4.5. Получение трансгенных растений
В решении проблемы дефицита белка за последние два десятилетия определилось новое биотехнологическое направление — получение пищевых объектов с повышенным содержанием и улучшенным качеством белка методами генетической инженерии. Сущность генетической инженерии заключается в переносе генов любого организма в клетку реципиента для получения растений, животных или микроорганизмов с рекомбинированными генами, а следовательно, и с новыми полезными свойствами.
Растения, животные и мокроорганизмы, полученные методами генетической инженерии, назваются генетически измененными, а продукты их переработки — трансгенными пищевыми продуктами.
Наиболее интенсивно такие работы проводятся с растениями. Преимуществом растений по сравнению с животными является способность их клеток и протопластов развиваться в целое растение — тотипотентность, что используется в работах по получению трансгенных растений.
Генетическая инженерия, или рекомбинация in vitro, включает выделение чужеродного гена ДНК, получение гибридных (рекомбинированных) молекул ДНК и введение их в живые клетки модифицируемого растения.
ДНК растения педварительно подвергается гидролизу ферментом рестриктазой в специфических участках двойной спирали, при этом на обоих концах расщепленнной молекулы становятся свободными четыре нуклеотида, в которых азотистые основания представлены например, тимином и аденином (ТТАА и ААТТ) (рис. 19). Ген, который необходимо встроить в ДНК, «выщипывают» из ДНК организма-донора с помощью того же фермента рестрикции, так, чтобы его концы были комплементарными нуклеотидными последовательностями на концах ДНК модифицируемого организма (ААТТ и ТТАА). Обе ДНК «сшивают» вместе ферментом лигазой. Полученную рекомбинантную ДНК вводят в клетку растения, признаки которого хотят изменить. Клетка, размножаясь, образует клон, содержащий чужеродный ген, индуцирующий синтез белка с новой аминокислотной последовательностью на определенном (ограниченном) участке полипептидной цепи.
Рис.19.
Образование рекомбинантной ДНК
Например, введение в генотип пшеницы гена, кодирующего одну из субъединиц запасного белка глютенина, привело к активному синтезу модифицированного белка, что способствовало улучшению хлебопекарного качества пшеничной муки.
Успехи в области генной инженерии позволяют получать новые сорта растений (причем в течение всего 2–3 лет) с заданными свойствами. За счет встраивания генов, выделенных из одних организмов и несущих определенную генетическую информацию получают растения обладающие морозоустойчивостью, засухоустойчивостью, невосприимчивостью к гербицидам, болезням и паразитам, высокой урожайностью, неполегаемостью и другими полезными признаками.
Известно, что бактерии Bacillus thurengiensis выделяют белок–прототоксин, который в кишечном тракте насекомых расщепляется их протеазами до активного токсина, убивающего вредителей. Трансформация генами эндотоксина, выделенными из генома B. thurengiensis, растений томата вызывает у растений защитный эффект, сопоставимый с использованием инсектицидных препаратов.
В настоящее время среди промышленно выращиваемых трансгенных растений доля устойчивых к гербицидам составляет 71%, устойчивых к вредителям — 22%, устойчивых одновременно к вредителям и гербицидам — 7%, устойчивых к вирусным, бактериальным и грибным болезням — менее 1%.
Наиболее интенсивно проводятся работы с такими сельскохозяйственными культурами как соя, пшеница, кукуруза, томаты, сахарная свекла, картофель, хлопчатник, рапс. Практические разработки уже сейчас внедрены во многих странах мира, увеличиваются площади под трансгенной соей, рисом, картофелем и ягодными культурами (малина, клубника). С генетически измененной соей выпускается около 30 тысяч пищевых продуктов: супов, рыбных консервов, детских каш, соусов и т.д.
Продукты, полученные с использованием генов растений или микроорганизмов, по сравнению с традиционными продуктами содержат меньше пестицидов, консервантов, остаточного количества тяжелых металлов, не требуют обработки химическими препаратами от вредителей. Трансгенная соя и кукуруза устойчивее к сорнякам и насекомым, трансгенные томаты невосприимчивы к вирусным заболеваниям, а ботва картофеля несъедобна для колорадского жука. Соя, содержащая ген пшеницы, к примеру, имеет биологическую ценность 1,0 против 0,92 у традиционной, а картофель, полученный с пересаженным геном фасоли, содержит повышенное количество белка (на 6%).
Потребление генетически модифицированных продуктов находиться под контролем специальных органов, так как введение в организм растений генов, ответственных за синтез белков, например альбуминов молока, яиц и т.д., заключает в себе опасность употребления в пищу продуктов питания, непереносимых определенной группой людей (пищевая аллергия). Это может быть связано с появлением антиалиментарных и токсичных веществ, определяемых свойствами переносимых генов.
На сегодняшний день нет конкретных примеров серьезной экологической опасности трансгенных растений в природной среде, однако, безопасность модифицированных продуктов все еще остается под вопросом. Очевидно одно — трансгенная продукция должна проходить тщательную многофакторную проверку на безопасность и иметь специальную маркировку.