Генетическая инженерия и генетическая селекция растений.

Методология классической селекции растений предполагает возможность переноса полезных или нужных генов только между организмами сходных биологических видов или родов. Селекция растений основана на поиске случайных благоприятных мутаций исходного генома и на последующем насыщении полезным мутантным геном той или иной популяции растений путем многочисленных скрещиваний и многостадийного отбора потомства. При переносе генов половым путем обычно происходит замещение целых блоков сцепленных генов, главным образом между гомологичными хромосомами. Эти хромосомы в полном наборе включают в себя весь регуляторный аппарат генов: соответствующие промоторы, регуляторные области и другие участки ДНК, необходимые для координированной экспрессии целевых генов.

Генно-инженерные методы позволяют целенаправленно переносить только отдельные «нужные» гены. При этом с большой долей вероятности исключается перенесение «балластных» генов и соответствующих им признаков. Технология генной инженерии предполагает перенесение в геном растения помимо «целевого» гена чужеродных регуляторных генетических элементов, прежде всего промоторных участков гена. Другая важная особенность генной инженерии - ее методы не только позволяют переносить в растения определенные гены, но и заставляют их активно и эффективно экспрессироваться. Однако в результате такого эффективного переноса чужеродного гена и его активной экспрессии может образовываться белковый продукт, влияние и нежелательное поведение которого в чужеродном клеточном окружении трудно предсказать. Кратко перечислим возможные нежелательные последствия, наличие которых известно уже сейчас.

Встраивание трансгена в геном растений может приводить к нежелательному действию на этот геном. Действительно, в процессе изучения ТР открыто много неожиданных эффектов. Например, трансформированные одной и той же ДНК трансгенные клоны даже в параллельном эксперименте приводят к разной экспрессии одного и того же гена.

Считается общепринятым, что для стабильной и эффективной экспрессии трансгена в растительной клетке необходимо соблюдение следующих условий:

• трансгенные культуры должны содержать не более одной копии встроенного гена на гаплоидный набор;

• сигнальные элементы переносимой «генной кассеты»: промоторы, терминаторы, энхансеры - не должны иметь длинных гомологий с хозяйским геномом;

• фрагменты векторной ДНК, используемой для перенесения в растение «нужного» гена, должны быть по возможности удалены из окончательной конструкции.

Пока неизвестны механизмы нарушения стабильной экспрессии трансгена, а это может стать причиной появления непредсказуемых последствий введения трансгена в растения. В целом можно сказать: интеграция чужеродного генетического материала в растительный геном в настоящее время не может рассматриваться как прогнозируемый процесс. Одним из побочных эффектов встраивания может быть появление «инсерционного» механизма, так как встраивание трансгена может нарушить первичную структуру ДНК в геноме растения (Инсерция - тип хромосомной перестройки, заключающийся в появлении вставки в каком-либо участке нуклеотидной последовательности).

Кроме того, трансген может приводить к незапланированным изменениям метаболизма растительной клетки. Введение в растения трансгенов может привести к появлению в клетках новых веществ, иногда с непредсказуемыми как для растений, так и для их потребителей свойствами. Тревога объясняется недостаточностью информации о механизмах регуляции активности ферментных систем как в процессе развития растения, так и под воздействием эдафических факторов (эдафические факторы среды - воздействующие на живые организмы факторы среды, связанные с местными особенностями почвы).

Например, в полевых условиях устойчивая к пестициду глифосату трансгенная соя оказалась чувствительной к действию повышенной температуры из-за увеличения накопления лигнина, что привело к нарушению структуры клеточных стенок растений и к растрескиванию побегов.

К сожалению, традиционное «ориентированное на продукт» химическое и биохимическое тестирование трансгенного материала ограничивается только анализом основных групп питательных веществ - белков, жиров и углеводов - и только небольшого числа вторичных метаболитов. Этому сопутствует также использование принципов, разработанных для оценки безопасности химических веществ и фармпрепаратов, что недостаточно для определения длительного воздействия на здоровье человека генетически модифицированных продуктов. Например, предполагается, что постоянное присутствие в пище высоких концентраций белков защитного ответа (лектинов, пектинов, ингибиторов протеаз), продуцируемых устойчивыми трансгенными растениями, может представлять определенный риск для потребителей. Это может быть связано с высокой токсичностью этих белков, поскольку их содержание в клетках обычных растений, как правило, низкое.

Следовательно, из-за наличия подобного риска проверка безопасности пищи, приготовленной из генетически модифицированных растений, должна быть многостадийной и постоянной. Такую проверку можно осуществлять:

• физико-химическими методами - исследовать спектр вторичных метаболитов трансгенного растения;

• определением токсичности пищевых продукгов в экспериментах на лабораторных животных.

Проблема несколько усложняется тем, что исследование отдаленных мутагенных и канцерогенных последствий употребления в пищу трансгенных растений или продуктов из них потребует многолетних наблюдений как в опытах на животных, так и в эпидемиологических исследованиях.

Проблема использования человеком трансгенных растений не только сложная, но и многогранная. Возникает вопрос: могут ли быть трансгенные растения аллергенами для человека и животных?

Когда при получении трансгенных растений используют гены, выделенные из генома растений, животных или микроорганизмов, в растительных клетках могут появиться новые белки с аллергенными свойствами.

Потенциальная аллергенность трансгенных растений проверена специалистами FDА - правительственной организацией США, контролирующей на государственном уровне фармацевтичсские препараты и пищевые продукты в этой стране. Документы этой организации определяют порядок тестирования трансгенных продуктов и предусматривают специальную маркировку, предупреждающую о возможной опасности. По мнению этой организации, потенциальную тревогу и риск могут вызывать только пищевые (или любые другие) продукты, содержащие гены, выделенные из 8-10 организмов, хорошо известных своими аллергенными свойствами.

Современная процедура тестирования аллергенности белков из трансгенных растений не дает стопроцентную гарантию выявления всех аллергенов. Наряду с этим существует также риск появления селективных и маркерных генов. Эти гены - своего рода свидетели полноценности переноса нужного гена в клетки испытуемого растения, молекулярный инструмент для отбора клеток, содержащих целевой трансген, и для анализа его экспрессии в трансгенных растениях.