Технология получение ГМО

Введение

Продовольственная проблема является одной из важнейших  проблем человечества

Каждую неделю население нашей планеты увеличивается  на 1.2 млн. человек, при этом темпы  производства продукции все больше отстают от темпов роста населения. Уже сейчас дефицит пищевых продуктов в мире превышает 60 млн. тонн, а число людей страдающих от недостаточного питания, выросло на 25 млн. лишь за период с 2002 по 2003 гг., а общая цифра голодающих приближается к 1 млрд. человек. Таким образом, современная стратегия производства пищевых продуктов должна быть направлена на поиск выхода из продовольственного кризиса в кратчайшие сроки. Возникла необходимость в применении принципиально новых подходов к созданию высокопродуктивных агросистем обеспечивающих значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности скота.

Одним из способов решения поставленной задачи, как  утверждают некоторые ученые, является внедрение новейшей биотехнологии.

Новейшая биотехнология - это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

Основная цель современной биотехнологии - получений  трансгенных организмов методами клеточной и генетической инженерии. Отличие генетической инженерии от традиционной селекции состоит в том, что при селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная же инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма.

Генетическая  инженерия известна довольно давно, ее рождение условно относят к 1972 г., когда в лаборатории Бэрга  впервые была синтезированная рекомбинантная молекула ДНКВсего выделяют 4 группы метода генной инженерии:

- методы получения  рекомбинантных ДНК и РНК;

- методы выделения  генов из организмов;

- методы создания  искусственных генетических программ

- методы введения  трансгенов в микроорганизмы;

Можно выделить следующие основные характеристики генетически модифицированного организма:

- это любой  биологический организм способный  к воспроизводству или передаче  генетического материала;

- содержит искусственную  генетическую программу;

- получен, с  применением методов генной инженерии;

. Технология ГМО

1.1 Технология получение ГМО

Процедура получения  ГМО включает в себя несколько  основных этапов:

* Выделение и  идентификация отдельных генов  (соответствующих фрагментов ДНК  или РНК), которые собираются перенести  другим организмам. Описанная технология  позволяет создавать на основе плазмид (или других типов векторов) сложные генетические конструкции, предназначенные для переноса в клетки других организмов.

* Клонирование (размножение) переносимого гена. Чтобы размножить созданные в  пробирке немногочисленные химерные  молекулы ДНК, векторы со встроенными в них фрагментами необходимо перенести в реципиентные клетки. Плазмидные векторы обычно вводятся в реципиентные клетки методом генетической трансформации. Особенно широкое распространение для клонирования векторных ДНК получила трансформация клеток кишечной палочки (E. сoli), основанная на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

совместной инкубации  «компетентных» клеток бактерий (клетки способные к трансформации) и  ДНК. В результате трансформации  ДНК «поглощается» бактериальными клетками и автономно размножается в их цитоплазме (внутренняя среда клетки).

* Перенос гена (или трансгенной конструкции)  внутрь клетки и встраивание  его в ДНК реципиентного организма.  Основной способ переноса генов  (генных конструкций) из клеток организма-донора в клетки организма-реципиента - это процесс трансформации. Трансформация включает в себя несколько основных этапов и требует соблюдения ряда условий: наличия трансформирующей ДНК; «компетентных» клеток; интеграции донорской (трансформирующей) ДНК в ДНК реципиента и экспрессии (работы) перенесённых генов. Существуют различные методы трансформации: путем гибридизации соматических клеток; инкубации реципиентных клеток с чужеродным генетическим материалом; микроинъекцией генетического материала в ядра клеток животных и др. Их применение, прежде всего, зависит от биологических особенностей организма - реципиента. Например, для трансформации клеток растений используют два основных метода (рис. 1).

1) Метод биологической  баллистики. В этом случае, на мельчайшие частицы вольфрама или золота напыляется ДНК, содержащая «целевой» ген. Затем эти частички с ДНК помещают в так называемую генную «пушку». В результате «выстрела» они с огромной скоростью «бомбардируют» клетки растений, проникая в их цитоплазму и ядра. Некоторые из этих клеток встраивают «целевой» ген в свою ДНК. Из каждой такой клетки может быть регенерировано новое трансгенное растение.

2)Трансформация растения  с помощью, так называемой, Ti - плазмиды, несущей «целевой» ген,  который доставляется в клетки с помощью почвенной бактерии (Agrobacterium tumifaciens). Ti-плазмида - это кольцевая молекула ДНК содержащаяся в клетках Agrobacterium tumifaciens, вызывающей образование опухолей у растений при их заражении этой бактерией. При заражении бактериями растений, небольшой фрагмент Ti-плазмиды встраивается в геном растительных клеток, вызывает нарушение гормонального баланса и переход к неконтролируемому делению и росту, что и приводит к образованию опухоли.

 «Целевой» ген, способный изменять то или иное свойство растения, встраивается генно-инженерными методами в Ti-плазмиду, которая, затем переносится в агробактерию. В процессе совместного культивирования агробактерии и культуры клеток растения - хозяина Ti-плазмида попадает в клетки растений, а «целевой» ген с дополнительными фрагментами ДНК встраивается в растительный геном. Каждая такая клетка может быть, затем регенерирована в целое трансгенное растение, которое будет содержать генетическую информацию из двух или нескольких различных организмов. Это метод применяется для трансформации двудольных растений.

Однако этот метод "работает" не на всех растениях: агробактерия, например, не заражает такие важные пищевые  растения, как рис, пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под контролем микроскопах [5].

* Выявление трансгенных  клеток (организмов). Процесс переноса  и включения в генетический  материал клеток растений чужеродной  ДНК происходит с достаточно  небольшой частотой, в лучшем  случае трансформированной оказывается 1 клетка на 1000. Поэтому необходимо каким-то образом отделить такие клетки от остальных создать для их деления и развития наиболее благоприятные условия. В этом случае вместе с «целевым» геном (н-р, устойчивости к гербицидам, вирусам и насекомым - вредителям) вводят и второй, так называемый селективный ген. Чаще всего для этого используют гены устойчивости к антибиотикам. Если после введения чужеродной ДНК поместить клетки на питательную среду с антибиотиком, то на ней способны будут расти только трансформированные клетки [6].

2. Экономика ГМО

генетическая  инженерия имеет яркую историю  благодаря тому общественному резонансу, который она вызвала с самых  первых шагов. Начало этим событиям положило послание участников Гордоновской конференции (1973 г.) президиуму академии наук США, в котором говорилось о возможной опасности технологий рекомбинантных ДНК для здоровья человека. Возможные блага генетической инженерии признавались с самого начала, но разногласия по данной проблеме не затихли и сейчас.

Несмотря на отчаянную оппозицию по отношению к трансгенным организмам, новые сорта продуктов быстро завоевывают популярность в среде производителей. В период с 1996 по 2007 гг. площади, засеянные трансгенными сортами продовольственных культур увеличились в 70 раз (до 114.3 млн. га).

Преимущества  и недостатки получения трансгенных организмов

Едва ли в научном мире существует более животрепещущий предмет  спора, чем вопрос использования  генетически модифицированных организмов (ГМО). Причем, споры эти ведутся  еще с начала 1970-х годов, как только была открыта технология рекомбинантных ДНК, позволившая получать организмы с инородными генами. Ученые в то время сразу же сообщили, что человек впервые получил полную власть над природой -- создание абсолютно новых живых существ. Возможности открылись просто фантастические: лечение болезней, избавление мира от угрозы голода, выращивание культурных растений в сложных условиях и даже клонирование. Однако использовать на практике эти технологии начали лишь в середине 80-х с выпуска специализированных семян, из которых вырастали растения с улучшенными свойствами. В генный ряд картофеля «добавили» ген скорпиона, после его перестал есть колорадский жук, а в томаты и клубнику внедрили ген полярной камбалы -- эти культуры перестали боятся морозов. Поработали ученые и над основными сельхозкультурами: кукурузой, пшеницей, соей, хлопком и рисом. После изменения генов они стали, устойчивыми к сорнякам, а, значит, перестали нуждаться в различного рода гербицидах, фунгицидах и прочей химии, соответственно, себестоимость продукции из таких растений упала в разы. Перспектива -- полное избавление землян от голода, а сегодня, по подсчетам ООН, 950 миллионов людей во всем мире недоедают.

Однако против ГМО-продукции  еще в середине 90-х началась самая  настоящая информационная война -- трансгены обвиняют не только во вреде для здоровья, но и предсказывают возможную экологическую катастрофу, связанную с их использованием [7].

Среди основных плюсов ГМО  стоит выделить следующие (табл.5)

- Борьба с вредителями сельскохозяйственных культур. Потери урожая от насекомых-вредителей могут быть огромны, и как результат это приводит к разрушительным финансовым потерям для фермеров и голоду в развивающихся странах. Фермеры обычно используют тонны пестицидов ежегодно.Потребители не хотят, есть пищу, которая была обработана пестицидами из-за потенциальной опасности для здоровья, а стоки сельскохозяйственных отходов от чрезмерного использования пестицидов и удобрений могут отравить воду и причинить вред окружающей среде.

Выращивание ГМО продуктов, такие как кукуруза B. t. может помочь устранить применение химических пестицидов и уменьшить стоимость урожая.

- Устойчивость к гербицидам. Для некоторых культур, удаление сорняков с помощью физических средств, таких как прополка, не рентабельно, поэтомуфермеры часто распыляют большое количество различных гербицидов (химические вещества -- убийцы сорняков), чтобы уничтожить сорняки. Этодолговременный и дорогостоящий процесс, т. к. он требует осторожности, чтобы гербициды не вредили выращиваемым сельскохозяйственным культурамили окружающей среде.

Создание сельскохозяйственных культур с помощью генной инженерии, устойчивых к одному очень мощному гербициду может помочь предотвратить нанесение ущерба окружающей среде за счет сокращения количества необходимых гербицидов. Например, «Monsanto» создала линию генетически модифицированных соевых бобов, устойчивых к гербициду Roundup. Фермеру выращивающему эти соевые бобы, теперь требуется только одна обработка гербицидом вместо нескольких, что ведет к снижению производственных затрат и количества опасных сельскохозяйственных отходов.

- Устойчивость к болезням. Есть много вирусов, грибков и бактерий, которые вызывают болезни растений. Ученые биологи работают над созданиемрастений с устойчивостью к этим болезням, внедренной генной инженерией.

- Устойчивость к холоду. Неожиданный мороз может уничтожить чувствительные саженцы. Ген-антифриз от холода, извлеченный из рыбы, был внедрен врастения, такие, как табак и картофель. С помощью гена-антифриза, эти растения способны переносить низкие температуры, которые обычно убиваютнеизмененные саженцы.

- Засухоустойчивость и устойчивость к соли. По мере того, как население мира растет и все больше земли используется для жилья, а не для производствапродуктов питания, фермеры вынуждены выращивать сельскохозяйственные культуры в местах, ранее не подходящих для выращивания растений.

Создание растений, которые могут выдержать длительные периоды засухи или высокое содержание соли в почве и подземных водах поможет людям в выращивании зерновых культур в ранее «негостеприимных» местах.

- Качество питания. Плохое питание является общей тенденцией в странах третьего мира, где обнищавшие народы полагаются на однусельскохозяйственную культуру, например, рис, как на основной продукт питания. Однако, рис не содержит достаточного количества всех необходимыхпитательных веществ. Генетически модифицированный рис может содержать дополнительные витамины и минералы, и за счет этого недостатокпитательных веществ может быть скомпенсирован.

Например, слепота из-за дефицита витамина А является распространенной проблемой в странах третьего мира. Исследователи из Швейцарского федерального технологического института ботаники создали линию «золотого» риса, который содержит необычайно высокое количество бета-каротина (витамина А). Поскольку этот рис был профинансирован некоммерческой организацией Rockefeller Foundation, институт надеется обеспечить бесплатные поставки зерна «золотого» риса в любую страну третьего мира, которая обратится с такой просьбой. В планах ученых -- разработка золотого риса, в котором будет также увеличено содержание железа.