А) биоразнообразие – применительно к основным доминирующим видам растений, животных и микроорганизмов, а также показатели их удельной плотности (численности),

Б) основные трофические взаимодействия в аэс и,

В) критерии неприемлемости изменений в аэс.

В настоящее время рассматриваются следующие основные типы рисков, непосредственно сопряженных с этр:

1) поражение не целевых насекомых, в частности, нарушение баланса в системах хищник – жертва, влекущее нежелательное повышение или понижение численности других животных;

2) возникновение устойчивости к энтомотоксину у целевых и не целевых насекомых, что, в свою очередь, должно привести к:

а) снижению эффективности энтомоцидного действия ЭТР и микробных препаратов Bt-токсинов,

б) снижению численности природных микроорганизмов (в частности, Bacillus thuringiensis, далее – ВТ), нуждающихся для своего развития в жизнеспособных насекомых, восприимчивых к Bt-токсинам;

3) интрогрессия трансгенов - перенос с пыльцой ЭТР их трансгенов в исходно не трансгенные сорта и/или их дикие сородичи и вызванное этим генетическое загрязнение сортов культивируемых растений и дикоросов, уменьшающее их биоразнообразие.

Краткая характеристика Bt-защищенных и других ЭТР

Bt-защищенные ТР созданы в основном для уничтожения широкого спектра насекомых-фитофагов - вредителей сельскохозяйственных растений за счет активности генов, кодирующих синтез различных энотомопатогенных токсинов или продукцию других соединений, приводящих к энтомоцидному действию. Мы рассмотрим проблему оценок риска производства ЭТР, в основном, на примере различных линий гибридной трансгенной кукурузы, несущей гены Bt-токсинов из разных штаммов ВТ (15).

В настоящее время известны большое разнообразие Bt-токсинов и достаточно широкий спектр их инсектицидной активности. ВТ при споруляции образует параспоральные (расположенные рядом со спорой) белковые кристаллические включения. Различные разновидности и штаммы ВТ (часто даже одного серотипа) зачастую отличаются как по спектру энтомоцидного действия, так и по степени токсичности продуцируемого токсина (16, cм. Таблицу). Это связано как с большим разнообразием токсинов, синтезируемых разными штаммами, так и с продуцированием клетками одного и того же штамма параспоральных включений, содержащих несколько разных параспоральных белков (протоксинов). Различные Bt-токсины поражают личинки насекомых (отрядов Lepidoptera, Diptera, Coleoptera и др.) и их имаго (17).

Как правило, каждый отдельный штамм ВТ синтезирует от 1 до 5 разных Bt-токсинов, объединенных в одном кристалле. Обычно индивидуальный Bt-токсин поражает насекомых, принадлежащих только к одному отряду. Однако известны несколько Bt-токсинов, имеющих более широкий спектр токсического действия и поражающих насекомых двух-трех отрядов (таблица). В коллекциях по всему миру хранится около 40000 различных штаммов ВТ, список различных Bt-токсинов на начало XXI века достиг приблизительно 120 наименований, несомненно, что этот список будет расти и дальше (18,19).

В частности, Bt-токсинами ВТ ssp. kurstaki эффективно поражаются следующие вредители сельскохозяйственных растений и лесных культур:

- вредители овощных культур: капустные совка и моль, совка ни, репница, пасленовый бражник;

- вредители полевых и кормовых культур: кукурузные стеблевой мотылек, желтушки люцерновые, луговой мотылек;

- вредители плодовых культур: листовертки, бражник–ахемон;

- вредители древесно кустарниковых пород: Hyphantria cunea (Drury) и листовертки [Choristoneura occidentalis (Freeman), Neophasia neehopia (Felder)].

Bt-токсинами ВТ ssp. israelensis поражаются: комары, грибной (шампиньонный) комарик.

Bt-токсинами ВТ ssp. san diego, tenebrionis поражаются колорадский жук, рапсовый (?) и тополевый листоеды.

Важно представлять механизм действия Bt-токсинов и их роль в жизненном цикле ВТ.

Ассоциированные со спорами Bt-токсины нарушают работу кишечника восприимчивых насекомых. При этом развитие энтомопатогенной бактерии обеспечивается за счет гемолимфы насекомого-хозяина. Энтомоцидные Bt-белки, являющиеся протоксинами, в кишечнике насекомых (в условиях щелочной среды) протеолитически расщепляются до токсинов. Последние связываются со специфическими рецепторами и образуют поры в мембранах клеток кишечника. Это приводит либо к нарушению мембран, либо к лизису клеток и разрушению эпителия кишечника. Только после этого и только внутри кишечника пораженных насекомых осуществляется дальнейшая стадия жизненного цикла бактерий - развитие клеток из спор (18,19).

Другие гены и белки, применяемые для создания ЭТР. Для создания ЭТР применяются не только гены, кодирующие различные Bt-токсины, но также гибридные Bt-гены, сконструированные из фрагментов генов разных Bt-токсинов. В частности, для получения трансгенного арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), устойчивого к фитофагам, использованы гены, кодирующие ферменты пути биосинтеза цианогенного глюкозида дуррина у двуцветного сорго (Sorghum bicolor). Этот гликозид, синетезируясь в трансгенном арабидопсисе, обеспечивал его устойчивость к светлоногой земляной блошке (Phyllotreta nemorum), являющейся вредителем многих крестоцветных растений. Тем самым авторы полагают возможным использование генов синтеза цианогенных гликозидов для защиты культурных растений от жесткокрылых вредителей (20).

Ингибитор трипсина горчицы MTI-2, экспрессируемый в трасгенных табаке, арабидопсисе и масличном рапсе, испытывали на энтомоцидную активность на трех различных чещуекрылых вредителях. Ко всем ТР наиболее чувствительными оказались личинки капустной моли, в то время, как личинки капустной совки поражались только трансгенными табаком и арабидопсисом, но не рапсом. Очевидно, у трансгенного рапса интенсивность синтеза ингибитора трипсина была недостаточной. Что касается хлопковой совки (Spodoptera littoralis, Boisduval), то на всех ТР наблюдалась лишь задержка развития этого фитофага. Полагают, что использование генов протеиназных ингибиторов может быть одним из эффективных методов создания ЭТР (21).

Весьмо интересно сообщение об удачном применении для создания ЭТР инстектицидного гена паука: рис, трансформированный этим геном, оказался устойчивым к листовертке-огневке (Cnaphalocraсis medinalis). Через 7 дней после поедания листьев трансгенного риса гибель этого вредителя достигала 61%, а гибель азиатской стеблевой огневки - 75%. Не исключено, что инсектицидный ген паука окажется весьма эффективным для создания новых ЭТР. Однако вопрос о том, насколько широким может оказаться у них видовой спектр поражаемых насекомых, пока остается открытым (22).

К энтомоцидному эффекту может приводить не только внесение в геном растения определенных чужеродных генов, но и подавление (с помощью генной инженерии) некоторых своих собственных генов, в частности тех, продукты которых привлекают вредителей. У опушенных растений железистые волоски, расположенные на поверхности многих покровных тканей, секретируют экссудаты, оказывающие репеллентное влияние на насекомых–фитофагов. Оказалось, что при подавлении в трасгенных томатах (за счет антисмысловых РНК) синтеза гидроксилазы цитохрома Р-450 происходит снижение (на 41%) синтеза основного компонента экссудата (cembratriene-diol, СBT-diol), и повышение в 19 раз синтеза его предшественника (cembratriene-ol, CBT-ol). В итоге, экссудаты таких трансгенных томатов активно поражали тлю и тем самым существенно уменьшали ее способность заселять эти растения (23).

Таким образом, возможный спектр вредных насекомых, которые могут поражаться ЭТР, весьма велик, а при генно-инженерном конструировании гибридных Bt-токсинов, состоящих из доменов разных индивидуальных токсинов, этот спектр может быть еще большим. Можно ожидать, что повышение спектра защищенности ЭТР будет сопровождаться расширением спектра поражаемых ими не целевых насекомых и других животных. Поэтому выбор между двумя стратегиями конструирования ЭТР, предусматривающими конкретный спектр энтомоцидности, должен всесторонне оцениваться с позиции “риск : польза”.

В целом можно ожидать, что спектр различных генов, применяемых для создания ЭТР и, соответственно, спектр механизмов их действия, будут существенно расширяться. Очевидно, что расширится и спектр целевых насекомых, поражаемых этими генами. Однако пока не очевидно, к каким негативным экологическим последствиям это может привести.