растений.
экокоридоров [7] и восстановленных (оздоровленных) ландшафтов. Поэтому распространение или запрет ГМ растений принципиально не решает проблемы био- и экобезопасности.
самоорганизуется. Это процесс необратимый. Ученые возлагают надежды на трансгенные организмы, выращивание которых обходиться значительно дешевле, меньше загрязняет среду пестицидами, помогает решить проблему биотоплива, не требует использования новых площадей и др. Как и любое творение человека (нож, самолет, водка, минеральные удобрения, консервы, атомная энергетика и др.) ГМ растения создают определенный риск, но прямая угроза для здоровья человека и сельскохозяйственных животных научно не доказана. Явную опасность для сохранения биоразнообразия и здоровья человека представляют кислотные дожди, уменьшение озонового экрана, радионуклиды, пестициды, тяжелые металлы, нитраты, нитриты, нитрозамины, микотоксины, искусственные консерванты, разнообразные синтетические пищевые добавки и другие ксенобиотики.
в условиях стремительного роста населения и истощения биоресурсов.
Осознание и предупреждение – два принципа всех международных нормативно-правовых документов, касающихся биобезопасности при выращивании ГМ растений и потребления продуктов из них. Общество имеет право делать выбор – потреблять органическую или генетически трансформированную пищу. Государство должно обеспечить обязательную маркировку ГМ продуктов. Информация о наличии ГМ компонентов не касается вопросов биобезопасности, а является сообщением о содержании в продуктах определенных компонентов, аналогично, как на этикетках указывают присутствие разных ингредиентов: красителей, пищевых добавок, пенообразователей и др.
Список литературы
Блюм Я., Борлауг Н., Сужик Л., Сиволап Ю. Современные биотехнологии – вызов времени. – К.: PA NOVA, 2002. – 102 с.
Блюм Я., Новожилов О. Трансгеннi рослиннi органiзми: економiчний ефект i ризики для бiоти. Мiжнародний симпозiум "Проблеми бiологiчної безпеки при впровадженнi генетично змiнених органiзмiв: новi науковi пiдходи, регуляцiя та суспiльне сприйняття" (10-14 травня 2006 р., м. Ялта) // Вiсник НАН України. – 2006. – N. 9. – С. 56-59.
Глазко В. И. Генетически модифицированные организмы: от бактерии до человека. – К.: Изд-во «КВИЦ», 2002. – 210 с.
Екотрофологiя : основи екологiчно безпечного харчування : навч. посiб. / [Димань Т. М., Барановський М. М., Бiлявський Г. О. та iн.]. – К. : Лiбра, 2006. – 304 с.
Колотовкина Я. Б., Наумкина Е. М., Чижова С. И. и др. Методы идентификации и мониторинг трансгенных компонентов в продуктах питания // Докл. РАСХ. – 2008. – №. 5. – С. 44-47.
Мовчан Я.І. Збереження бiотичного рiзноманiття України (методологiя, теорiя, практика) : дис. … доктора бiолог. наук : 03. 00. 16. – К., 2008.– 536 с.
Назарова А. Ф., Ермакова И. В. Влияние соевой диеты на репродуктивные функции и уровень тестостерона у крыс и хомячков // В мире научных открытий. Биологические науки. – 2010. – № 4(10). – Ч. 1. – С. 13-18.
Оценка влияния ГМО растительного происхождения на развитие потомства крыс в трех поколениях / Н. В. Тышко [и др.] // Вопросы питания. – 2011. – Т. 80. – № 1. – С. 14-25.
Реймерс Н. Ф. Экология: Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. – М.: Россия молодая, 1994. – 366 с.
Рудишин С. Д. Основи бiотехнологiї рослин : навч. посiбник [для студ. вищ. навч. закл.]. – Вiнниця : МП «Запал», 1998. – 224 с.
Рудишин Сергiй. Генетично модифiкованi рослини: ризик чи небезпека // Бiологiя i хiмiя в школi. – 2009. – № 4. – С. 40-43.
Рудишин С. Д. Проблеми бiобезпеки при використаннi ГМ-рослин // Актуальнi проблеми прикладної генетики, селекцiї та бiотехнологiї рослин : зб. наук. пр. – Т. 131. – Ялта: Никитский ботанический сад, 2009. – С. 187-192.
Сорочинський Б. В. Екологiчнi ризики вiд випуску й використання генетично модифiкованих рослин // Физиология и биохимия культ. растений. – 2008. – Т. 40. – С. 3-14.
Шахбазов А. В., Яковлева Г. А., Родькина И. А., Картель Н. А. Плейотропные эффекты гена хитиназы из Serratia phymuthica в трансгенном картофеле // Цитология и генетика. – 2008. – № 2. – С. 3-9.
|
