Првите трансгенски растенија (растенија од тутун со вметнати гени од микроорганизми) беа добиени во 1983 година. Првите успешни теренски испитувања на трансгенски растенија (растенија од тутун отпорни на вирусни инфекции) беа спроведени во САД веќе во 1986 година.
Откако ќе ги поминете сите потребни тестови за токсичност, алергеност, мутагеност итн. Првите трансгенски производи станаа комерцијално достапни во Соединетите Држави во 1994 година. Тоа беа доматите Flavr Savr на Калген со одложено зреење и сојата отпорна на хербициди на Монсанто. Во рок од 1-2 години, биотехнолошките фирми се пласираат на пазарот цела линијагенетски модифицирани растенија: домати, пченка, компири, тутун, соја, семе од репка, тиквички, ротквици, памук.
Во моментов, стотици комерцијални фирми ширум светот со вкупен капитал од повеќе од сто милијарди долари се занимаваат со производство и тестирање на генетски модифицирани растенија. Во 1999 година беа засадени трансгенски растенија вкупна површинаоколу 40 милиони хектари, што ја надминува големината на земја како што е Велика Британија. Во САД, генетски модифицираните растенија (ГМ култури) сега сочинуваат околу 50% од посевите на пченка и соја и повеќе од 30-40% од памучните култури. Ова сугерира дека генетски инженерската биотехнологија на растенијата веќе стана важен сектор во производството на храна и други корисни производи, привлекувајќи значителни човечки ресурси и финансиски текови. Во наредните години се очекува дополнително брзо зголемување на површините зафатени со трансгенски форми на култивирани растенија.
Првиот бран на трансгенски растенија одобрени за практична употреба содржеше дополнителни гени за отпорност (на болести, хербициди, штетници, расипување при складирање, стрес).
Сегашната фаза на развој на растителниот генетски инженеринг се нарекува „метаболичен инженеринг“. Во овој случај, задачата не е толку да се подобрат одредени постоечки квалитети на растението, како кај традиционалното одгледување, туку да се научи растението да произведува сосема нови соединенија што се користат во медицината, хемиското производство и други области. Овие соединенија можат да бидат, на пример, специјални масни киселини, здрави протеини со висока содржина есенцијални амино киселини, модифицирани полисахариди, вакцини за јадење, антитела, интерферони и други „лековити“ протеини, нови полимери кои не ја загадуваат животната средина и многу, многу повеќе. Употребата на трансгенски растенија овозможува да се воспостави големо и евтино производство на такви супстанции и со тоа да ги направи подостапни за широка потрошувачка.
Подобрување на квалитетот на протеините за складирање на растенијата
Протеините за складирање на главните култивирани видови се кодирани од фамилија на тесно поврзани гени. Акумулацијата на протеини за складирање на семиња е сложен биосинтетички процес. Првиот генетски инженерски обид да се подобрат својствата на едно растение со воведување ген за складишен протеин од друго бил изведен од Д. Кемп и Т. Хол во 1983 година во САД. Фазеолин генот на грав беше префрлен во геномот на сончогледот со помош на Ti плазмид. Резултатот од овој експеримент беше само химерично растение, наречено санбин. Имунолошки поврзани фазолински полипептиди беа откриени во клетките на сончогледот, што го потврди фактот за пренос на гени помеѓу растенијата кои припаѓаат на различни семејства
Подоцна, генот фазолин бил префрлен во клетките на тутунот: во обновените растенија, генот бил изразен во сите ткива, иако во мали количини. Неспецифичната експресија на генот фазолин, како и во случајот со неговото пренесување во клетките на сончогледот, е многу различно од изразувањето на овој ген во зрели котиледони од грав каде фазолинот сочинува 25-50% од вкупниот протеин. Овој факт укажува на потребата да се зачуваат другите регулаторни сигнали на овој ген при конструирање на химерични растенија и важноста од контролирање на генската експресија за време на онтогенезата на растенијата.
Генот што го кодира протеинот за складирање на пченка, зеин, по неговата интеграција во Т-ДНК, беше префрлен во геномот на сончогледот на следниов начин. Видовите на Agrobacterium кои содржат Ti плазмиди со генот зеин беа користени за да предизвикаат тумори во стеблата на сончогледот. Некои од добиените тумори содржеле mRNA синтетизирана од гени на пченка, што дава причина да се сметаат овие резултати како прв доказ за транскрипција на генот на еднокот во дикот. Сепак, присуството на зеин протеин не беше откриено во ткивата на сончогледот.
Пореална цел за генетскиот инженеринг е да се подобри составот на аминокиселините на протеините. Како што е познато, во складираниот протеин на повеќето житни култури има недостаток на лизин, треонин, триптофан, а во мешунките - метионин и цистеин. Воведувањето дополнителни количини на дефицитарни амино киселини во овие протеини може да го елиминира нерамнотежата на аминокиселините. Користејќи ги традиционалните методи на размножување, беше можно значително да се зголеми содржината на лизин во протеините за складирање на житни култури. Во сите овие случаи, дел од проламините (протеините за складирање на житарици растворливи во алкохол) беа заменети со други протеини кои содржат многу лизин. Меѓутоа, кај таквите растенија големината на зрното се намалува, а приносот се намалува. Очигледно, проламините се неопходни за формирање на нормално зрно, а нивната замена со други протеини има негативен ефект врз приносот. Со оглед на оваа околност, за да се подобри квалитетот на протеинот за складирање на зрната, потребен е протеин кој не само што има висока содржина на лизин и треонин, туку може целосно да замени одреден дел од проламините при формирањето на зрната.
Растенијата можат да произведуваат и животински протеини. Така, вметнувањето во геномот на растенијата Arabidopsis thaliana и Brassica napus на химеричен ген кој се состои од дел од генот за складирање протеин 25 на Arabidopsis и кодираниот дел за неуропептидниот енкефалин доведе до синтеза на химеричен протеин до 200 ng. на 1 g семе. Двата структурни протеински домени беа поврзани со низа препознаена од трипсин, што овозможи последователно лесно да се изолира чистиот енкефалин.
Во друг експеримент, по вкрстување на трансгенски растенија, од кои во едната беше вметната генот за гама подединицата, а во втората - генот за капа подединицата на имуноглобулинот, беше можно да се добие израз на двата синџири кај потомството. Како резултат на тоа, растението формирало антитела кои сочинуваат до 1,3% од вкупниот протеин на листот. Исто така, се покажа дека целосно функционалните секреторни моноклонални имуноглобулини може да се состават во тутунските растенија. Секреторните имуноглобулини обично се лачат во усната шуплина и желудникот на луѓето и животните и служат како прва бариера за цревни инфекции. Во работата спомната погоре, моноклонални антитела беа произведени во растенија кои беа специфични за Streptococcus mutans, бактеријата која предизвикува забен кариес. Се претпоставува дека врз основа на таквите моноклонални антитела произведени од трансгенски растенија, ќе биде можно да се создаде вистинска паста за заби против кариес. Меѓу другите животински протеини кои се од медицински интерес, покажано е производството на човечки β-интерферон во растенијата.
Развиени се и пристапи за добивање бактериски антигени во растенијата и нивно користење како вакцини. Добиени се компири кои изразуваат олигомери на нетоксичната подединица на токсинот од колера. Овие трансгенски растенија може да се користат за производство на евтина вакцина против колера.
Масти
Најважните суровини за производство на различни видови хемикалии се масните киселини - главната компонента на растителното масло. Во нивната структура, тоа се јаглеродни синџири кои имаат различни физички и хемиски својства во зависност од нивната должина и степенот на заситеност на јаглеродните врски. Во 1995 година, беше завршено експерименталното тестирање и беше добиена дозвола од американските федерални власти за одгледување и комерцијална употреба на трансгенски растенија од репка со модифициран состав на растително масло, вклучувајќи, заедно со вообичаените 16- и 18-члени масни киселини, до до 45% од 12-члената масна киселина - лаурата. Оваа супстанца е широко користена за производство на прашоци за перење, шампони и козметика.
Експерименталната работа вклучуваше клонирање на генот за специфична тиоестераза од растението Umbellularia califomica, каде содржината на лаурат во маснотиите од семето достигна 70%. Структурниот дел од генот за овој ензим, под контрола на промотерот-терминатор на протеинскиот ген специфичен за раната фаза на формирање на семето, беше вметнат во геномот на семе од репка и Arabidopsis, што доведе до зголемување на содржината на лаурат. во маслото од овие растенија.
Други проекти поврзани со промена на составот на масните киселини вклучуваат работа насочена кон зголемување или намалување на содржината на незаситени масни киселини во растителното масло. Од интерес се експериментите со петроселинска киселина, изомер на олеинската киселина, каде што двојната врска се наоѓа зад шестиот јаглероден член. Оваа масна киселина е дел од маслото од коријандер и ја одредува нејзината повисока точка на топење (33°C), додека во присуство на олеинска киселина точката на топење е само 12°C. Се претпоставува дека по пренесувањето на гените кои ја одредуваат синтезата на петроселинска киселина во растенија кои произведуваат растително масло, ќе биде можно да се произведе диететски маргарин кој содржи незаситена масна киселина. Покрај тоа, многу е лесно да се добие лаурат од петроселинска киселина со оксидација со озон. Понатамошното проучување на спецификите на биохемиската синтеза на масните киселини очигледно ќе доведе до способност да се контролира оваа синтеза со цел да се добијат масни киселини со различна должина и различен степен на заситеност, што значително ќе го промени производството на детергенти, козметика, кондиторски производи. , стврднувачи, лубриканти, лекови, полимери, дизел гориво и многу повеќе поврзани со употребата на јаглеводородни суровини.
Полисахариди
Се работи на создавање трансгенски растенија од компир и други култури кои се акумулираат скроб, во кои оваа супстанца ќе се најде главно во форма на амилопектин, односно разгранета форма на скроб или главно само во форма на амилоза, т.е. линеарни форми на скроб. Растворот на амилопектин во вода е потечен и потранспарентен од оној на амилозата, која, кога е во интеракција со вода, формира крут гел. На пример, скробот, кој се состои главно од амилопектин, најверојатно ќе биде баран на пазарот за производители на различни хранливи мешавини, каде што модифицираниот скроб моментално се користи како полнење. Геномите на пластидите и митохондриите исто така може да бидат предмет на генетска модификација. Ваквите системи овозможуваат значително зголемување на содржината на производот во трансгенски материјал.
Создавање на растенија отпорни на хербициди
Во новите, интензивни земјоделски технологии, хербицидите се користат многу широко. Ова е поврзано со тоа. дека поранешните еколошки опасни хербициди со широк спектар, кои се токсични за цицачите и опстојуваат долго време во надворешната средина, се заменуваат со нови, понапредни и побезбедни соединенија. Сепак, тие имаат недостаток што го инхибираат растот не само на плевелите, туку и на култивираните растенија.Високо ефективни хербициди како што се глифосат и атразини интензивно се проучуваат за да се идентификува механизмот на толеранција на некои плевели кон нив. Така, во полињата каде што атразинот е широко користен, биотипови отпорни на атразин доста често се појавуваат кај многу растителни видови.
Проучувањето на механизмот на отпорност на хербициди со цел да се добијат, користејќи методи на генетски инженеринг, култивирани растенија кои ја поседуваат оваа особина, ги опфаќа следните фази: идентификување на биохемиските цели на дејството на хербицидот во растителната клетка: избор на организми отпорни на даден хербицид како извори на гени на отпорност: клонирање на овие гени: нивно воведување во култивирани растенија и проучување на нивното функционирање
Постојат четири фундаментално различни механизми кои можат да обезбедат отпорност на одредени хемиски соединенија, вклучително и хербициди: транспорт, елиминација, регулаторна и контактна. Транспортниот механизам на отпор е неможноста на хербицидот да навлезе во клетката. Под дејство на механизмот за елиминација на отпорот, супстанциите што влегле во клетката може да се уништат со помош на индуцирани клеточни фактори, најчесто деградирачки ензими, а исто така да подлежат на еден или друг вид на модификација, формирајќи неактивни производи безопасни за клетката. Со регулаторна отпорност, клеточниот протеин или ензим кој е инактивиран од хербицидот започнува интензивно да се синтетизира, со што се елиминира недостатокот на саканиот метаболит во клетката. Контактниот механизам на отпор е обезбеден со промена на структурата на целта (протеин или ензим), чија интеракција е поврзана со штетното дејство на хербицидот
Утврдено е дека особината на отпорност на хербициди е моногена, односно карактеристиката најчесто се определува од еден ген. Ова го прави многу лесно користењето на технологијата за рекомбинантна ДНК за пренос на оваа особина. Гените кои кодираат одредени ензими за уништување и модификација на хербициди може успешно да се користат за создавање растенија отпорни на хербициди користејќи методи на генетско инженерство.
Традиционалните методи на одгледување за создавање сорти отпорни на хербициди се многу одземаат многу време и неефикасни. Најшироко користениот хербицид во странство, глифосат (комерцијално име Roundup), ја инхибира синтезата на есенцијалните ароматични амино киселини со дејство на ензимот 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат синтаза (ЕПС синтаза). Познати случаи на отпорност на овој хербицид се поврзани или со зголемување на нивото на синтеза на овој ензим (регулаторен механизам) или со појава на мутантен ензим нечувствителен на глифосфат (контактен механизам). ЕПСФ синтаза генот беше изолиран од растенија отпорни на глифосфат и ставен под промотерот на вирусот на мозаик од карфиол. Со користење на Ti плазмид, оваа генетска конструкција беше внесена во клетките на петунија. Во присуство на една копија од генот, растенијата регенерирани од трансформираните клетки синтетизирале 20-40 пати повеќе ензими отколку во оригиналните растенија, но отпорноста на глифосфат се зголемила само 10 пати.
Еден од најчестите хербициди кои се користат кај житните култури е атразин. Ја инхибира фотосинтезата со врзување за еден од протеините на фотосистемот II и запирање на транспортот на електрони. Отпорноста на хербицидите се јавува како резултат на точкасти мутации во овој врзувачки протеин на пластохинон (замена на серин со глицин), што предизвикува тој да ја изгуби способноста за интеракција со хербицидот. Во голем број случаи, беше можно да се пренесе генот на мутантниот протеин во растенија чувствителни на атразин со помош на Ti плазмид. Генот за отпор интегриран во растителниот хромозом беше опремен со сигнална секвенца која обезбедува транспорт на синтетизираниот протеин во хлоропластите. Химеричките растенија покажаа значителна отпорност на концентрациите на атразин што предизвика смрт на контролните растенија со протеинскиот ген од див тип. Некои растенија се способни да го деактивираат атразин со елиминирање на остатоците од хлор со ензимот глутатион-S-трансфераза. Истиот ензим ги инактивира другите сродни хербициди од серијата триазини (пропазин, симазин, итн.).
Постојат растенија чија природна отпорност на хербициди се заснова на детоксикација. Така, отпорноста на растенијата кон хлорсулфурон може да биде поврзана со деактивирање на молекулата на хербицидот со неговата хидроксилација и последователна гликозилација на воведената хидроксилна група. Создавање растенија отпорни на патогени и штетници Отпорноста на растенијата на одредени патогени најчесто е сложена мултигенска карактеристика.
Симултаниот пренос на неколку локуси е тежок дури и со користење на методи на генетски инженеринг, а да не зборуваме за класичните методи на селекција. Друг начин е поедноставен. Познато е дека отпорните растенија го менуваат својот метаболизам кога се нападнати од патогени. Се акумулираат соединенија како H2O2, салицилна киселина и фитоалексини. Зголемените нивоа на овие соединенија му помагаат на растението да се спротивстави на патогени.
Еве еден пример кој ја докажува улогата на салицилната киселина во имунолошкиот одговор на растенијата. Трансгенските растенија од тутун, кои содржат бактериски ген кој ја контролира синтезата на салицилат хидролаза (овој ензим ја разградува салицилната киселина), не можеа да создадат имунолошки одговор. Затоа, генетски менување на нивоата на салицилна киселина или производството во растенијата како одговор на патогенот H2O2 може да биде ветувачко за создавање отпорни трансгенски растенија.
Во фитовирологијата, нашироко е познат феноменот на индуцирана вкрстена отпорност на растенијата на вирусни инфекции. Суштината на овој феномен е дека инфекцијата на растение со еден вид на вирусот спречува последователна инфекција на овие растенија со друг вирусен вид. Молекуларниот механизам на супресија на вирусна инфекција сè уште е нејасен. Се покажа дека воведувањето на поединечни вирусни гени, на пример гени на капсидните протеини, е доволно за имунизација на растенијата. Така, генот за обвивниот протеин на вирусот на мозаикот од тутун беше префрлен во клетките на тутунот и беа добиени трансгенски растенија во кои 0,1% од сите лисни протеини беа претставени со вирусниот протеин. Значителен дел од овие растенија не покажале никакви симптоми на болеста кога биле заразени со вирусот. Можно е протеинот од вирусната обвивка синтетизиран во клетките да ја спречи нормалното функционирање на вирусната РНК и формирање на полноправни вирусни честички. Утврдено е дека изразот на капсидниот протеин на вирусот на мозаикот тутун, вирусот на мозаикот луцерка, вирусот на мозаикот на краставицата и вирусот на компирот Х во соодветните трансгенски растенија (тутун, домати, компири, краставици, пиперки) обезбедува високо ниво на заштита од последователни вирусни инфекции. Покрај тоа, кај трансформираните растенија немаше намалување на плодноста, немаше несакани промени во растот и физиолошките карактеристики на оригиналните примероци и нивните потомци. Се верува дека индуцираната отпорност на растенијата на вируси се должи на посебен антивирусен протеин, многу сличен на животинскиот интерферон. Се чини дека е можно да се користи генетски инженеринг за да се подобри експресијата на генот што го кодира овој протеин со негово засилување или замена под посилен промотор.
Треба да се забележи дека употребата на генетски инженеринг за заштита на растенијата од различни патогени микроорганизми е во голема мера попречена од недостатокот на знаење за механизмите на одбранбените реакции на растенијата. За борба против инсектите штетници во растителното производство, се користат хемиски агенси - инсектициди. Но, тие имаат штетно влијание врз цицачите, убиваат корисни инсекти, ја загадуваат околината, патиштата, а покрај тоа инсектите брзо се прилагодуваат на нив. Познато е дека повеќе од 400 видови инсекти се отпорни на употребените инсектициди. Затоа, сè повеќе внимание привлекуваат средствата за биолошка контрола кои обезбедуваат строга селективност на дејството и отсуство на адаптација на штетниците на користениот биопестицид.
Бактеријата Bacillus thuringiensis е позната подолго време, која произведува протеин кој е многу отровен за многу видови инсекти, но истовремено и безбеден за цицачите. Протеинот (делта ендотоксин, CRY протеин) се произведува од различни соеви на B. thuringiensis. Интеракцијата на токсинот со рецепторите е строго специфична, што го отежнува изборот на комбинација на токсин-инсект. Во природата се пронајдени голем број соеви на B. thuringiensis, чии токсини влијаат само на одредени видови инсекти. Препаратите на B. thuringiensis се користат со децении за контрола на инсектите на полињата. Безбедноста на токсинот и неговите составни протеини за луѓето и другите цицачи е целосно докажана. Вметнувањето на генот за овој протеин во растителниот геном овозможува да се добијат трансгенски растенија кои не ги јадат инсектите.
Покрај специфичниот ефект врз инсектите за видот, интеграцијата на прокариотските делта-токсински гени во растителниот геном, дури и под контрола на силни еукариотски промотори, не доведе до високо нивоизразување. Веројатно, овој феномен се појавил поради фактот што овие бактериски гени содржат значително повеќе аденин и тимин нуклеотидни бази отколку растителна ДНК. Овој проблем беше решен со создавање на модифицирани гени, каде што одредени фрагменти беа исечени и додадени од природниот ген, зачувувајќи ги домените што ги кодираат активните делови на делта токсинот. На пример, со користење на такви пристапи, добиени се компири отпорни на бубачката од Колорадо. Добиени се трансгенски тутунски растенија способни да го синтетизираат токсинот. Таквите растенија беа нечувствителни на гасеници Manduca sexta. Вториот починал во рок од 3 дена по контакт со растенија што произведувале токсини. Производството на токсини и добиената отпорност кон инсектите беа наследени како доминантна особина.
Во моментов, таканаречените Bt растенија (од B. thuringiensis) од памук и пченка го заземаат најголемиот дел од вкупниот волумен на генетски модифицирани растенија од овие култури кои се одгледуваат на полињата во САД.
Поради способноста на генетскиот инженеринг да конструира ентомопатогени растенија врз основа на токсини од микробиско потекло, токсините од растително потекло се од уште поголем интерес. Фитотоксините се инхибитори на синтезата на протеините и вршат заштитна функција од штетници од инсекти, микроорганизми и вируси. Најдобро проучен од сите нив е рицинот, синтетизиран во рицинусово зрно: неговиот ген е клониран и неговата нуклеотидна секвенца е одредена. Сепак, високата токсичност на рицинот за цицачите ја ограничува работата на генетскиот инженеринг со него само на индустриски култури кои не се користат за човечка храна или храна за животни. Токсинот произведен од американската фитолака е ефикасен против вируси и е безопасен за животните. Механизмот на неговото дејство е да ги деактивира сопствените рибозоми кога различни патогени, вклучително и фитовируси, влегуваат во клетките. Зафатените клетки стануваат некротични, спречувајќи го патогенот да се размножува и да се шири низ растението. Во моментов е во тек истражување за проучување на генот за овој протеин и пренесување на други растенија.
Вирусните болести се широко распространети меѓу инсектите, така што природните вируси на инсекти, чии препарати се нарекуваат вирусни пестициди, може да се користат за контрола на инсектите штетници. За разлика од пестицидите, тие имаат тесен спектар на дејство, не убиваат корисни инсекти, брзо се разградуваат во надворешната средина и не се опасни за растенијата и животните. Заедно со вирусите на инсекти, некои габи кои ги напаѓаат инсектите штетници се користат како биопестициди. Биопестицидите кои моментално се користат се природни соеви на ентомопатогени вируси и габи, но не може да се исклучи можноста за создавање на нови ефективни биопестициди во иднина со помош на методи на генетски инженеринг.
Зголемување на отпорноста на растенијата на стресни услови
Растенијата многу често се изложени на различни негативни фактори. животната средина: високи и ниски температури, недостаток на влага, соленост на почвата и загадување на животната средина, недостаток или, напротив, вишок на одредени минерали итн.
Има многу од овие фактори, и затоа методите на заштита од нив се различни - од физиолошки својства до структурни адаптации кои овозможуваат да се надминат нивните штетни ефекти.
Отпорноста на растенијата на одреден фактор на стрес е резултат на влијанието на многу различни гени, така што не е можно да се зборува за целосно пренесување на особини на толеранција од еден растителен вид на друг со помош на методи на генетско инженерство. Сепак, генетскиот инженеринг има одреден потенцијал да ја подобри отпорноста на растенијата. Ова се однесува на работата со поединечни гени кои ги контролираат метаболичките реакции на растенијата на стресни услови, на пример, прекумерно производство на пролин како одговор на осмотски шок, на соленоста, синтеза на специјални протеини како одговор на топлински шок, итн. длабинска студијаФизиолошката, биохемиската и генетската основа на одговорот на растението на условите на животната средина несомнено ќе овозможи употреба на методи на генетски инженеринг за дизајнирање на отпорни растенија.
Досега може да се забележи само индиректен пристап за добивање растенија отпорни на мраз, врз основа на манипулации од генетски инженеринг со Pseudomonas syringae. Овој микроорганизам, коегзистирајќи со растенијата, придонесува за нивно оштетување од раните мразови.Механизмот на појавата се должи на тоа што клетките на микроорганизмот синтетизираат посебен протеин кој е локализиран во надворешната мембрана и е центар на кристализација на мразот. Познато е дека формирањето на мраз во вода зависи од супстанции кои можат да послужат како центри за формирање мраз. Протеин кој предизвикува формирање на ледени кристали разни деловирастенија (лисја, стебла, корени), е еден од главните фактори одговорни за оштетување на растителните ткива чувствителни на раните мразови. Бројни експерименти под строго контролирани услови покажаа дека стерилните растенија не биле оштетени од мразови до -6 - 8 ° C, додека кај растенијата со соодветна микрофлора, оштетувањето настанало веќе на температури - 1,5 - 2 ° C. Мутантите на овие бактерии, оние што ја изгуби способноста да го синтетизира протеинот што предизвикува формирање на кристали на мраз, не ја зголеми температурата на формирање на мраз, а растенијата со таква микрофлора беа отпорни на мраз. Вид на такви бактерии, испрскани преку клубени од компир, се натпреваруваа со конвенционалните бактерии, што доведе до зголемена отпорност на мраз на растенијата. Можеби таквите бактерии, создадени со методи на генетски инженеринг и користени како компонента на надворешното опкружување, ќе служат за борба против мразот.
Подобрување на ефикасноста на биолошката фиксација на азот
Ензимот одговорен за редукција на молекуларниот азот до амониум е добро проучен. - нитрогеназа. Структурата на нитрогеназата е иста кај сите организми кои го фиксираат азот. За време на фиксацијата на азот, незаменлива физиолошка состојба е заштитата на нитрогеназата од уништување под влијание на кислородот. Најдобро проучени азотни фиксатори се ризобијата, која формира симбиоза со мешунките, и бактеријата Klebsiella pneumoniae што живее слободно. Утврдено е дека кај овие бактерии 17 гени, таканаречените nif гени, се одговорни за фиксација на азот. Сите овие гени се поврзани еден со друг и се наоѓаат на хромозомот помеѓу гените за ензимите за биосинтеза на хистидин и гените кои ја одредуваат апсорпцијата на шиминската киселина. Во брзорастечката ризобија, гените nif постојат во форма на мегаплазмид кој содржи 200-300 илјади базни парови.
Меѓу гените за фиксација на азот, беа идентификувани гени кои ја контролираат структурата на нитрогеназата, протеински фактор вклучен во транспортот на електрони и регулаторните гени. Регулирањето на гените за фиксирање на азот е доста сложено, така што генетски конструираниот трансфер на функцијата за фиксирање на азот од бактерии директно до повисоките растенија во моментов повеќе не се дискутира. Како што покажаа експериментите, дури и во наједноставниот еукариотски организам, квасецот, не беше можно да се постигне изразување на гените nif, иако тие беа зачувани 50 генерации.
Овие експерименти покажаа дека дијазотрофијата (фиксација на азот) е карактеристична исклучиво за прокариотските организми, а nif гените не беа во можност да ја надминат бариерата што ги одвојува прокариотите и еукариотите поради нивната премногу сложена структура и регулирање со гените лоцирани надвор од регионот nif. Можеби е поуспешно да се пренесат nif гените користејќи Ti плазмиди во хлоропласти, бидејќи механизмите на генска експресија во хлоропластите и во прокариотските клетки се слични. Во секој случај, нитрогеназата мора да биде заштитена од инхибиторните ефекти на кислородот. Дополнително, фиксирањето на атмосферскиот азот е многу енергетски интензивен процес. Малку е веројатно дека растение под влијание на гените nif може да го промени својот метаболизам толку радикално за да ги создаде сите овие услови. Иако е можно во иднина, со користење на методи на генетски инженеринг, да биде можно да се создаде поекономично функционален комплекс на нитрогеназа.
Пореално е да се користат методи на генетски инженеринг за да се решат следните проблеми: зголемување на способноста на ризобијата да колонизира мешунки, зголемување на ефикасноста на фиксација и асимилација на азот преку влијание на генетскиот механизам, создавање на нови микроорганизми кои го фиксираат азот со воведување гени nif во нив. , пренесувајќи ја способноста за симбиоза од мешунките на други .
Примарната цел на генетскиот инженеринг за подобрување на ефикасноста на биолошката фиксација на азот е да се создадат соеви на ризобија со засилена фиксација на азот и способност за колонизација. Колонизацијата на мешунките растенија со ризобија се одвива многу бавно, само неколку од нив предизвикуваат јазли. Тоа е затоа што местото на инвазијата на ризобија е само една мала област помеѓу точката на растење на коренот и најблискиот корен влакно, која е во фаза на формирање. Сите други делови од коренот и развиените коренски влакна на растението се нечувствителни на колонизација. Во некои случаи, формираните јазли не можат да го поправат азот, што зависи од многу растителни гени (идентификувани се најмалку пет), особено од неповолната комбинација на два рецесивни гени.
Користејќи традиционални методи на генетика и селекција, беше можно да се добијат лабораториски соеви на ризобија со поголема колонизирачка способност. Но, во услови на терен тие доживуваат конкуренција од локални соеви. Зголемувањето на нивната конкурентност, очигледно, може да се постигне со помош на методи на генетски инженеринг. Зголемувањето на ефикасноста на процесот на фиксација на азот е можно со користење на техники на генетски инженеринг засновани на зголемување на генските копии, подобрување на транскрипцијата на оние гени чии производи формираат „тесно грло“ во каскадниот механизам на фиксација на азот, со воведување посилни промотори итн. важно е да се зголеми коефициентот корисна акцијасамиот систем на нитрогеназа, кој директно го редуцира молекуларниот азот во амонијак.
Зголемување на ефикасноста на фотосинтезата
Растенијата C4 се карактеризираат со високи стапки на раст и стапки на фотосинтеза; тие практично немаат видлива фотореспирација. Повеќето култури кои припаѓаат на C3 растенијата имаат висок интензитет на фотореспирација. Фотосинтезата и фотореспирацијата се тесно поврзани процеси, кои се засноваат на бифункционалната активност на истиот клучен ензим - рибулоза бисфосфат карбоксилаза (RuBPC). RuBP карбоксилазата може да додаде не само CO2, туку и O2, односно врши реакции на карбоксилација и оксигенација. Кога RuBP се оксигенира, се формира фосфогликолат, кој служи како главен супстрат на фотореспирацијата - процес на ослободување на CO2 во светлината, како резултат на што се губат дел од фотосинтетичките производи. Ниската фотореспирација кај растенијата C4 не се објаснува со отсуството на ензими на гликолатниот пат, туку со ограничувањето на реакцијата на оксигеназа, како и со реасимилацијата на фотореспирацијата на CO2.
Еден од предизвиците со кои се соочува генетскиот инженеринг е да се проучи можноста за создавање RuBPA со доминантна активност на карбоксилаза.
Добивање растенија со нови својства
Во последниве години, научниците користат нов пристап за производство на трансгенски растенија со „антисенс РНК“ (реверзна или антисенс РНК), што им овозможува да ја контролираат работата на генот од интерес. Во овој случај, кога се конструира вектор, копијата на ДНК (c-DNA) на вметнатиот ген се врти за 180°. Како резултат на тоа, во трансгенското растение се формираат нормална иРНК молекула и превртена, која поради комплементарноста на нормалната мРНК формира комплекс со неа и кодираниот протеин не се синтетизира.
Овој пристап беше искористен за да се добијат трансгенски растенија домати со подобрен квалитет на плодот. Векторот вклучуваше c-DNA на генот PG, кој ја контролира синтезата на полигалактурназа, ензим вклучен во уништувањето на пектинот, главната компонента на меѓуклеточниот простор на растителните ткива. Производот на генот PG се синтетизира за време на периодот на зреење на плодовите од домати, а зголемувањето на неговата количина доведува до фактот дека доматите стануваат помеки, што значително го намалува нивниот рок на траење. Оневозможувањето на овој ген во трансгените овозможило да се добијат растенија од домати со нови овошни својства, кои не само што траеле многу подолго, туку и самите растенија биле поотпорни на габични заболувања.
Истиот пристап може да се користи за регулирање на времето на зреење на доматите, а во овој случај како цел се користи генот EFE (ензим кој формира етилен), чиј производ е ензим вклучен во биосинтезата на етилен. Етилен е гасовит хормон, чија една од функциите е да го контролира процесот на зреење на овошјето.
Стратегијата на антисенс конструкции е широко применлива за модифицирање на генската експресија. Оваа стратегија се користи не само за добивање на растенија со нови квалитети, туку и за основни истражувањаво генетиката на растенијата. Вреди да се спомене уште една насока во генетскиот инженеринг на растенијата, која до неодамна главно се користеше во фундаменталните истражувања - за проучување на улогата на хормоните во развојот на растенијата. Суштината на експериментите беше да се добијат трансгенски растенија со комбинација на одредени бактериски хормонски гени, на пример, само iaaM или ipt итн. Овие експерименти придонесоа значаен придонескако доказ за улогата на ауксините и цитокинините во диференцијацијата на растенијата.
Во последниве години, овој пристап почна да се користи во практичната селекција. Се покажа дека плодовите на трансгенските растенија со генот iaaM, лоцирани под промоторот на генот Def (ген кој се изразува само во плодовите), се партенокарпични, односно формирани без опрашување. Партенокарпните плодови се карактеризираат или со целосно отсуство на семиња или со многу мал број од нив, што овозможува да се реши проблемот со „дополнителните семиња“, на пример во лубеницата, агрумите итн. Веќе се добиени трансгенски растенија тиквички, кои главно не се разликуваат од контролните, но практично немаат семиња.
Научниците активно го користат разоружениот Ти-плазмид, без онкогени, за да добијат мутации. Овој метод се нарекува Т-ДНК вметнувачка мутагенеза. Т-ДНК, интегрирана во геномот на растението, го исклучува генот во кој е интегрирана, а со губење на функцијата, лесно може да се изберат мутанти (феноменот на замолчување - генско замолчување). Овој метод е извонреден и по тоа што овозможува соодветниот ген веднаш да се открие и клонира. Во моментов, на овој начин се добиени многу нови мутации на растенијата и соодветните гени се клонирани. М. А. Раменској, врз основа на мутагенезата на Т-ДНК, добил растенија од домати со неспецифична отпорност на доцна лошо влијание. Друг аспект на работата не е помалку интересен - добиени се трансгенски растенија со изменети декоративни својства.
Еден пример е производство на растенија петунија со шарени цветови. Следни се сините рози со ген кој ја контролира синтезата на синиот пигмент, клониран од делфиниум.
Во универзумот на стратешката компјутерска игра StarCraft, вонземската раса на зерг е забележлива по тоа што научила да го асимилира генетскиот материјал на другите организми и да ги трансформира сопствените гени, менувајќи се и прилагодувајќи се на новите услови. Оваа, на прв поглед, фантастична идеја е многу поблиску до вистинските можности на живите организми отколку што изгледа.
Денес знаеме многу за ДНК: повеќе од два милиони научни публикации се посветени на оваа двоверижна молекула. Молекулата на ДНК може да се смета како текст напишан со помош на азбука од четири букви (нуклеотиди). Севкупноста на сите нуклеотиди кои ги сочинуваат хромозомите на кој било организам се нарекува геном. Човечкиот геном содржи околу три милијарди „букви“.
Одделни делови од геномот се изолирани гени - функционални елементи кои најчесто се одговорни за синтеза на специфични протеини. Луѓето имаат околу 20.000 гени за кодирање на протеини. Протеините, како и молекулите на ДНК, се полимери, но тие не се состојат од нуклеотиди, туку од амино киселини. „Азбуката“ на аминокиселините што ги сочинуваат протеините се состои од 20 молекули. Знаејќи ја нуклеотидната секвенца на генот, можно е точно да се одреди амино киселинската секвенца на протеинот што го шифрира. Факт е дека сите организми користат исти (со мали варијации) добро проучени генетски код- правила за усогласување на кодоните (тројки нуклеотиди) со одредени амино киселини. Оваа разновидност им овозможува на гените од еден организам да работат во друг организам и сепак да го произведуваат истиот протеин.
Природно инженерство
Еден од главните методи за генетско инженерство на растенијата користи агробактерии и механизмот што тие го развиле за модифицирање на растителните геноми (види ПМ бр. 10 „2005“). молекула во растителна клетка и ја интегрира во растителниот геном и со тоа го принудува растението да ги произведе хранливите материи што им се потребни на бактериите. земјоделството. На пример, Bt токсините произведени од почвените бактерии Bacillus thuringiensis, апсолутно безбеден за цицачите и отровни за некои инсекти, или протеини кои му даваат отпорност на растението на специфичен хербицид.
Размената на гени за бактерии, дури и неповрзани, е многу честа појава. Токму поради тоа, микробите отпорни на пеницилин се појавија само неколку години по почетокот на неговата масовна употреба, а денес проблемот со отпорноста на антибиотици стана еден од најалармантните во медицината.
Од вируси до организми
Природниот „генетски инженеринг“ вклучува не само бактерии, туку и вируси. Геномите на многу организми, вклучително и луѓето, содржат транспозони - поранешни вируси кои долго време се интегрирани во ДНК на домаќинот и, по правило, без да му наштетат на домаќинот, можат да „скокнат“ од едно место во геномот на друго.
Ретровирусите (како што е ХИВ) се способни да го вметнат својот генетски материјал директно во геномот на еукариотските клетки (на пример, човечките клетки). Аденовирусите не ги интегрираат своите генетски информацииво геномите на животните и растенијата: нивните гени може да се вклучат и да работат без него. Овие и други вируси активно се користат во генската терапија за лекување на цела низа на наследни болести.
Така, природниот генетски инженеринг е многу широко користен во природата и игра огромна улога во адаптацијата на организмите кон животната средина. Уште поважно, сите живи организми постојано се подложни на генетски промени преку случајни мутации. Од ова произлегува важен заклучок: всушност, секој организам (освен клоновите) е единствен и генетски модифициран во споредба со неговите предци. Тој има и нови мутации и нови комбинации на веќе постоечки генски варијанти - десетици генетски варијанти се пронајдени во геномот на секое дете што ги имал ниту еден од родителите. Во прилог на појавата на нови мутации, за време на сексуалната репродукција во секоја генерација нова комбинацијагенетски варијанти кои веќе постојат кај родителите.
Тестирано во експерименти
Денес, активно се дискутира за безбедноста на прехранбените производи кои содржат генетски модифицирани организми (ГМО). За производите на генетскиот инженеринг спроведени од луѓето, терминот „генетски модернизирани организми“ е многу подобро прилагоден, бидејќи генетскиот инженеринг овозможува да се забрзаат оние процеси на генетски промени што независно се случуваат во природата и да се насочат во насока што ја посакуваат луѓето. . Сепак, не постојат значителни разлики помеѓу механизмите на генетска модернизација и природните процеси на генетска модификација, така што може разумно да се претпостави дека производството на ГМ храна не претставува дополнителни ризици.
Сепак, како и секоја научна хипотеза, за безбедноста на ГМО беше потребна експериментална верификација. Спротивно на бројните тврдења на противниците на ГМО, ова прашање се проучува многу, многу внимателно со децении. Оваа година во списанието Критички прегледи во биотехнологијатаОбјавен е преглед на речиси 1.800 научни трудови кои ја испитуваат безбедноста на ГМО во изминатите десет години. Само три студии покренаа сомнежи за негативно влијаниетри специфични ГМ сорти, но овие сомнежи не беа оправдани, во уште два случаи беше утврдена потенцијалната алергеност на ГМ сортите. Единствениот потврден случај вклучува ген од бразилски орев вметнат во сорта на ГМ соја. Стандардно во такви случаи, тестирањето на реакцијата на крвниот серум на луѓето кои страдаат од алергии на протеинот на новата сорта ГМ покажа постоење на опасност, а програмерите одбија да ја промовираат сортата на пазарот.
Дополнително, вреди да се спомене посебно прегледот од 2012 година објавен во списанието Храна и хемиска токсикологија, кои опфатија 12 студии за безбедноста на консумирањето ГМО во храната на неколку (од две до пет) генерации животни и уште 12 студии на животни за долгорочна (од три месеци до две години) конзумирање на ГМО во храната. Авторите на прегледот заклучија дека нема негативни ефекти од ГМО (во споредба со немодернизираните аналози).
Скандалозни откритија
Куриозитети се појавуваат околу некои дела кои наводно ја покажуваат штетноста на одредени ГМ растителни сорти. Типичен пример што противниците на ГМО сакаат да го наведат е сензационалното објавување на францускиот истражувач Сералини во списанието Храна и хемиска токсикологија, кој тврдеше дека ГМ пченката предизвикува рак и ја зголемува смртноста кај стаорците. Во научната заедница, работата на Сералини предизвика жестоки дискусии, но не затоа што истражувачот добил и објавил некои уникатни податоци. Причината беше што, од научна гледна точка, работата беше извршена крајно невнимателно и содржеше груби грешки забележливи на прв поглед.
Сепак, фотографиите на Сералини од стаорци со големи тумори оставија огромен впечаток во јавноста. И покрај фактот што неговата статија не издржа објективна критика и беше повлечена од списанието, таа продолжува да се цитира од противниците на ГМО, кои очигледно не се заинтересирани за научната страна на прашањето, а фотографиите на болни стаорци сè уште се прикажани на екрани.
Научното ниво на дискусија за потенцијалните опасности од ГМО во медиумите и во општеството како целина е неверојатно наивно. На полиците на продавниците можете да најдете скроб, сол, па дури и вода „не-ГМО“. ГМО постојано се мешаат со конзерванси, пестициди, синтетички ѓубрива и адитиви за храна, со кои генетскиот инженеринг не е директно поврзан. Ваквите дискусии водат од вистинските проблеми со безбедноста на храната во доменот на шпекулации и замена на концепти.
Опасности - реални и не
Сепак, ниту овој напис ниту други научни трудови не се обидуваат да докажат дека ГМО се „апсолутно безбедни“. Всушност, ниту еден прехранбен производ не е апсолутно безбеден, бидејќи Парацелзус ја кажа познатата фраза: „Сè е отров, и ништо не е отровно; Само една доза го прави отровот невидлив“. Дури и обичните компири можат да предизвикаат алергии, а зелените содржат токсични алкалоиди - соланини.
Дали функционирањето на постоечките растителни гени некако може да се промени како резултат на вметнување на нов ген? Да, може, но ниту еден организам не е имун од промени во функционирањето на гените. Дали генетскиот инженеринг може да резултира со нова растителна сорта која ќе се прошири надвор од земјоделското земјиште и некако ќе влијае на екосистемот? Теоретски, тоа е можно, но тоа се случува и насекаде во природата: се појавуваат нови видови, се менуваат екосистемите, некои видови изумираат, други го заземаат своето место. Сепак, нема причина да се верува дека генетскиот инженеринг претставува дополнителни ризици за животната средина или за здравјето на луѓето или животните. Но, овие ризици постојано се трубат во медиумите. Зошто?
Пазарот на ГМО е во голема мера монополизиран. Кај гигантите Монсанто е на прво место. Секако големи производителиГМ семињата и технологиите се заинтересирани за профит, тие имаат свои интереси и свое лоби. Но, тие не заработуваат од воздух, туку нудејќи му на човештвото напредни земјоделски технологии, за кои производителите гласаат на најубедлив начин - во долари, пезоси, јуани итн.
Главните производители и добавувачи на „органски“ производи кои се одгледуваат со застарени технологии и, според тоа, поскапи (но не и поквалитетни) исто така не се малите земјоделци, туку големите компании со обрт од повеќе милијарди долари. Само во Соединетите Американски Држави, пазарот на органски производи изнесуваше 31 милијарда долари во 2012 година. Ова е сериозен бизнис, и бидејќи органските производи немаат никакви предности во однос на ГМО, но се поскапи за производство, тие не можат да се натпреваруваат со ГМ сортите кои користат пазарни методи. Така, преку медиумите, мораме да им всадиме на лековерните потрошувачи неоснован страв од митските „гени на скорпијата“, што создава побарувачка за скапи и нискотехнолошки „органски производи“. Покрај тоа, противниците на ГМО, опишувајќи ја страшната опасност од генетски модифицираните сорти кои произведуваат протеини B. thuringiensis, тие обично забораваат да споменат дека препаратите базирани на такви култури или протеини изолирани од нив се дозволени (и широко користени) во „органското земјоделство“. Како и природното ѓубриво, кое може да биде извор на куп патогени бактерии и други природни гадости.
Малку политика
Денес, генетскиот инженеринг е една од најпроучените технологии од безбедносна гледна точка. Тоа ви овозможува да креирате прехранбени производи со повисок квалитет, да го намалите количеството на пестициди што се користат на полињата и да ја заштитите животната средина (да, заштити: повеќе инсекти и птици живеат во полињата посеани со сорти Bt отколку во „редовните“, кои треба редовно да се третирани со инсектициди) .
Но, постои уште една причина за „борбата“ против ГМО - чисто политичка. Земјите кои значително заостануваат во областа на биотехнологијата се обидуваат да најдат причина да спречат поевтини производи од други земји да влезат на нивниот пазар. Сепак, таквата заштита на домашните производители од странски производи има смисла само ако помага да се купи време за развој на сопствени технологии до конкурентна држава. Доколку тоа не се направи, постои сериозен ризик од заостанување зад светското научно и технолошко ниво. Засекогаш.
НАУЧНА БИБЛИОТЕКА - АПСТРАКТИ - Модификација на гени
Модификација на гени
Генетичарите и одгледувачите разговараат за најсложените проблеми на одгледувањето растенија и животни, употребата на генетски технологии во медицината и безбедноста на генетски модифицираните производи.
1. Генетски инженеринг
Генетскиот инженеринг е гранка на молекуларната генетика поврзана со насочено создавање на нови комбинации на генетски материјал. Основата на применетиот генетски инженеринг е генската теорија. Создадениот генетски материјал е способен да се размножува во клетката домаќин и да ги синтетизира финалните метаболички производи.
Генетскиот инженеринг настанал во 1972 година на Универзитетот Стенфорд во САД. Тогаш лабораторијата на П. Берг ја доби првата рекомбинантна (хибридна) ДНК или (recDNA). Комбинира ДНК фрагменти од ламбда фаг, ешерихија коли и симиан вирус SV40.
Структура на рекомбинантна ДНК. Хибридната ДНК има облик на прстен. Содржи ген (или гени) и вектор. Вектор е фрагмент на ДНК кој обезбедува репродукција на хибридна ДНК и синтеза на крајните производи на генетскиот систем - протеини. Повеќето од векторите се добиени од ламбда фаг, плазмиди, вируси SV40, полиоми, квасец и други бактерии.
Во клетката домаќин се јавува синтеза на протеини. Најчесто користена клетка домаќин е ешерихија коли, но други бактерии, квасец, животни или растителни клетки. Системот вектор-домаќин не може да биде произволен: векторот е прилагоден на клетката домаќин. Изборот на векторот зависи од специфичноста на видот и целите на студијата.
Два ензими се клучни за изградбата на хибридна ДНК. Првиот - рестриктивен ензим - ја сече молекулата на ДНК на фрагменти на строго дефинирани локации. И втората - ДНК лигази - ги зашива фрагментите на ДНК во една целина. Само по изолацијата на таквите ензими, создавањето на вештачки генетски структури стана технички изводлива задача.
Фази на синтеза на гени. Гените што треба да се клонираат може да се добијат во фрагменти со механичко или варење со рестриктивен ензим на вкупната ДНК. Но, структурните гени, по правило, треба или да се синтетизираат хемиски и биолошки, или да се добијат во форма на ДНК копија на гласник РНК што одговара на избраниот ген. Структурните гени го содржат само кодираниот запис на финалниот производ (протеин, РНК) и се целосно лишени од регулаторни региони. И затоа овие гени не се способни да функционираат во клетката домаќин.
Кога се добива recDNA, најчесто се формираат неколку структури, од кои само една е неопходна. Затоа, задолжителен чекор е изборот и молекуларното клонирање на recDNA воведена со трансформација во клетката домаќин.
Постојат 3 начини на избор на recDNA: генетски, имунохемиски и хибридизација со означена ДНК и РНК.
Како резултат на интензивниот развој на методите на генетско инженерство, добиени се клонови на многу гени: рибозомални, транспортни и 5S РНК, хистони, глушец, зајак, човечки глобин, колаген, овалбумин, човечки инсулин и други пептидни хормони, човечки интерферон, итн. Ова овозможи да се создадат соеви на бактерии кои произведуваат многу биолошки активни супстанции кои се користат во медицината, земјоделството и микробиолошката индустрија.
Врз основа на генетскиот инженеринг, се појави гранка на фармацевтската индустрија, наречена „ДНК индустрија“. Ова е една од современите гранки на биотехнологијата.
Нема сомнение дека потрагата по генетичари му ветува на човекот ослободување од многу болести. Генетскиот инженеринг веќе почнува активно да се користи во онкологијата, при што се создаваат лекови специјално насочени против специфичен тумор. Научниците успеаја да идентификуваат гени кои предиспонираат за развој на дијабетес, што значи дека се појавија нови перспективи во лекувањето на оваа сериозна болест. Човечкиот инсулин (хумулин), добиен со помош на recDNA, е одобрен за терапевтска употреба. Дополнително, врз основа на бројни мутанти за поединечни гени добиени за време на нивното проучување, создадени се високо ефективни системи за тестирање за да се идентификува генетската активност на факторите на животната средина, вклучително и идентификација на канцерогени соединенија.
За краток временски период, генетскиот инженеринг имаше огромно влијание врз развојот на молекуларните генетски методи и овозможи значително да напредува по патот на познавање на структурата и функционирањето на генетскиот апарат. Генетскиот инженеринг има големо ветување во лекувањето на наследни болести, од кои денес се регистрирани околу 2000. Генетскиот инженеринг е дизајниран да помогне да се поправат грешките на природата.
Од друга страна, генетските технологии доведоа до потполно нови проблеми поврзани со можноста за клонирање на живи суштества, вклучувајќи ги и луѓето. Глобалната научна заедница признава дека клонирањето на идентична човечка индивидуа е технички возможно. Но, прашањето дали на човештвото му се потребни такви обиди останува отворено. Докажано е дека во 99 отсто од случаите постои ризик од вродени деформитети – што значи дека таквите експерименти врз луѓе се неприфатливи.
Сепак, новите генетски технологии базирани на трансгенеза и клонирање играат улога витална улогаво создавањето на високопродуктивни растителни сорти и животински раси. Во исто време, проблемите и на генетската безбедност и на моралните и правните доаѓаат до израз.
Во Русија, сите истражувања за клонирање се вршат само на животни. Во целиот свет - вклучително и во Русија - се водат жестоки дискусии околу уште еден производ на модерната наука: генетски модифицираната храна.
2. Дали генетската модификација е безбедна?
Креаторите на генетски модифицираните производи тврдат дека тие се целосно безбедни. Поддржувачите на нивната широка употреба се уверени дека долгогодишното истражување ја докажало безопасноста на таквите производи. Противниците се убедени во спротивното.
Сè уште не е докажано дека овие производи се безбедни за луѓето. Многу видови на генетски модифицирани производи се забранети за употреба во последните фази на експериментот како силни алергени.
Дали се во право скептиците кои тврдат дека трансгенската храна е опасна? Или можеби тие ќе ни станат храна во 21 век?
Пред околу 30 години беа направени првите експерименти за генетска модификација на растенијата. На пример, можете да земете еден ген од едно животно или растение и да го вметнете во друго животно или растение. На овој начин, на пример, можете да добиете компири кои се отпорни на пестициди.
Генетски модифицираната храна не само што се создава, туку и активно се консумира.
Во традиционалното размножување, вкрстувањето се случува во рамките на еден вид. Дури и доматот е подобрен со селективно одгледување. Но, за време на селекцијата, се случува размена помеѓу индивидуи од ист вид. И генетскиот инженеринг овозможува да се создаде нова ДНК и да се манипулира со неа. На пример, ако генот на светулката е вметнат во ДНК на тутунот, цветот на тутунот почнува да свети ако му треба наводнување. Ова не може да се постигне со методи на селекција!
Демонстрантите најмногу внимание посветуваат на негативните процеси на оваа техника. Но, никој не тврди дека генетски модифицираните производи бараат тестирање!
Бранителите на биотехнолошката индустрија тврдат дека сите процеси кои вклучуваат генетски модифицирани производи се строго контролирани.
Се врши анализа на обични и трансгенски растенија. Научниците мора да им докажат на инспекторите дека прехранбените производи не се разликуваат по квалитет.
Тестирањето на производот поминува низ следните фази:
1. Споредба на структурата и хемискиот состав на обичните и трансгенските растенија.
2. Потребни се докази дека јадењето нов производ не му штети на здравјето на луѓето.
Трансгеничната соја (отпорна на хербициди) е вклучена во храната што ја јадеме во последниве години.
Дали новиот протеин е токсичен? Протеинот беше тестиран за токсичност неколку години. Глувците биле хранети со дози 1000 пати повисоки од дозите што ги консумирале луѓето. Научниците тврдат дека ништо штетно за човечкото тело не е идентификувано.
Како се вари новите протеини? Протеините создадени вештачки се потопуваат во раствор кој има медиум сличен по состав на цревата. Колку побрзо се вари производот, толку подобро.
Експериментите покажаа дека новиот протеин не е алерген. Постојат и други начини за тестирање на протеинот што е создаден. Ако не успее на тестот, тој е уништен. Сепак, трансгенскиот протеин од соја успешно го помина тестот! Беа направени 1.800 тестови кои покажаа дека нема ништо лошо во сојата.
Системот за тестирање работи. Треба само да ја следите методологијата, велат научниците.
Но, скептиците веруваат дека науката сè уште знае премногу малку за да каже дека „сè е под контрола“. Живите организми се толку сложени што е речиси невозможно да се предвиди нивното однесување.
Сепак, традиционалните методи на размножување не се секогаш безбедни. Напротив, во генетскиот инженеринг патиштата за воведување на ген се точно познати. Повторно, скептиците се уверени дека генетскиот инженеринг со користење на нови методи ризикува да предизвика непоправлива штета на природата. Нивните противници велат дека и селекцијата е опасна, бидејќи не се занимава со еден, туку со неколку гени! И затоа резултатот од изборот е уште понепредвидлив!
Најлошото е што пред околу 30 години експериментирале со гени без да разберат што прават!
Противставувањето на генетски модифицираната храна е посилно во Европа од кое било друго место во светот. Неодамна, воведувањето на трансгенски производи беше многу тешко: во Англија беа претставени околу 2000 такви производи, а сега останаа помалку од 100!
3. Примери за генетска модификација
Јавните организации во Европа повикуваат на уништување на трансгенските растенија. Чудните растенија се создаваат со вградување на животински гени во нив. Екологистите се против овие технологии, а јавноста е арогантна и презирна кон генетски модифицираните производи.
3.1 Зголемување на пченкарно кочанче
Мексико има лоша почва, а со тоа и многу слаб принос на пченка. Научниците добија задача да ја зголемат големината на кочан од пченка. Како резултат на истражувањето, во пченката беше вграден ген кој ги неутрализира алуминиумските соли и раствора фосфати, што му овозможи на растението целосно да се развие на предложените почви.
Жетвата вети дека ќе биде 2 пати поголема, но владата под притисок на еколошките организации го забрани ова истражување. Еколозите ги игнорираат резултатите од експериментот. Противниците на генетскиот инженеринг веруваат дека ваквите експерименти се штетни за животната средина, опасни по здравјето и на крајот доведуваат до еколошка катастрофа. На крајот на краиштата, никој не може да гарантира дека овие методи нема да доведат до појава на нови инсекти и плевел!
3.2 Заштита од памук
Универзитетот во Аризона. Научниците работат на зголемување на приносот на памук. Растението страда од наезда од розови црви. Ако популацијата на штетници е голема, тогаш приносот на памукот опаѓа!
Неопходно е да се воведе ген во растението памук кој ќе го убие црвот. Во последните 40 години, растенијата се прскаат со хемикалии за убивање на инсекти. И луѓето и животните страдаа. Тие се обиделе да вградат бактериски ген во памук. Во листовите на растението се појавил протеин, кој е отровен за црвот. Така, нема потреба да се заштити растението со хемикалии!
Како резултат на тоа се добиени стотици хектари отровни растенија, кои самите се штитат од штетните инсекти. Уште еднаш, ќе помине време, а штетниците ќе се навикнат и ќе развијат имунитет!
Но, не се само бумбарите - штетниците што предизвикуваат загриженост! Екологистите се плашат дека ќе се појават особено отпорни плевели, а тоа значи дека нема да има спас од плевелот кој е отпорен на хемикалии. На крајот на краиштата, пчелите можат да шират полен неколку километри, а овие растенија ќе ја исполнат целата област. Сепак, постојат докази дека на растојание од 15 m опрашување повеќе не се случува. Но, дури и ако поленот на модифицираното растение го помине растојанието, тој мора да се вкрстува со неговите видови. Супер-преживувањето не е така лесно да се одржи...
3.3 Ориз со витамин „А“
Азија. 100 милиони деца не примаат витамин А, кој е неопходен за правилен вид. Факт е дека главна храна на најсиромашните слоеви од населението е оризот. Децата ослепуваат од недостаток на витамин А!
Благородната задача е веднаш да се одгледува ориз со витамин „А“ и да се сее нива со него во заостанатите земји. Како е ова можно? Нарцисот е отровно растение. Потребно е да се земат 2 гени од него и да се внесе во оризот, кој во овој случај ќе содржи витамин „А“!
4. Ужасите на генетската модификација
Генот на човечкиот црн дроб додаден во оризот! Научниците почнаа да додаваат човечки гени на оризот во обид да ја подигнат генетски модифицираната храна на следното ниво.
Истражувачите воведоа ген во оризот, добиен од човечки црн дроб, кој произведува ензим кој помага во разградувањето на штетните хемиски елементиво човечкото тело. Тие се надеваат дека ензимот - CYP2B6 - ќе го стори истото за хербицидите и загадувачите кога ќе се измешаат со ориз.
Но, противниците на генетски модифицираната храна велат дека употребата на човечки гени ќе ги исклучи потрошувачите кои се згрозени од идејата за канибализам и научниците кои ги преземаат Божјите функции. Сју Мајер, од британската организација GeneWatch, вели: „Мислам дека никој нема да сака да го купи овој ориз“. „Луѓето веќе го изразија своето згрозување од употребата на човечки гени и нивната нелагодност поради чувството дека биотехнолошката индустрија не ги слуша. Ова дополнително ќе ја разниша нивната доверба“.
Типично, при генетски модифицирање на културите, се користат гени добиени од бактерии. Тие се отпорни на само еден вид хербицид, што значи дека земјоделците можат да ги третираат нивните полиња толку често колку што сакаат за да ги контролираат штетниците, но само со еден вид хемикалија. Целта на додавање на човечки ген на оризот е да се создаде растение кое е отпорно на неколку видови хербициди.
Истражувачите од Националниот институт за земјоделски науки во Цукуба во Јапонија открија дека нов вид ориз може да биде отпорен на 14 различни видови хербициди. Професорот Ричард Мејлан, кој спроведе слично истражување во Институтот Пурдју во Индијана, вели дека таков ориз може да се одгледува во почва заситена со индустриско загадување. Тој користел гени за зајаци во своето истражување, но вели дека не гледа причина зошто не треба да се користат човечките гени. Тој вели дека зборувањето за „храна на Франкенштајн“ е глупост и додава: „Мислам дека етичките размислувања немаат никаква врска со употребата на човечки гени во генетскиот инженеринг за одгледување храна“.
Производството на ориз опаѓа ширум светот и постои трка за изнаоѓање начини за зголемување на приносот на оризот, како и нови сорти на ориз кои се отпорни на вируси, со малку алергени и со малку протеини.
Сепак, Институтот за наука во општеството на противниците на генетската модификација вели дека ензимот CYP2B6 може да влијае на луѓето, што доведува до создавање на нови вируси или видови на рак.
Тие додаваат: „Поборниците за генетска модификација и големите земји производители на ориз истражуваат и промовираат генетски модифициран ориз без малку внимание на безбедноста или долгорочните перспективи“.
Заклучок
Скептиците не се сигурни што ќе реши генетската технологија социјални проблеми. Соништата за еднаква распределба на храната низ светот се утопистички.
Противставувањето на генетски модифицираната храна е посилно во Европа од кое било друго место во светот. Креаторите на генетски модифицираните производи тврдат дека тие се целосно безбедни. За возврат, противниците на генетската модификација ја сметаат за „Пандорината кутија“ со непредвидливи последици.
Очигледно е дека во следните децении генетиката сè уште ќе му приреди многу изненадувања на човештвото, ќе предизвика многу сензации - имагинарни и реални, а околу неа ќе беснеат контроверзии, па дури и скандали. Општеството лесно ги слуша оние луѓе кои се плашат од се ново, но опасноста од мобилните телефони не е помала!
Главната работа е што целата оваа врева не се меша премногу во сериозната работа на научниците во една од најинтересните и најперспективните научни области.
Терминолошки речник
Генетскиот инженеринг- практиката на намерно менување на генетските програми на герминативните клетки со цел да се пренесат нови својства на оригиналните форми на организми или да се создадат фундаментално нови форми на организми. Главниот метод на генетско инженерство се состои од екстракција на ген или група гени од клетките на еден организам, нивно комбинирање со одредени молекули на нуклеинска киселина и внесување на добиените хибридни молекули во клетките на друг организам.
Биолошка заштита- во генетскиот инженеринг - создавање и употреба на комбинација на биолошки материјал кој е безбеден за луѓето и еколошките објекти, чии својства го исклучуваат несаканото преживување на генетски инженерските организми во животната средина и/или преносот на генетски информации до нив
Биотехнологија- во широка смисла - граница помеѓу биологијата и технологијата научна дисциплинаи поле на практика која ги проучува начините и методите на промена опкружува личностприродна средина во согласност со нејзините потреби.
Биотехнологија- во потесна смисла - збир на методи и техники за добивање производи и појави корисни за луѓето со помош на биолошки агенси. Биотехнологијата вклучува генетски, клеточен и еколошки инженеринг
Ослободување на генетски модифицирани организми во животната средина- дејство или неактивност што резултирало со внесување на генетски модифицирани организми во животната средина.
Генетски инженерски активности- активности кои се вршат со употреба на методи на генетско инженерство и генетски модифицирани организми.
Генетски инженеринг организам- организам или повеќе организми, која било неклеточна, едноклеточна или повеќеклеточна формација: - способна за репродукција или пренос на наследен генетски материјал; - различен од природните организми; - добиени со методи на генетско инженерство; и - кои содржат генетски инженерски материјал.
Генска дијагностика- во генетскиот инженеринг - збир на методи за идентификување на промените во структурата на геномот.
Затворен систем- во генетскиот инженеринг- систем на активности на генетски инженеринг во кој генетските модификации се внесуваат во организам или генетски модифицирани организми, се обработуваат, одгледуваат, складираат, користат, транспортираат, уништуваат или закопуваат во услови на постоење на физички, хемиски и биолошки бариери или нивни комбинации, спречување на контакт на генетски инженерските организми со населението и животната средина.
Отворен систем- во генетскиот инженеринг- систем за извршување на генетски инженерски активности, кој вклучува контакт на генетски инженерските организми со населението и животната средина при нивно намерно ослободување во животната средина, употреба за медицински цели, при извоз и увоз, при трансфер на технологија.
Трансгенски организми- животни, растенија, микроорганизми, вируси, чија генетска програма е променета со помош на методи на генетско инженерство.
Физичка заштита- во генетскиот инженеринг- создавање и употреба на посебни технички средства и техники кои спречуваат ослободување на генетски модифицирани организми во животната средина и/или пренос на генетски информации до нив.
Литература
1. Манијатис Т., Методи на генетски инженеринг, М., 1984;
2. Генетски инженеринг Извор #"#">#"#">Рубрикон
Генетски модифициран организам - организам или неколку организми, која било неклеточна, едноклеточна или повеќеклеточна формација: - способна да репродуцира или пренесува наследен генетски материјал; - различен од природните организми; - добиени со методи на генетско инженерство; и - кои содржат генетски инженерски материјал.
Фагите се исти како бактериофагите. ...фаг (од грчкиот Фагос - јадач) е дел од сложени зборови што по значење одговараат на зборовите „јадење“, „апсорпција“ (на пример, бактериофаг).
Биотехнологијата е збир на методи и техники за добивање производи и феномени корисни за луѓето користејќи биолошки агенси. Биотехнологијата вклучува генетски, клеточен и еколошки инженеринг.
Генетиката развила соја која го спречува опаѓањето на косата. Во Јапонија е развиена генетски модифицирана разновидност на соја која го стимулира растот на косата и го спречува опаѓањето на косата од хемотерапијата. Доколку се потврди безбедноста на новиот производ, тогаш за да се спасите од ќелавост, ќе треба само периодично да ги јадете овие гравчиња, изјави во средата шефот на истражувачката група на Универзитетот во Кјото, професор Масаки Јошикава. Чудесното својство на житната култура го даде генетски воведената компонента (новокинин), која има антихипертензивно дејство. Добиено е од аминокиселинскиот состав на белката од јајцето. Според научниците, оваа компонента го промовира растот на косата со проширување на крвните садови и нормализирање на циркулацијата на крвта. Ефективноста на гравот беше потврдена во експериментите на глувци кои беа избричени и потоа хранети со модифициран грав со брзина од една илјадити дел од милиграмот антихипертензивна супстанција по грам телесна тежина. Беше објавено дека реставрацијата на крзното се одвивала со забрзано темпо, а по зголемувањето на дозата, глувците престанале да губат коса, дури и како резултат на хемотерапија. Експертите велат дека нивниот грав може да се користи и како редовен лек за висок крвен притисок. 13 април 2005 година
Генетска модификација ( ГМ) - менување на геномот на жив организам со помош на технологија за генетско инженерство, со воведување на еден или повеќе гени земени од еден донорски организам во друг. По таквото воведување (трансфер), добиеното растение ќе се нарече генетски модифицирано или трансгенско. За разлика од традиционалното размножување, оригиналниот геном на растението речиси и да не е засегнат и растението добива нови карактеристики кои самата не ги поседувала претходно. Таквите карактеристики (карактеристики, својства) вклучуваат: отпорност на различни факториживотната средина (на мраз, суша, влага, итн.) на болести, на штетници од инсекти, подобрени својства на раст, отпорност на хербициди, пестициди. Конечно, научниците можат да ги променат хранливите својства на растенијата: вкус, арома, содржина на калории, време на складирање. Користење на генетскиот инженерингПриносите може да се зголемат, што е многу важно, имајќи предвид дека светската популација расте секоја година, а бројот на гладни во земјите во развој се зголемува.
Со традиционалното одгледување, нова сорта може да се добие само во рамките на еден вид. На пример, сосема нова сорта на ориз може да се развие со вкрстување на различни сорти ориз едни со други. Ова произведува хибридна комбинација, од која одгледувачот потоа ги избира само формите што го интересираат.
Бидејќи хибридизацијата се јавува помеѓу поединечни растенија, речиси е невозможно да се развие сорта која би ги имала карактеристиките за кои сме заинтересирани, а кои ќе ги наследат следните генерации. Решавањето на таков проблем бара доста време. Доколку е потребно да се развие нова сорта на пченица и оваа сорта да стекне некои карактеристики на оризот, тогаш традиционалната селекција е немоќна. Тој дојде на помош, кога се користи, можно е да се пренесат одредени карактеристики (својства) на експерименталната постројка и сето тоа ќе се изврши на ниво ДНК, индивидуални гени. На сличен начин, на пример, можете да префрлите пченица генотпорност на мраз.
Методот на генетска модификација овозможува, барем теоретски, да се изолираат поединечни гени кои се одговорни за одредени својства на живите организми и да се пресадат на сосема различни организми, а со тоа значително да се скрати времето потребно за создавање на нов вид. Затоа многу одгледувачи и научници ширум светот ја користат оваа технологија кога развиваат нови сорти. Во моментов веќе се развиени некои комерцијални сорти на земјоделски култури кои се отпорни на пестициди (хербициди), штетници од инсекти и болести. Исто така, добиени се сорти со подобрен вкус и отпорност на суша и мраз.
Полимеризмот е интеракција на не-алелни повеќекратни гени кои еднонасочно влијаат на развојот на истата особина; Степенот на манифестација на особина зависи од бројот на гени. Полимерните гени се означени со истите букви, а алелите од истиот локус имаат ист знак.
Полимерната интеракција на не-алелните гени може да биде кумулативна и некумулативна. Со кумулативна (акумулативна) полимеризација, степенот на манифестација на особината зависи од вкупното дејство на неколку гени. Колку повеќе доминантни генски алели, толку е поизразена одредена особина. Расцепувањето во F2 според фенотипот при дихибридно вкрстување се случува во сооднос 1: 4: 6: 4: 1, и генерално одговара на трето, петто (со дихибридно вкрстување), седмо (со трихибридно вкрстување) итн. линии во триаголникот на Паскал.
Со некумулативна полимеризација, особината се манифестира во присуство на барем еден од доминантните алели на полимерните гени. Бројот на доминантни алели не влијае на степенот на изразување на особината. Сегрегацијата во F2 според фенотипот при дихибридно вкрстување е 15:1.
Пример за полимеризација е наследувањето на бојата на кожата кај луѓето, што зависи (на прво приближување) од четири гени со кумулативен ефект.
Модификатор ген
Генот кој нема сопствен израз во фенотипот, но има засилувачки или ослабувачки ефект врз експресијата на други гени (соодветно, ген за засилување
20. Теорија на хромозомите и историјата на нејзиното создавање.
21. Механизми на полово наследство. Влијанието на внатрешните и надворешните фактори на животната средина врз развојот на родовите карактеристики.
22. Наследување на особини поврзани со полот.
Сите бисексуални организми имаат два типа на хромозоми. Првиот тип се автозоми (неполови хромозоми). Тие се исти кај женските и машките организми. Вториот тип се половите хромозоми, според кои постојат разлики меѓу организмите по пол: женките имаат 2 идентични хромозоми XX, мажјаците имаат XY. Овој вид на секс се нарекува хомогаметички. Карактеристично за цицачи, риби, инсекти. Вториот тип на секс е хетерогаметички, женски XY, машки XX. Половите хромозоми се разликуваат по големина. Кај повеќето организми, Х-хромозомот содржи многу гени, додека Y хромозомот содржи единечни гени. Само кај рибите Y хромозомот е релативно побогат со гени. Ако гените се локализирани на Х-хромозомот, а Y-хромозомот е генетски интерн, тогаш овој тип на наследување на особини се нарекува наследување поврзано со полот. Ако гени се присутни само на еден хромозом, а вториот е генетски интерн, тогаш таквите организми се нарекуваат генизиготни.
23. Сврзано наследство и преминување
Бидејќи повеќето организми имаат многу (неколку илјади) гени и ограничен број на хромозоми, неколку гени се наоѓаат истовремено на еден хромозом. Гените кои се дел од еден хромозом се нарекуваат поврзани и формираат група за поврзување. Тие се наследуваат како единствена целина, бидејќи тоа е одредено од однесувањето на хромозомот во мејозата. Во овој случај, сегрегацијата според поврзаните карактеристики не го почитува законот за независно наследство. Ако гените се наоѓаат блиску еден до друг, тогаш тие секогаш се зачувани во нивните оригинални комбинации.
На пример, AB/ab x ab/ab -> 1 Ab/ab: 1 ab/ab.
Ова е случај на таканаречено целосно спојување, кое ретко се забележува. Многу почести се ситуациите кога гените се наоѓаат на одредено растојание едни од други. Во овој случај на делумно поврзување, тие можат да се разделат преку процес наречен прекрстување. Ова е уште еден вид на генетска рекомбинација. Вкрстувањето се случува во профазата на првата мејотична поделба во времето на конјугација на хромозомите. Во тоа време, хроматидите на хомологните хромозоми разменуваат фрагменти од наследниот материјал, што резултира со појава на нови комбинации на гени.
На пример, AB/ab x ab/ab → AB/ab: ab/ab: Ab/ab: aB
Бројот на рекомбинантни (или вкрстени) класи е секогаш помал од нерекомбинантните, а односот на двете класи во секоја група е секогаш 1:1. Вкрстената вредност, пресметана како процент на рекомбинанти на вкупниот број потомци, е показател за растојанието помеѓу гените и се користи за мапирање на хромозомите - локацијата на гените на картата на хромозомот по строго дефиниран редослед и на фиксни растојанија. Овие растојанија имаат својство на адитивност, што е како што следува. Ако има три гени подредени во редот A-B-C, тогаш AC = AB + BC. Оваа адитивност јасно укажува на линеарноста на распоредот на гените на хромозомите.
Ако се земе предвид вкрстувањето помеѓу голем број гени, тогаш се појавува многу посложена слика - поединечни чинови на вкрстување комуницираат едни со други. Ова взаемно влијание на чиновите на вкрстување се нарекува мешање.
