Проблема биологической безпасности в связи с использованием генетически модифицированных микроорганизмов и трансгенных растений.

В последнее десятилетие ХХ в. в различных лабораториях мира начаты интенсивные и широкомасштабные эксперименты по конструированию генетически модифицированных микроорганизмов (ГММ). Изначально предполагалось, что полезное действие ГММ должно проявляться в открытых экосистемах. Идеологи этого направления полагают, что внедрение (интродукция) трансгенных микроорганизмов в различные открытые экосистемы сможет применяться для восстановления плодородия тех земель, которые уже стали пустынями, так как некоторые штаммы ГММ способны эффективно поглощать и связывать влагу атмосферы. Они также могут применяться для уменьшения парникового эффекта за счет поглощения избыточного углекислого газа атмосферы или для повышения урожайности сельскохозяйственных растений путем использования трансгенных азотфиксаторов или других продуцентов. Перспективны подавления сельскохозяйственных вредителей и фитопатогенов с помощью трансгенных биопестицидов, повышение биопродуктивности планктона Мирового океана, очистка от загрязняющих веществ почв и водоемов с помощью трансгенных штаммов.

Однако в настоящее время существуют серьезные опасения, что ГММ, созданные без учета их вероятных экологических характеристик и не прошедшие длительной коэволюции (гармонического совместного развития природы и общества) в природных экосистемах, смогут бесконтрольно и неограниченно размножаться в окружающей среде. Эта интродукция может привести к следующим явлениям:

· вытеснению аборигенных природных организмов из их экологических ниш и к последующей цепной реакции нарушения экологического равновесия;

· уменьшению биоразнообразия;

· снижение сортового разнообразия сельскохозяйственных культур вследствие массового применения ГМО, полученных из ограниченного набора родительских сортов.

· неконтролируемый перенос конструкций, особенно определяющих различные типы устойчивости к пестицидам, вредителям и болезням растений, вследствие переопыления с дикорастущими родственными и предковыми видами. В связи с этим снижение биоразнообразия дикорастущих предковых форм культурных растений и формирование «суперсорняков».

· негативное влияние на биоразнообразие через поражение токсичными трансгенными белками нецелевых насекомых и почвенной микрофлоры и нарушении трофических цепей.

· риски быстрого появления устойчивости к используемым трансгенным токсинам у насекомых-фитофагов, бактерий, грибов и других вредителей, под действием отбора на признак устойчивости, высокоэффективного для этих организмов.

· риски появления новых, более патогенных штаммов фитовирусов, при взаимодействии фитовирусов с трансгенными конструкциями, проявляющими локальную нестабильность в геноме растения-хозяина и тем самым являющимися наиболее вероятной мишенью для рекомбинации с вирусной ДНК.

· риски отсроченного изменения свойств (через несколько поколений), связанные с адаптацией нового гена генома и с проявлением как новых плейотропных свойств, так и изменением уже декларированных.

· бесконтрольному переносу чужеродных генов из трансгенных организмов в природные и к дальнейшему хаотическому переносу этих генов в природных популяциях. А это приведет к активации ранее известных и/или к образованию ранее неизвестных патогенов животных и растений.

Колоссальную угрозу для сельского хозяйства представляет загрязнение традиционных сортов растений трансгенными формами.

Национальные интересы России в экологической сфере заключаются в сохранении и оздоровлении окружающей среды, чему противоречит коммерческое использование ГМ сортов растений в сельскохозяйственном производстве. С экологическими рисками использования ГМО неразрывно связаны агротехнические риски и риски производства фармацевтических препаратов на основе ГМО.

Все это обусловило необходимость формулировки самой концепции существования такого риска, а также необходимость разработки подходов и методов, с помощью которых можно было бы оценить риск потенциальных опасностей, которые смогут возникнуть после интродукции конкретного ГММ в окружающую среду. Это позволяет соответствующим органам принимать решение о возможности или невозможности создания и интродукции того или иного ГММ в конкретную экосистему или вообще в окружающую среду.

Одно из направлений биотехнологии и генной инженерии - создание ГММ, полезный эффект от которых ожидается после их интродукии в окружающую среду. К настоящему времени остро стоит вопрос: можно ли обоснованно оценивать последствия интродукции ГММ в объекты окружающей среды.

Рассмотрим как ожидаемую пользу от интродукции, так и возможные негативные последствия.

Ожидаемая польза в сельском хозяйстве от интродукции ГММ.

В сельском хозяйстве инродукция ГММ может оказаться полезной для:

• повышения эффективности питания растений;

• борьбы с вредителями;

• защиты растений от климатических стрессов, например заморозков;

• защиты растений от образования опухолей в растительных тканях.

Например, для решения некоторых из этих задач эффективной может оказаться интродукция генетически модифицированных штаммов (ГМ-штаммов) симбиотических видов Rhizobiacea (почвенная бактерия) для усиления азотного питания растений. Такие штаммы уже сконструированы, и некоторые из них запатентованы.

Эффективно применяются в качестве биопестицидов генетически модифицированные бакуловирусы, губительные для некоторых вредителей сельского хозяйства. Например, в геном вируса ядерного полиэдроза (вызывающего заболевание соснового пилильщика и тутового шелкопряда) встроены гены, кодирующие диуретический гормон, а также нейротоксин скорпиона. В частности, диуретический гормон в больших концентрациях приводит к нарушению водного баланса насекомых, снижению их способности к размножению или даже к гибели. Специалисты считают, что перспективы развития мирового рынка биопестицидов на основе ГММ многообещающие.

Обитающий в почве патоген Agrobacterium tumefaciens является очень хитрым микроорганизмом. Проникая в растение в месте повреждения, бактерия внедряет часть собственной ДНК в его геном. Эти гены стимулируют выработку гормонов, способствующих росту растения, что вызывает разрастание тканей растения, приводящее к болезни, называемой галлом. Эти же гены заставляют растение вырабатывать опины - соединения, содержащие углерод и азот, которыми и питается микроорганизм.

Интродукция в окружающую среду ГМ-штаммов Agrobacterium tumefaciens не имеющего генов опухолеобразования у растений, приводит к вытеснению аналогичных штаммов этих бактерий, способных вызывать опухоли.

Если рассматривать применение ГМ-технологий в пищевой промышленности, то ГММ могут быть интродуцированы в окружающую среду не непосредственно, а из пищевых продуктов. В этой области ГММ широко используются, и уже получены практические результаты. Например, ГММ успешно применяются в производстве ферментов для сыроделия.

Выделены различные генетически модифицированные штаммы для интенсификации процессов брожения.

ГМ-штаммы также используют в молочной промышленности для улучшения технологических характеристик молочной бактерии, для обеспечения их устойчивости к фагам (вирусам бактерий), для придания им способности синтезировать пептидные антибиотики и тем самым ингибировать рост патогенной флоры.

Многообещающие перспективы вырисовываются при использовании ГММ-технологий в здравоохранении.

Например, это создание живых пероральных вакцин на основе бактерий Salmonellae (бактерии, вызывающие кишечную инфекцию). Данные вакцины предназначены для борьбы против сальмонеллезных инфекций у человека и животных. Они способны нести клонированные антигены - эпитопы вирусных, бактериадльных паразитов, следовательно выполнять роль вакцин (эпитоп - участок белковой или полисахаридной молекулы, обладающей способностью вызывать образование антител данной специфичности).

Одна из самых многообещающих областей применения ГММ - охрана окружающей среды.

Для примера приведем данные опыта по внесению в загрязненную почву на площади 10 га трех различных ГМ-бактерий-деструкторов. Загрязненная почва содержала угольную смолу и фенолы. После интродукции этих штаммов концентрация полихлорароматических углеводородов снижалась на 40%. В почве число жизнеспособных клеток ГМ-бактерий-деструкторов уменьшалось параллельно с уменьшением концентрации разрушаемого загрязняющего вещества. Однако существуют и негативные последстаия применения ГМ-бактерий-деструкторов,так как при интенсивной биодеградации они могут образовывать промежуточное соединение, более токсичное, чем исходное загрязняющее вещество. Тем не менее создание интродуцированных в природу ГММ - интенсивно развивающаяся отрасль биотехнологии, и только в США в 1995 г. средства на биоремедитацию (как исследования, так и применение) составили 153 млн долл.