Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы - Глазко Валерий Иванович
Исходно разработка методов трансгеноза у сельскохозяйственных животных и растений обосновывалась необходимостью конструкции новых геномов, обеспечивающих более высокую продуктивность и устойчивость к неблагоприятным воздействиям. Существенные практические достижения в этом направлении получены у растений.
Ученые настроены чрезвычайно оптимистично. Вдохновенно обсуждают планы применения генной инженерии для получения чудо-растений. Однако далеко не все разделяют оптимизм исследователей. В США намерение биологов перейти в ближайшее время от лабораторных опытов к испытаниям в природных условиях все новых сортов ГМ растений вызывает активный протест защитников окружающей среды. Противники генной инженерии требуют запретить генетические манипуляции над растениями в природных условиях. Их путает возможность создания устойчивого к засухам, гербицидам и холоду вида растений, который, выйдя из-под контроля, начнет бурно размножаться и вытеснит всю дикорастущую флору.
В то же время, рекомбинантные ДНК-технологии продолжают осваивать все новые и новые сферы человеческой деятельности.
Так, например, ведутся работы по созданию биологического «антифриза». Убытки, связанные с заморозками, составляют в США более миллиарда долларов в год. И, как выяснилось, во многом тут виноваты бактерии. Именно они способствуют образованию губительных кристалликов льда. При отсутствии на поверхности листьев бактерий видов Pseudomonas syringae и Erwinia herbicola вода на растениях с падением температуры не замерзает, а становится переохлажденной. Растения при этом могут выдерживать температуру до -8 оС. Заморозки вредят растениям, только если на них образуется лед. А для начала кристаллизации сверхохлажденной воды нужны «ядра» или «центры» кристаллизации. Этими «ядрами» и служат бактерии упомянутых видов. На них-то и «нанизываются» образующиеся кристаллики льда.
Сначала американские ученые (Висконсинский университет) пытались бороться с бактериями, опрыскивая поле стрептомицином. Но ясно, что широкое использование этого средства неблагоприятно скажется на окружающей среде. Поэтому тактику борьбы пришлось поменять. Было решено натравить на бактерии убивающие их вирусы — бактериофаги.
Лабораторные эксперименты обнадежили. В течение нескольких часов удавалось уничтожить более 90% льдообразующих бактерий. Еще более иезуитский прием — генноинженерными методами так преобразовать бактерии, чтобы они более не вызывали кристаллизации льда. Для этого прежде всего следовало выяснить, что делает бактерии «ядрами» кристаллизации.
Ученые приготовили из ДНК P.syringae набор (библиотеку) фрагментов самой разной длины. Каждый из фрагментов был затем «вшит» в кишечную палочку, которая обычно не вызывает образования кристалликов льда, и один из фрагментов превратил Escherichia coli в ядро кристаллизации.
Затем — следующий этап этой работы — биоинженеры «вырезали» из ДНК бактерии кусок, «ответственный» за кристаллизацию. И такой ДНК (ее назвали «минус лед») заменили «нормальную» ДНК бактерии P.syringae. Распыление культуры полученных бактерий на опытных участках повышало морозостойкость растений, но применение этого метода пока экономически неэффективно. Кроме того, бактерии, вокруг которых образуются кристаллики льда, скорее всего, играют в природе заметную роль. При занесении их воздушными потоками в верхние слои атмосферы они способствуют образованию дождя и снега. Что произойдет, если исходные, «нативные» бактерии не выдержат «конкуренции» с модифицированными человеком микробами?
Генная инженерия и лекарственные препараты
Микробиологическое производство лекарственных средств
До появления технологии рекомбинантных ДНК многие лекарственные препараты на основе белков человека удавалось получать только в небольших количествах, их производство обходилось очень дорого, а механизм биологического действия иногда был недостаточно изучен. С помощью новой технологии получают весь спектр таких препаратов в количествах, достаточных как для их эффективного тестирования, так и для применения в клинике. На сегодняшний день клонировано более 400 генов (в основном в виде кДНК) различных белков человека, которые могут стать лекарственными препаратами. Большинство этих генов уже экспрессированы в клетках-хозяевах, и сейчас их продукты применяют для лечения различных заболеваний человека. Как обычно, сначала их проверяют на животных, а потом проводят тщательные клинические испытания. Ежегодный объем мирового рынка лекарственных препаратов на основе белков человека составляет около 150 млрд. долларов и постоянно растет. Объем мирового рынка лекарственных средств на основе рекомбинантных белков увеличивается на 12-14% в год и в 2000 г. составил примерно 20 млрд. долларов.
С другой стороны, перспективно применение в качестве терапевтических средств специфических антител. Их используют для нейтрализации токсинов, борьбы с бактериями, вирусами, для лечения раковых заболеваний. Антитело либо нейтрализует «нарушителя» — чужеродный агент, либо, разрушает специфическую клетку-мишень. Несмотря на многообещающие возможности, антитела пока редко применяют для профилактики и лечения болезней. И лишь с развитием технологии рекомбинантных ДНК и разработкой методов получения моноклональных антител и с расшифровкой молекулярной структуры и функции иммуноглобулинов снова возник коммерческий интерес к применению специфических антител для лечения различных заболеваний.
Разработка новых методов профилактики и лечения многих заболеваний человека внесла огромный вклад в рост благосостояния людей в XX в. Однако этот процесс нельзя считать завершенным. Так называемые «старые» заболевания, например, малярия, туберкулез и др., могут дать о себе знать вновь, как только будут ослаблены профилактические меры, или появятся резистентные штаммы. Типичная ситуация в этом отношении в Украине и России.
Первые продукты из ГМО — антибиотики
К антибиотикам относятся низкомолекулярные вещества, различающиеся по химической структуре. Общее для этих соединений то, что, являясь продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, они в ничтожных концентрациях специфически нарушают рост других микроорганизмов.
Большинство антибиотиков относится к вторичным метаболитам. Их, как и токсины и алкалоиды, нельзя отнести к строго необходимым для обеспечения роста и развития микроорганизмов веществам. По этому признаку вторичные метаболиты отличаются от первичных, в присутствии которых наступает гибель микроорганизма.
Биосинтез антибиотиков, как и других вторичных метаболитов, как правило, происходит в клетках, прекративших рост (идиофаза). Биологическая роль их в обеспечении жизнедеятельности клеток-продуцентов остается до конца не исследованной. Специалисты, изучающие перспективы биотехнологии в области микробиологического производства антибиотиков, считают, что они в неблагоприятных условиях подавляют рост конкурирующих микроорганизмов, обеспечивая тем самым более благоприятные условия для выживания микроба-продуцента того или иного антибиотика. Значение процесса антибиотикообразования в жизнедеятельности микробной клетки подтверждается тем, что у стрептомицетов около 1% геномной ДНК приходится на долю генов, кодирующих ферменты биосинтеза антибиотиков, которые в течение продолжительного времени могут не экспрессироваться. Продуцентами известных антибиотиков в основном являются шесть родов нитчатых грибов, три рода актиномицетов (почти 4000 различных антибиотиков) и два рода истинных бактерий (примерно 500 антибиотиков). Из нитчатых грибов особое внимание следует обратить на плесневые грибы родов Cephalosporium и Penicillium, являющиеся продуцентами так называемых бета-лактамных антибиотиков — пенициллинов и цефалоспоринов. Большая часть актиномицетов, синтезирующих антибиотические вещества, включая тетрациклины, относится к роду Streptomyces.
