Трансгенные и редактированные растения: польза, споры и мировые примеры их внедрения

конечно, быстрее, но мутации растений происходят в произвольном порядке, и их невозможно угадать.Вывод: селекция – очень долго, мутагенез – непредсказуемо.

Лектор плавно подводит тему к понятию  трансгенеза.

Что такое трансгенез?

Наталья Пермякова объясняет, что трансгенез растений (трансгенные растения) – это перенос чужих генов в геном и редактирование генома растений – изменение строения собственных генов. Все вместе это биотехнология. Общий объем рынка биотехнологических сортов на 2020 год составлял почти 28 млрд долларов.  Редактирование генома растений – это тоже механизм, который взят у природы. Спикер поясняет:

Находят ДНК в геноме, делают там надрез, и в этом месте происходит мутация. Из клетки растения это исчезает достаточно быстро, буквально через несколько дней вы не найдете ничего лишнего. 

Для чего нужны гербициды?

Далее речь идет о том, что  ученые этим занимаются для того, чтобы у растений вырабатывались полезные функции. Например, устойчивость к вредителям и болезням, устойчивость к гербицидам – химическим веществам, которые убивают растения. Наталья Пермякова в особенности подчеркивает:

Сохранение урожая – не менее важный пункт, чем его получение. От того, насколько хорошо получается сохранить урожай, зависит его цена, качество продуктов и качество жизни тех, кто этот товар потребляет.

И продолжает речь о модификациях в продовольственных группах, в частности о преимуществах изменения генома пшеницы, улучшениях свойств соевого масла.

Свойствами живой клетки являются хлоропласты и вакуоли. Соответственно (вакуоли) она запасает воду и может жить в условиях недостатка воды. А хлоропласты занимаются фотосинтезом и используют энергию солнечного света для того, чтобы получать химические вещества. Они питаются светом, в отличии от животной клетки. Все это приводит к тому, что в процессе выращивания растений и растительных клеток требуются более простые и дешевые питательные среды.  
Особое внимание в лекции удаляется такой злаковой культуре как рис. Спикер отмечает, что для 1/2 населения Земли рис – основа питания. Такая диета часто приводит к дефициту витамина D. Ученые, чтобы решить эту проблему, в геном риса добавили 2 гена – один из нарцисса, второй из почвенной бактерии. Их работа приводит к тому, что в рисе накапливается бета-каротин. Разработки такого золотого риса оказывают существенную помощь при дефиците полезных веществ. На Филиппинах было выдано разрешение на выращивание золотого риса, но мало создать трансгенное растение и получить все одобрения, необходимо еще убедить фермеров. Продукцию необходимо маркировать, если она содержит более 5% ГМО. 

Особое внимание Наталья Пермякова уделяет рассказу о лекарстве от болезни Гоше:

В моей лаборатории мы занимаемся трансгенными растениями, продуцентами каких-то важных биофармацевтических препаратов. Болезнь Гоше – генетическое заболевание, которое приводит к накоплению в организме, особенно в селезенке, печени и костном мозге, определенных жирных кислот. 

Как отмечается, это обусловлено тем, что любой человек может столкнуться с проблемой, когда не работает ген, производящий фермент для переваривания жирных кислот. Спикер упоминает компанию Elelyso, которая в 2016 году занимала уже 25% рынка лекарств от болезни Гоше.

Далее Наталья Пермякова переходит к рассказу об использовании ГМО. В некоторых видах уже крайне необходимо повышать урожайность, еще около 10 – 15 лет назад на одной конференции прозвучала такая фраза «методами естественной селекции достигнута максимальная урожайность». Отмечает, что в среднем на 2018–2019 год фермеры получают от 3 до 4 $ на каждый вложенный доллар в генно-модифицированные семена. Ведь ГМ-сорта ежегодно позволяют получать больше урожая, используя меньше земли. Лектор отмечает, что когда провели опрос среди фермеров, как бы изменилась их жизнь, если бы они не могли использовать безопасные ГМО, 3/4 фермеров сказали, что стали бы использовать больше воды. 98% фермеров верят, что ГМО – это самый важный фактор в их ежедневном вкладе в окружающую среду и видят беспорную пользу ГМО. Заканчивает спикер свою лекцию словами о том, что в результате анализа 900 научных работ, 80 экспериментов, 700 комментариев в разных научных источниках было установлено, что ГМО растения в целом безопасны. Использование ГМО растений в России регулируется законом, который изначально был принят еще при Ельцине.

В дополнение к теме

Способы создания генетически модифицированных растений

Трансгенные растения (ГМО) ― растения, геном которых изменен таким образом, что содержит в своей структуре ген другого организма. Существует множество методов трансформации или введения ДНК в организмы. Генетическая трансформация осуществляется в условиях культур in vitro и ее можно разделить на прямую и непрямую, говорит Наталья Пермякова (Natalia Permyakova).

К наиболее важным методам прямой генетической трансформации (трансгенеза) относятся:

1. Микроинъекция. Выделенная ДНК вводится непосредственно в клетки с помощью микроскопа, оснащенного соответствующими микроманипуляторами. Этот способ очень трудоемкий и требует высокого ручного мастерства микробиолога. Клетки животных чаще всего модифицируют с помощью продуктов микроинъекций.
2. Липофекция. Этот метод заключается в покрытии экзогенной ДНК липидами, которые спонтанно проникают через клеточную мембрану в цитоплазму клетки. Основным преимуществом этого метода является то, что генетический материал защищен от ДНК липидной оболочкой. Несмотря на то, что липофекция является дешевым, простым и безопасным методом редактирования генома, на практике он применяется редко.
3. Биобаллистика ДНК. Снаряды из вольфрама или золота, которые покрыты генетическим материалом, проецируются в различные типы клеток. Пистолет специальной конструкции вводит ДНК в область клеточного ядра, откуда она интегрируется в геном клетки и мутирует. Этот метод малоэффективен и применяется в основном для однодольных растений.
4. Трансформация протопластов. Начальным этапом этого метода является механическое или химическое удаление клеточной стенки. Фактический процесс уже является общим как для растительных, так и для животных или человеческих клеток и заключается во введении обнаженной ДНК в протопласт с помощью полиэтиленгликоля (ПЭГ), двухвалентных ионов Ca 2+ или Mg 2+ или с помощью электропорации. Несмотря на экономические преимущества этого метода, трансформацию протопластов применяют редко, поскольку она требует длительной регенерации, нередки случаи стерильности растений или других фенотипических аномалий. Поэтому этот метод считается устаревшим и заменяется другими, более полезными и точными методами.

Непрямой безопасный метод генетической трансформации, также известный как векторный метод редактирования, представляет собой перенос генов, для которого используются почвенные бактерии, такие как: Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium rhizogenez или менее известные Agrobacterium rubi, заражающие сахарный тростник, и Agrobacterium vitus. Эти бактерии развили способность генетически колонизировать растения путем введения фрагмента плазмидной ДНК в геном растения. Таким образом, генетическая трансформация осуществляется с использованием естественной селекции и способности этих видов вводить свою собственную ДНК. Поэтому в случае векторного метода соответствующий фрагмент ДНК должен быть вставлен в соответствующее место плазмиды. Затем плазмиду вводят в бактерии для размножения. Завершающим этапом является инкубация вектора, содержащего бактерии, с фрагментами растительной ткани.

Для того чтобы выделенный ген был внедрен в клетки реципиента, необходимо создать генную конструкцию, содержащую два основных компонента:

1. Трансген. Трансген представляет собой последовательность, кодирующую белок, подлежащий модификации. Его организация и направленность зависят от принятой стратегии трансгенной модификации, от характер изменений, которые он должен вызывать в модифицированном растении.
2. Регуляторные последовательности. Сюда относятся такие последовательности, как промотор и терминатор транскрипции, которые вместе с последовательностями энхансеров и гасителей экспрессии генов составляют так называемые цис-элементы, регулирующие активность данного фрагмента. Трансфакторы, то есть продукты экспрессии других генов, также играют важную роль.

Наличие промотора необходимо для инициации экспрессии выбранного гена в растительных клетках. Обычно используется неспецифический промотор 35S вируса мозаики цветной капусты CaMV, который способствует непрерывной (конституциональной) экспрессии и присутствует во всех частях растения. В некоторых случаях используются тканеспецифические промоторы, обуславливающие локальную экспрессию. Например, они используются при манипуляциях с АДФ-глюкозилпирофосфорилазой, участвующей в синтезе крахмала. Когда продукт чужеродного гена влияет на пользу рост и развитие растения или когда чужеродный ген должен экспрессироваться в определенное время и в определенном месте, чаще всего используются промоторы, которые индуцируются, например, действием ультрафиолетовых лучей, тетрациклина, а также глюкокортикоидов.