Экологический факультет

СЕГОДНЯ года

На главную

Библиотека

Материалы конференций

Экологическое законодательство

Труды преподавателей

Пресса об экологии

Информационный бюллетень ЦТАЭП

Ежегодник "Россия в окружающем мире"

БИБЛИОТЕКА ФАКУЛЬТЕТА ЭКОЛОГИИ
МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИЙ

Генетически модифицированные организмы и биотехнологии

Биотехнология - это технологические процессы с использованием биологических систем - живых организмов и компонентов живой клетки.

Сейчас биотехнологическим способом производят генно-инженерные белки (интерфероны, инсулин, вакцины против гепатита), ферменты, диагностические препараты, витамины, антибиотики, биосовместимые и биоразлагаемые материалы. Ферментация используется при производстве пива, спирта и водки, стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности. Штаммы различных микроорганизмов применяются для выщелачивания металлов из породы, которую не выгодно перерабатывать в обычной пирометаллургии, используют микроорганизмы для нефтедобычи и очистки почвы и воды от разливов нефти. Бактериальные штаммы могут очищать сточные воды, например, извлекать из них азот - снижается загрязнение среды, и сохраняются ресурсы. Переработка компоста и навоза с получением биогаза и удобрений - тоже биотехнологии. Генной инженерией созданы микроорганизмы, способные питаться тинитротолуолом (тротилом) и некоторыми другими взрывчатыми веществами, при этом такие бактерии светятся в темноте. Минное поле опрыскивают раствором с этими бактериями и через пару дней мины можно собирать (ночью). Но это уже другая биотехнология. Существуют четыре направления в области биотехнологии. Это:

- использование ранее существовавших в природе или изменённых традиционной селекцией живых существ,
- создание трансгенных организмов,
- выращивание отдельных органов и тканей в биореакторах
- генетическая модернизация человека.

Значимость биотехнологий в новом тысячелетии не вызывает сомнений. На последней встрече министров науки "большой восьмёрки" 40% времени было отведено биотехнологиям, 30% - информационным технологиям, оставшиеся 30% времени были посвящены остальным проблемам науки и наукоёмких технологий. В современной биотехнологии очевидно превосходство США. 80% достижений в области фундаментальной биологии в мире приходится на долю США, хотя и осуществляется руками эмигрантов из Китая и России. В самой России к 80-м годам был создан хороший научный потенциал в области технологического использования живых организмов, но в 90-е годы, из-за нерентабельности и неконкурентоспособности наших технологий, исследования были прекращены, многие открытия проданы, их создатели теперь работают в тех же США. Биотехнология - вещь наукоёмкая, и обеспечивать её функционирование, даже в сельском хозяйстве, должны подготовленные и образованные люди, а с этим в России проблемы, особенно в сельской местности. Сейчас в России запрещено выращивать трансгенные растения, но можно использовать продукты питания с трансгенами после соответствующей сертификации. А сертификацию можно проводить только в том случае, если мы знаем, что в данном продукте есть трансгены, но технологий тестирования у России нет, т.е. если нам не скажут, что здесь есть трансгены, мы и не узнаем.

Что такое трансгены? Это растения, в геном которых встроены чужеродные гены, взятые от других видов растений или даже животных. Генетически модифицированные организмы - ГМО. Я уже упомянул бактерии, в которые был встроен ген светимости. В виноград канадцы встроили ген морозостойкости от капусты брокколи, в результате в холодной Канаде стали выращивать виноград. Картофелю вводят гены, отвечающие за выработку инсектицидов, убивающих колорадского жука, можно ввести гены противостоящие фитофторозу и различным вирусам. В результате - экологическая и экономическая выгода т.к. не надо заливать поля отравой, экономия сельхоз-площадей, необходимых для получения одного и того же урожая. Надо сказать, что пока в России не разрешается выращивать такой картофель, хотя от колорадского жука мы теряем в денежном выражении больше, чем получаем в виде кредитов от МВФ.

Выведены и трансгенные животные, например мышам вживили ген от медузы, отвечающий за свечение в темноте. Если такая мышь или её дети сбегут из лаборатории в канализацию, то через пару лет ремонтные работы там можно будет проводить без затрат на освещение - при свете мышей. В этом - одна из опасностей применения трансгенных организмов - очень трудно спрогнозировать последствия их попадании в экосистемы. Какую экологическую нишу в нашем северном лесу займёт какая-нибудь морозостойкая яблоня с генами арктической селёдки? Вторая опасность - скрещивание двух различных форм жизни - растений и животных, эволюционные пути которых разошлись более миллиарда лет назад. Как отреагирует организм человека на огурец с генами, а значит и белками кролика? Как эти растения поведут себя в природе - выведенные обычной селекцией организмы обычно не жизнеспособны без человеческой поддержки, но что будет с этими искусственными мутантами? Как они повлияют на птиц, насекомых, почвенную фауну и т.д.?

Среди опасностей, связанных с трансгенами, нельзя не упомянуть и биологический терроризм. Что будет, если какие-нибудь террористы, имеющие современную биологическую лабораторию, привьют вирусу гриппа или герпеса ген, ответственный за выработку токсина чумы или сибирской язвы? Ведь против герпеса или того же ящура фактически нет лекарств. Пока что остаётся надеяться на защищённость и большую сложность таких технологий и на общую необразованность населения, а заодно и террористов. Конечно, это не повод для запрета подобных биотехнологий, здесь, как с атомной бомбой, раз открыли что-то, значит, уже не закроешь. Просто надо развивать технологию, чтобы в случае чего встретить опасность вооружёнными и знаниями, и умением.

Сейчас Россия стоит перед вопросом, разрешать ли применение (точнее, выращивание) в нашей стране трансгенных растений или не разрешать? Америка и Китай давно разрешили их, в Европе идут дебаты, выливающиеся иногда в блокирование кораблей с американской соей или уничтожение трансгенной кукурузы. Кстати, 80% сои, производящейся в мире - трансгенная.

Большие перспективы у другого варианта биотехнологии: производства отдельных органов и тканей в биореакторах. Например, выращивание в отдельных металлических ёмкостях мышечных, нервных и эпителиальных тканей коров или свиней. Польза от этого колоссальная: не надо уничтожать огромные массы животных, можно сократить площади, занимаемые пастбищами, снизятся объёмы отходов - навоза, уменьшится загрязнение среды органикой. Меньше скота, следовательно, меньше нагрузка на пастбища, меньше вероятность возникновения эпизоотий ящура или коровьего бешенства и т.д. Среди недостатков этого проекта на первом месте чрезвычайно высокая себестоимость каждого килограмма мяса, полученного таким образом. Пока это не выгодно, но с одной стороны идёт процесс улучшения и удешевления технологий, а с другой - всё больше проблем возникает при выращивании мяса обычным способом. Возможно, что в скором времени себестоимость обычного мяса и выращенного искусственно будут примерно одинаковы. Пока проект такого производства не реализуется, но скорее всего, применение таких технологий не за горами.

Отдельной строкой стоят вопросы выращивания искусственных органов для людей. Сейчас для пересадки, к примеру, сердца, больной человек вынужден годами ждать операции, да и чужой орган может быть отторгнут имунной системой организма. Создание в случае необходимости "запасных" органов для каждого человека из его собственных клеток пока - дело будущего.

Дело будущего - и клонирование человека, но нужно ли оно? Сейчас общественность даже не понимает, что такое клонирование. Многие считают, что это просто копирование человека, как он есть, со всей его памятью, и за очень короткое время. На самом деле, если клонировать 20-ти летнего человека, то клон достигнет такого же уровня физического развития через 20 лет, когда оригиналу будет уже 40. А память и жизненный опыт у него будут свои собственные, новые. Клонировать имеет смысл, если человек не может, но очень хочет иметь детей, тогда его клон будет его ребёнком, которого он будет воспитывать. Но сейчас клонирование человека крайне проблематично. В случае с овечкой Долли, яйцеклетки-клоны были введены нескольким сотням овец, и лишь одна из них выносила Долли, остальные зародыши погибли. Ясно, что с людьми проведение таких опытов очень проблематично. А создание клонированных стад сельскохозяйственных животных неоправданно из-за того, что такое, одинаковое по всем параметрам стадо, будет очень уязвимо для любой инфекции и любого изменения условий.

Другой, очень сложный вопрос применения биотехнологий к человеку - вопрос о лечении различных заболеваний в зародыше, на генетическом уровне. Известно, что человечество вырождается. Уже давно не идёт естественный отбор, а в наше время в развитых странах выживают и создают семьи даже те люди, которые в нашей стране всё ещё считаются нежизнеспособными. Это гуманно и выгодно человечеству, так как физические недостатки вполне могут сочетаться с незаурядным умом, недаром среди абсолютно здоровых спартанцев в Древней Греции не было ни учёных, ни философов. Но генофонд человечества портится. Кроме такого цивилизационного вырождения на человечества давит колоссальный груз различных искусственных мутагенов. Является ли генная инженерия спасением в этой ситуации, или мы уподобимся спартанцам, выбраковывавшим всех неподходящих под стандарт, и закрывших себе дорогу к развитию? Мне кажется, что здесь главное - соблюдать меру: ликвидировать явные заболевания и мутации, но не стремиться к стандартизации и улучшению человечества.

Трансгенный организм - живое существо, в геном которого встроены гены другого организма. Представленная здесь схема является несколько упрощённой, но в общих чертах она объясняет принцип создания трансгенов.

Ген, отвечающий за какие-либо свойства, берётся от организма, в котором он есть и пересаживается туда, куда нужно людям. В начале фермент рестриктаза разрушает ДНК, выделяя из него отдельные гены. Эти гены можно внедрять в кольцевую ДНК (плазмиду) бактерии agrobacterium tumefaciens, которая способна встраивать свою ДНК в геном растения. В природе эта бактерия вызывает опухоли, но люди лишили её этой функции. Вместе с нужным геном можно встраивать ген устойчивости к какому-либо антибиотику, а затем, обрабатывая бактерий этим антибиотиком, получать культуру трансгенных бактерий - носителей нужного гена. Второй путь - напылять ДНК на вольфрамовые частицы диаметром 1-2 микрона и обстреливать такими "пулями" клетку растения. Часть "пуль" попадает в цель. Можно также пробивать мембрану клетки короткими импульсами высокого напряжения и в образовавшиеся отверстия под контролем микроскопа впрыскивать раствор с ДНК.

Все эти способы имеют общий недостаток: все эти операции нужно проводить на очень большом числе клеток - сотнях и тысячах, тогда будет результат, но он будет исчисляться не в сотнях и даже не в десятках, а в единицах. Хотя сейчас в некоторых странах подобные операции поставлены "на поток", многое автоматизировано.



Рис.1

Рис.2

Александр Мироненко
Научное общество МНЭПУ, 2002 год