Біотехнологія та біобезпека.

План: 1. Біотехнологія як один із пріоритетних напрямків сучасного науково-технічного процесу. 2. Напрямки застосування біотехнології. 3. Проблеми безпеки біотехнологічних досліджень при отриманні ГМО. 4. Механізми, на яких базована модифікація генетичних структур з метою направленого вдосконалення біологічних об’єктів. 5. Становлення проблеми біобезпеки біоінженерних технологій. 6. Аспекти потенційної небезпеки ГМО з огляду впливу на агроекосистеми та природні біоценози. 7 Біобезпека у клітинних, тканинних і органних біотехнологіях. 8. Методи лабораторного і польового контролю за отриманими клітинними регенерантами рослин. 9. Генетичний ризик та біобезпека у біоінженерії. 10. Явища і закономірності, що обумовлюють багаторічну стабільність біобезпеки у біоінженерії.

1. Біотехнологія як один із пріоритетних напрямків сучасного науково-технічного процесу. Біотехнологія і особливо її центральна частина – біоінженерія – розвиваються швидкими темпами в усьому світі. Її досягнення велико масштабно використовуються в багатьох галузях народного господарства. Разом з тим втручання вчених до структури геному, молекул ДНК і генів викликає серйозну турботу у суспільстві. Проблеми безпеки біотехнологічних досліджень при отриманні ГМО сьогодні привертають увагу все більш широких кіл як наукової так і громадянської спільноти.

Протягом останніх двох десятиріч міжнародна спільнота залучена до інтенсивних дискусій (як наукових, так і далеко не наукових) щодо потенційних ризиків та переваг сучасної біотехнології. Формується думка, що генетично модифіковані організми стали для людства однією із планетарних проблем на рівні світової війни, парникового ефекту, виснаження природних ресурсів тощо.

Чи насправді це так?

Чіткого визначення що ж таке ГМО на даний час не існує. Якщо ГМО – це живий об’єкт з генетичним кодом, зміненим певним шляхом, відмінним від звичайної статевої передачі генів, то генетичне модифікування є основою еволюційного розвитку. І людина, згадаймо досягнення селекціонерів, регулярно модифікують домашніх тварин і рослин. Однак донедавна ця проблема практично нікого, окрім вчених, не цікавила.

Широкий резонанс навколо ГМО виник лише після того як розвиток науки дозволив отримувати нові організми, ДНК яких штучно змінена введенням генів чи груп генів (транс генних конструкцій) від інших організмів за допомогою методів генної інженерії. Камертоном цих подій стала новина про відкриття для підписання Картахенського протоколу чи Протокола з біобезпеки. Картахенський протокол (від назви міста у Колумбії, де у 1999 р) проходила перша позачергова зустріч країн –учасниць з підготовки цього документу), узгоджений остаточно у Монреалі в січні 2005 р, потенційно створює першу глобальну регуляторну структуру, сфокусовану виключно на біотехнології.

ГМО стали «зіркою» світового масштабу після того як світова спільнота познайомилась із комерційними транс генними рослинами (1988 р), навколо яких і розгорілась справжня війна, що має достатньо прибічників з обох сторін. Але, як відомо, істина знаходиться десь посередині.

2. Напрямки застосування біотехнології. Основним із головних постулатів необхідності широкого розповсюдження ГМО є необхідність інтенсифікації розвитку сільського господарства. Згідно прогнозам населення Землі до 2050 року може сягнути 8 – 10 млрд. Тому просто необхідні абсолютно нові технології, що дозволять більш повно використовувати біологічний потенціал рослин. Саме ГМ-рослини, що мають змінені певні агрономічні та фізіологічні характеристики (стійкі до певних гербіцидів, шкідників і хвороб, до засолення, дії високих і низьких температур; склад, тривалість збереження, термін визрівання) і вирішать цю гостру проблему.

Нині ГМО поступово завойовує світ. На даний час трансформовано близько 140 видів різних рослин. Комерціалізовано (отримано дозвіл на вирощування у відкритих системах з промисловою метою, на використання як харчових продуктів чи як корму для тварин) відносно невелика їх кількість.

В Україні ГМО у промислових масштабах зявилися у 1997 р , коли «Монсанто» розпочала висаджувати ГМ-картоплю сорту «Новий лист» на експериментальних полях у Волинській, Ровенській, Черкаській та Київській областях. У 1999 р. біоТНК отримала здобрення МОЗ на «Новий лист», як на безпечний продукт. «Монсанто» навіть хотіла зробити Україну своїм плацдармом у Европі і глобальним експортером насіння картоплі. Але у червні 1999 р Мінагропром виніс негативний висновок, і 1300 т ГМ-картоплі було поховано на землях колгоспу ім. Шевченка Черкаської обл.

3. Проблеми безпеки біотехнологічних досліджень при отриманні ГМО. Питання заборони чи як мінімум обмеження використання ГМО обумовлено, насамперед, тим, що проблема можливого впливу ГМО на людину та і біосферу, є недостатньо вивченою. Навіть захисники ГМО не дають твердої гарантії їх безпеки. Однак, з їх точки зору ризик є виправданим, як, наприклад, будівництво атомних електростанцій.

То в чому ж полягає потенційна небезпека ГМО? Можна виділити декілька основних аспектів. З огляду впливу на агро екосистеми та природні біоценози:

1. Можливість переносу генів ГМ-культур на дикі сородичі модифікованих культур. Один із наслідків – зниження біологічного різноманіття.

2. Горизонтальний перенос генів на не модифіковані сорти рослин тих самих, що і модифіковані, видів.

3. Формування нових рас комах, стійких до Bt-токсинів, котрі утримуються у відповідним чином модифікованих культурах.

4. Стійкі до шкідників культури можуть виявитися небезпечними як для шкідників, так і для інших безхребетних (як не пов’язаних, так і пов’язаних між собою трофічними ланцюгами).

5. Провокування підвищеного використання хімічних засобів захисту при культивування гербіцидостійких ГМ-рослин.

6. Можливість появу «супербурянів» (ген стійкості до гербіцидів може передаватись на споріднені рослини різними шляхами (анемохорія, анемофілія) через пилок).

Біолого-соціально-економічні наслідки використання ГМО:

1. ГМ-культури, що використовуються у харчових продуктах, можуть привносити в них нові алергени, внаслідок чого постраждають люди з підвищеною чутливістю до алергенів.

2. Привнесення до рослин генів резистентності до антибіотиків, що використовуються біотехнологічними компаніями як маркери, може зумовити підвищену стійкість патогенної мікрофлори людини до відповідних бактерій.

3. Підвищення рівня токсичних речовин у рослинах.

4. Монополізація с-г ринків корпораціями, що випускають ГМ-рослини за рахунок закупівлі насіннєвих компаній.

В цілому за таких обставин кожен має вирішити сам для себе як виживати за даних умов.

4. Механізми, на яких базована модифікація генетичних структур з метою направленого вдосконалення біологічних об’єктів. Модифікація генетичних структур з метою направленого вдосконалення біологічних об’єктів торкається корінних механізмів формування найважливіших властивостей живих організмів – спадковості, мінливості, енерго- і масообміну, адаптації і стійкості, продуктивності і якості. Достатню турботу людей у багатьох країнах Західної Європи і світу, у т.ч. і в Росії, викликають ті обставини, що наслідки таких втручань не завжди можуть бути точно і своєчасно виявлені і прогнозовані.

5. Становлення проблеми біобезпеки біоінженерних технологій. Початок дискусії з проблеми біобезпеки у науці і суспільстві покладено засновниками нового напрямку – біоінженерії. У 1974 р 11 провідних молекулярних біологів світу на чолі з батьком генної інженерії американцем П.Бергом, який створив першу рекомбінантну молекулу ДНК, звернулись до світової спільноти з листом через журнал «Science», у якому запропонували відмовитись від експериментів з рекомбінантними ДНК до проведення міжнародної конференції з цієї проблеми.

Однак, вже у 1975 р на конференції у Асіломарі (США) вчені дійшли висновку, що експерименти в області генної інженерії - новітньої біотехнології – не більш небезпечні, ніж аналогічні роботи в інших галузях, але при цьому, як і деінде, необхідним є строгий контроль за дотриманням заходів безпеки. У 1976 р у США були прийняті перші правила, які регламентують роботу із рекомбінантними мікроорганізмами, які було заборонено випускати за стіни лабораторії. Наприкінці 70-х років у більшості країн світу було розроблене відповідне законодавство. Поступово ці правила корегувались в бік пом’якшення жорсткості вимог, оскільки 30 років інтенсивних робіт із генної інженерії свідчать про безпеку цих досліджень. У лабораторіях світу, що здійснюють генно-інженерні дослідження і створюють транс генні організми, не пов’язані із військовими цілями та іншими, не націленими на отримання біологічних засобів враження людей і природи, не зареєстровано випадків виявлення генотипів рослин і тварин, небезпечних для здоров’я і життя людини, а також для навколишнього середовища. Мікробіологи цілеспрямовано ведуть роботи з посилення чи послаблення вірулентних та інших властивостей бактерій, у цілому вирішуючи ряд важливих проблем медичної біобезпеки і захисту держави від бактеріологічної зброї і агресії. На жаль, світовий тероризм не зупиняється перед вибором засобів для своїх злочинів, використовуючи вкрай небезпечні для життя людей біоресурси. Світовій спільноті необхідно терміново виробити і реалізувати систему самих ефективних заходів з попередження і недопущення використання у зло віщих цілях досягнень біологічної науки.

Які ж наукові основи гарантії подальшого безпечного розвитку біотехнології та біоінженерії?

Загальна уява щодо взаємозв’язку між видами безпеки та впливом на них біотехнології відображено у схемі Попової:

7 Біобезпека у клітинних, тканинних і органних біотехнологіях. Маніпуляції з рослинними і тваринними клітинами та їх органелами, а також з одноклітинними мікроорганізмами реалізовують у наукових лабораторіях медичної, харчової та інших видів промисловості, і вони базовані на фундаментальних дослідженнях біології і цитології клітин і тканин, відкриття явища тотіпотентності клітин (здатність регенерувати дорослі організми), а також на виявленні здатності соматичних клітин до злиття (соматична гібридизація), обміну органелами, диференціації і де диференціації. У клітинних технологіях для отримання клітин зі зміненою спадковістю використовують спонтанний і направлений мутагенез. Це головна причина генетичної гетерогенності клітин одного і того ж генотипу. Тому у клітинних біотехнологіях необхідний постійний моніторинг за спектром соматичної варіабельності, появам мутантів з позитивними та негативними ознаками. У більшості випадків соматична варіабельність не виходить за межі позитивних чи слабких негативних змін і дозволяє отримувати матеріал для селекції рослин з поліпшеними чи вихідними властивостями у межах забезпечення біобезпеки.

Головне, чого добиваються клітинні біотехнологи, – отримання комплексно стійких генотипів с-г рослин. Розповсюдження у виробництві нестійких до шкідливих організмів і абіотичних факторів середовища сортів і гібридів с-г рослин може призвести до великих втрат врожаю. У цьому контексті лабораторний і польовий контроль за отриманими клітинними регенерантами рослин є вкрай важливим з точки зору екологічної безпеки при використанні у виробництві. Система державного випробування і реєстрації сортів і гібридів при строгому дотриманні затверджених методів і критеріїв оцінки дозволяє значно обмежити подібну небезпеку.

8. Методи лабораторного і польового контролю за отриманими клітинними регенерантами рослин. Технологія отримання продуктів вторинного метаболізму у біореакторах на основі культури клітин і суспензій дає можливість безперервно автоматично контролювати і своєчасно виявляти різноманітні відхилення від норми за основними параметрами та якістю продукції, що отримується, не допускати виникнення небезпечних порушень у будь-якій ланці технологічного процесу. Біотехнологи, що працюють із клітинами чи їх суспензіями, відмічають випадки накопичення токсичних речовин у останніх при порушенні техніки і технології їх зберігання і використання.

Таким чином у рослинництві і тваринництві в цілому складається безпечна ситуація при використанні клітинних біотехнологій у селекції, отриманні продуктів вторинного метаболізму для фармацевтичної і харчової промисловості. Разом з тим у тваринництві необхідно проводити більш жорсткий контроль за виробництвом і якістю продукції, отриманої на основі клітинних і тканинних технологій.

9. Генетичний ризик та біобезпека у біоінженерії. Вбудова в ДНК реципієнтної клітини чужорідного донорського гена співпорядковано з певними труднощами, головними із яких є забезпечення точної адресної вставки гена чи групи генів, а також їх нормального функціонування – експресії. Ця проблема існує постійно і її вирішення у багатьох випадках поки що носить у значній мірі випадковий характер.

Ще більш важливою є проблема генетичного ризику, можливого отримання мутантів з утриманням токсичних чи алергенних для людини білків або інших небезпечних сполук. Реальний ризик, пов'язаний з появою чужорідного гена у реципієнт ній клітині, гіпотетично завжди присутній. Це, перш за все, може бути обумовлено плейотропним ефектом. За повідомленням Газаряна, дестабілізація геному при трансгенозі може відбуватися не лише за рахунок збагачення геному новими генами чи мутагенного ефекту вставки, а, можливо, в силу індукування ендогенних систем рекомбінації і активації генів, що «мовчать». Все це дає підстави вважати, теоретично можливим виникнення при трансгенозі генотипів, небезпечних для здоровя і життя людини. Ризик отримання таких мутантів значно збільшується при використанні штучних, синтетичних генів для отримання транс генних рослин, тварин і мікроорганізмів з поліпшеними і принципіально новими властивостями. Саме ці обставини певною мірою виправдовують тривогу багатьох людей та їх наполегливу вимогу заборонити створення і особливо використання ГМО та отримуваних з них харчових та і інших продуктів

До вказаних двох причин можна додати і третю – спонтанний перенос із пилком в інші рослини генів-модифікаторів, при взаємодії яких можлива поява нових генотипів з небезпечними для людини і довкілля властивостями.

10. Явища і закономірності, що обумовлюють багаторічну стабільність біобезпеки у біоінженерії. Але багаторічна стабільна біобезпека у біоінженерії обумовлена наступними основними явищами і закономірностями:

1. використання природних генів, котрі протягом усієї еволюції приймали і приймають участь у рекомбіногенезі, у процесі якого напрацьовано механізми на усіх рівнях організації біологічних об’єктів, що забезпечують стійкий характер репарації порушених процесів біосинтезу білків;

2. розробкою і постійним застосуванням ефективних методів моніторингу за якістю отримуваних транс генних організмів і перш за все – за складом і властивостями білкових компонентів занову створених генотипів, що дозволяє зазадалегідб, ще на етапі створення ГМО, виявляти небезпечні для людини і довкілля генотипи і не допускати їх випуску із лабораторії для використання у виробництві і продовольчому оберті;

3. відбором відомих, перевірених природних генів та їх регуляторних генетичних структур і створенням на їх основі векторів, що забезпечують отримання трансгенів із заданими властивостями.

У цілому ситуація з генно-інженерними дослідженнями і роботами з трансгенозу повинна знаходитись під строгим контролем вчених і держави. За думко більшості генних інженерів. Методична оснащенніть моніторингу за якістю ГМО потребує подальшого вдосконалення. Мають бути розроблені нові методики для поглибленого і сучасного виявлення токсичних і алергенних речовин у транс генних об’єктів. Моніторинг за якістю ГМО має продовжуватись і після їх реєстрації.

Критерії, показники і методи оцінки біобезпеки ГМО та отримуваних із них продуктів.

Важливим етапом оцінки біобезпеки ГМО і отриманих з них харчових та інших продуктів є санітарно-гігієнічна експертиза, яку проводять за рядом показників: хімічний склад вихідних і трангенних рослин, біологічній цінності і рівню засвоєння продуктів, приготовлених із ГМО, виявлення токсичних, канцерогенних, мутагенних і алергенних речовин у продуктах, отриманих на основі використання ГМО, оцінці впливу ГМО на репродуктивні функції тварин і людини.

Випробування генетично змінених рослин на біобезпеку, наприклад у Центрі біоінженерії РАН, ВНДІ фітопатології РАСГН та ВНДІ біологічного захисту рослин РАСГН за наступними напрямками:

· Перевірка генів, інтегрованих до геному рослин на здатність до успадкування та переносу до інших рослин,

· оцінка впливу нових генів на стійкість рослин до хвороб і шкідників;

· виявлення і аналіз характеру мінливості грунтової мікрофлори та інших складових біоценозу під впливом транс генних рослин.

Обовʼязковою і вкрай важливою є медико-біологічна оцінка харчової продукції, отриманої із ГМО. Так, наприклад, МОЗ Росії введені в дію (від 01. 06. 2000 р) методичні вказівки «Медико-біологічна оцінка харчової продукції, отриманої із генетично модифікованих джерел». В цих методичних вказівках встановлено порядок гігієнічної експертизи та державної реєстрації харчової продукції, отриманої із ГМО, а також затверджено методики медико-гігієнічної, медико-біологічної оцінки та клінічних досліджень нових видів харчової продукції, отриманої на основі ГМО.

Державний контроль та регулювання генно-інженерної діяльності та використання ГМО і отриманих з них продуктів.

В усіх державах з розвинуто генно-інженерною інфраструктурою у науці і виробництві в даний час прийнято закони та інші державні акти, що створюють нормативно-правову базу для сучаної біотехнології та біоінженерії. У своїй більшоті національні закони різних держав за головними принциповими питаннями адаптовані до міжнародних вимог і правил у цій області науки та виробництва, що зафіковано у документах ООН, ФАО, ЮНЕСКО та інших міжнародних організацій відповідного профілю.

Обов’язковою вимогою для виробництва та реалізації усіх товарів у країні повинна бути їх стандартизація. Для цього мають бути проведені відповідні наукові розробки та стандартизація документів, що регламентують їх виробництво, методи випробування, збереження і реалізацію.

Реакція світової спільноти на прискорений розвиток біотехнології та біоінженерії у провідних країнах світу.

У ряді країн ЄЕС склало негативне відношення спільноит до розвитку біотехнології, головним чином до творення і використання ГМО. Європарламент та уряд ЄЕС прийняли ряд спеціальних документів, що обмежують і навіть забороняють випуск до оточуючого середовища ГМ-рослин та інших організмів. Натомість у США, Великобританії, Франції, країнах Східної Європи прийнято важливі урядові рішення на підтримку біотехнології та біоінженерії, що дозволяють використання ГМ сортів і гібридів с-г культур.

Серед активних супротивниківбіоінженер них модифікацій як правило дуже мало вчених. У більшоті своїй це політики, підприємці, представники засобів масової інформації, причому науково обґрунтованими. Перевіреними аргументами проти створення і використання ГМО та отриманих із них продуктів вони не володіють. Факти щодо шкоди здоровю людей при використанні ГМ їжі виявились такими. Що не мають жодного відношення до транс генних організмів. Науково обґрунтований прогноз розвитку подій навколо проблеми транс генних організмів свідчать про те. Щусупільна хвиля протесту у світі. У т.ч. і в Росії. Найближчим часом сягне свого апогею і при строгому дотриманні усіх вимог законів та поглибленому науковому моніторингу біоінженерного процесу почне поступово затухати.

Країни. Котрі штучно висувають різні причини, що затримують розвиток біотехнології та біоінженерії та використання їх досягнень у виробництві, у результаті зазанаютоь значних економічних збитків, оскільки обсяг найважливішої біотехнологічної та генноінженерної продукції на світовому ринку буде постійно рости, і вони вимушені будуть витрачати значну частину своїх валютних збережень на закупівлю цих товарів.

Причини різного ставлення людей, країн і навіть континентів до проблеми сучасної біоінженерії та ГМ продовольчої продукції чітко визначив лауреат Нобелівської премії. Один із основних авторів «зеленої революції», професор кафедри Міжнародного сільського господарства у Техаському університеті N. Borlaug. За його думкою наука і біотехнологія підлягають нападам у благополучних країнах, де невірно інформовані захисники довкілля стверджують, що високопродуктивні с-г технології, у т ч технології виробництва ГМ рослин, отруюють споживача. Чому ж так виходить. Що багато, на перший погляд, досвідчених людей є безграмотними по відношенню до науки? Очевидно, що існує певний страх перед наукою, котрий зростає по мірі зростання темпів науково-технічних перетворень. Попри все не варто забувати про основну задачу – прогодувати 10 чи 11 млрд населення Землі. На даний час уже розроблені або ж знаходяться на остаточному етапі розробки технології, що дозволять прогодувати населення планети чисельністю більше 10 млрд чоловік. А саме актуальне питання нині – чи зможуть фермери та інші виробники використати ці нові технології, насамперед у сільському господарстві.

У ситуації, що склалась найбільш важливим є донести до відома широкої громадськості справжні причини того, що відбувається. Дати їм можливість отримати об’єктивні відповіді вчених насамперед на наступні запитання:

1. яка існує реальна небезпека та ступінь ризику генно-інженерних робіт і використання ГМ рослин і тварин? Включення чужорідного гена до генетичного апарату рослинного чи тваринного організму призводить до зміни їх спадковості у порівняно вузькому діапазоні. Вбудовані гени експресують і зумовлюють синтез нових. Невластивих цим організмам білків. Заради утворення цих білків, що і є основою для зміни найважливіших ознак та властивостей організмів, власне і проводиться перенос чужорідних генів – трансгеноз. Як правило білки, що синтезуються внаслідок трагсгенозу, є нетоксичними для людини і тварин, а транс генні організми, що їх утворюють – безпечні для довкілля. Такі білки сприяють підвищенню стійкості рослин і тварин до небезпечних хвороб та шкідників, до гербіцидів, шкідливих факторів середовища, підвищенню якості продукції. Однак не виключено, що у результаті взаємодії чужорідних та власних генів організму, а також взаємодії мутагенних факторів середовища, можуть виникати і інші спадкові зміни з наступним утворенням небезпечних для здоровя людей та довкілля білків-токсинів. Теоретично таку ймовірність прояву ьрансгенозу виключити не можна. Це і є головною причиною об’єктивно обґрунтованої турботи багатьох людей. Але і цей ризик можна виключити ще на самому початку процесу створення трагсгенних організмів у наукових лабораторіях.

2. Чи можуть вчені своєчасно виявити небезпечні токсини у транс генних об’єктах до випуску їх у навколишнє середовище та використання у виробництві? В усіх без виключення міжнародних і національних біотехнологічних і біоінженер них центрах та лабораторіях застосовуються методи ідентифікації (розпізнавання) та тестування (визначення) білків та інших сполук у генетично модифікованих організмах на біобезпеку. При виявленні подібних речовин подальше просування транс генного об’єкту припиняється.

3. Чи існує система державного контролю за генно-інженерною діяльністю. Передачею та використанням ГМ рослин та тварин? Така система існує в усіх наукових та інших закладах і організаціях, що займаються трансгенозом біологічних об’єктів. У більшості країн прийняті і діють відповідні закони, урядові та інші нормативно-правові акти, які строго регламентують вимоги до вчених та генно-інженерних робіт, що ними проводяться, порядок і відповідальність наукових організацій та державних органів за біобезпеку при створенні, випуску у довкілля і використання транс генних рослин і тварин.

4. яка стратегія та довготривалий прогноз розвитку біоінженерії у світі, у т ч в Україні? Уряди усіх країн світу прийняли і реалізовують національні програми чи проекти з розвитку біотехнології, у т ч біоінженерії як науки та галузей виробництва. Провідні вчені і лідери держав усвідомлюють, що біотехнологія і особливо її ядро – біоінженерія – є насьогодні, у найближчій та віддаленій перспективі стратегічними напрямками науково-технічного прогресу і економічного розвитку усіх країн світу. Їх реалізація забезпечить самі ефективні прориви у розвитку медицини, особливо у лікування спадкових хвороб і підвищенні рівня стабілізації і стабілізації імунітету у людей; в аграрній сфері – у підвищенні продуктивності і стабільності галузі, вирішенні проблеми продовольчої незалежності і безпеки держави; у переробній промисловості – у підвищенні якості і різкому зниженні втрат при збереженні с-г продукції. За думкою фахівців, найближчим часом на світовому ринку більше 20 % обсягу усієї експортно-імпортної продукції складуть товари і продукти, отримані за допомогою методів сучасної біотехнології та біоінженерії. Абсолютно зрозуміло, що уряди, які не приймають своєчасних заходів з прискореного розвитку цих пріоритетних областей науки і виробництва, прирікають свої держави на тривале, а можливо і на вічне відставання від передових країн, втрату економічної незалежності і безпеки. Вони вимушені будуть робити великі витрати державних золотих запасів на придбання біотехнологічних товарів на світовому ринку.