Лекция 3.

Генетически модифицированный продукт

Генетически модифицированная пища — это продукты питания, полученные из генетически модифицированных организмов(ГМО) — растений, животных или микроорганизмов. Продукты, которые получены при помощи генетически модифицированных организмов или в состав которых входит хоть один компонент, полученный из продуктов содержащих ГМО так же могут считаться генетически модифицированными, в зависимости от законодательства страны. Генетически модифицированные организмы получают некоторые новые свойства благодаря переносу в геном отдельных генов теоретически из любого организма (в случае трансгенеза) или из генома родственных видов (цисгенез).

Методы получения

Генетически модифицированные организмы получают методом трансформации при помощи одного из способов: агробактериальный перенос, баллистическая трансформация, электропорация или вирусная трансформация. Большая часть коммерческих трансгенных растений получена при помощи агробактериального переноса или баллистической трансформацией. Обычно для переноса используют плазмиду, которая содержит ген, работа которого придает организму заданные свойства, промотор, который регулирует включение этого гена, терминатор транскрипции а так же кассету, которая содержит селективный ген стойкости к антибиотику канамицину или гербициду. Получение трансгенных сортов нового поколения не предусматривает использование селективного гена, побочные качества которого могут рассматриваться как нежелательные. Зато генетическая конструкция может нести несколько генов, которые необходимы для комплексной работы генетической конструкции.

]Цель генетического модифицирования

Генетическая модификация может давать растению и пищевому продукту, который производится из неё, целый ряд признаков. Большинство культивируемых генно-модифицированных организмов, обладают устойчивостью к возбудителям болезней (вирусов и грибов), несекомым-вредителям или к гербицидам. Это значительно облегчает культивирование, а также снижает затраты на обработку ядохимикатами.

Устойчивость к гербицидам

Большинство гербицидов действуют избирательно против нежелательных видов растений. Кроме этого существуют гербициды широкого спектра действия, которые влияют на обмен веществ практически всех видов растений, как например глифосат, глюфозинат амония или имидазолин. Благодаря переносу гена 5-енолпируват-шикимат-З-фосфатсинтазы (EPSPS) из грунтовой бактерии Agrobacterium tumefaciens в геном растения, удалось придать признаки устойчивости к глифосату.

Перенос гена фосфинотрицин-N- ацетилтрансферазы (PAT) из бактерии Streptomyces viridochromogenes обеспечил трансгенным растениям стойкость к гербициду глюфозинат аммония (Либерти — коммерческое название производителя Байер).

В 2008 году выращивание трансгенных растений со стойкостью к гербицидам занимало первое место в общем количестве всех выращенных трансгенных растений и составило 63 % или 79 млн из 125 млн гектаров, засеянных трансгенными растениями в мире. Подсчитано, что только выращивание трансгенной сои с устойчивостью к гербицидам с 1996 по 2007 года привело к кумулятивному уменьшению использования общего количества гербицидов на 73 тысячи тонн (4.6 %)^[1]. В 2009 году стойкие к гербицидам растения потеснили сорта, устойчивые к насекомым-вредителям и несущие сразу два или три встроенных признака^[2].

Устойчивость к насекомым

Бактериальный Bt-токсин издавна использовался в сельском хозяйстве как эффективный инсектицид. В органическом земледелии распространено использование бактериальной суспензии Bacillus thuringiensis для борьбы с насекомыми. Перенесенный в геном растения бактериальный ген cry Bt-токсина придает растению устойчивость против ряда насекомых-вредителей. Самые распространенные растения, в которые встраивают ген Bt-токсина — кукуруза (линия MON810 производстваМонсанто) и хлопчатник, разработанный и предложенный Монсанто в 1996 году. Была попытка перенести ген Bt-токсина в картофель с целью борьбы с колорадским жуком, однако способ оказался неэффективным, поскольку трансгенный картофель оказался уязвимым к тле Aphidius nigripes^[3]. Преимущество трансгенных растений в том, что внедрение генов инсектицидов непосредственно в растение не приводит к уничтожения всех насекомых (в том числе полезных) вследствие обработки полей. Недостатком является то, что инсектицид присутствует в растении перманентно, что делает невозможным его дозировку. Кроме того, в трансгенных сортах первого поколения ген экспрессируется под конститутивным промотором, поэтому продукт его гена присутствует в всех частях растения, даже в тех, которые насекомыми не поражаются. Для решения этой проблемы разрабатываются генетические конструкции под контролем специфических промоторов^[4]. В 2009 году трансгенные Bt-растения были самыми распространенными по количеству культивированных трансгенных растений.

]Устойчивость к вирусам

Вирусы вызывают целый ряд заболеваний растений и их распространение тяжело контролировать, способов химической защиты тоже не существует. Самыми эффективными методами борьбы считаются севооборот и селекция стойких сортов. Генная инженерия рассматривается как перспективная технология в разработке стойких сортов растений. Самая распространенная стратегия — косупрессия, то есть перенос в растение гена вируса, который кодирует белок его оболочки. Растение производит вирусный белок до того, как вирус в него проникнет, что стимулирует включение защитных механизмов, которые блокируют размножение вируса, в случае его проникновения в растение.

Впервые эту стратегию использовали для спасения папайной индустрии на Гаваях от вируса кольцевой папайной пятнистости. Впервые вирус был идентифицирован в 1940 году, а в 1994 он быстро распространился, в результате чего индустрия оказалась на грани полного уничтожения. В 1990 году начались интенсивные работы по трансформации папайи, которые в 1991 году увенчались успехом. Первые плоды коммерческого сорта папайи «Rainbow» были собраны в 1999 году^[5].

]Устойчивость к грибам

Гриб Phytophthora infestans принадлежит к группе растительных паразитов, вызывающих фитофтороз, наносящий значительные убытки при культивировании картофеля и томатов. Самый эффективный способ борьбы с фитофторой — использование фунгицидов (за сезон может требоваться до 16ти обработок, что серьёзно загрязняет грунт и выведение сортов, стойких к заболеванию). Методами классической селекции удалось частично перенести гены устойчивости к фитофторе в культурные сорта, однако вместе с ними переносится и ряд генов, которые кодируют нежелательные признаки.

Компания BASF разработала генно-модифицированный сорт картофеля «Fortuna», в который перенесли два гена Rpi-blb1 и Rpi-blb2 устойчивости к фитофторозу из южно-американского дикого сорта картофеля Solanum bulbocastanum. В 2006 году сорт прошёл успешное полевое испытание в Швеции, Нидерландах, Великобритании, Германии^[6] и Ирландии. В 2014 году ожидается появление этого сорта на рынке.